[发明专利]炭材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及构成非铁金属还原剂、结构用炭材料、或者电气材料用炭材料的炭材料的制造方法，特别涉及作为铝电解制造用阳极的骨架材料使用的炭材料的制造方法。

背景技术

作为铝电解制造用阳极的主要原料，通常使用由石油精制工序的残渣制造的石油焦炭。但是，由于石油焦炭与汽油等运输用燃料同时产出，因此，存在：供给量受到制约的问题、和有时在原油中包含的硫等杂质对铝纯度产生不良影响的问题等。

另一方面，在高炉法制铁中使用的煤焦炭作为炭具有与石油焦炭近似的性质，作为铝电解制造用阳极的主原料以充分的量在市场上出现。但是，煤焦炭由于含有来自煤的灰分约10质量％，因此，在品质方面存在问题，因而，不能用于该用途。

另外，从低灰分的炭材料的原料的观点出发，可以列举：所谓的无灰煤(超级煤)(例如，参照专利文献1)，最近，开发活跃地进行。在此，无灰煤通过如下步骤制造，即，将煤用溶剂进行提取处理，仅分离该溶剂中溶解的成分，之后，除去溶剂。结构上，该无灰煤的分子量从稠合芳香环为2、3个的比较低的分子量成分至约5、6个的高分子量成分广泛分布。另外，由于灰分在溶剂中不溶解，因此，无灰煤实质上不含有灰分，在加热下显示出高流动性，热流动性优良。在煤中还具有像粘结煤这样在约400℃下显示出热塑性的物质，无灰煤通常不论原料煤的品位如何，在200～300℃下均熔融(具有软化熔融性)。因此，有效发挥该特性，进行作为焦炭制造用粘合剂的应用开发，另外，近年来，尝试通过使用该无灰煤作为炭材料原料来制造炭材料。

专利文献1：日本国特开2001-26791号公报

发明内容

但是，在以往的炭材料的制造方法中，具有如下所示的问题。

如上所述可知，无灰煤不含有灰分，具有软化熔融性的优点，因此，作为制造制铁用焦炭时的粘结性填补材料有效。另外，不含有灰分是作为铝电解制造用阳极的骨架材料(主原料)优选的性质。但是，在对无灰煤进行加热处理而形成炭材料的碳化(碳化)时，无灰煤由于另外的一般性质进行发泡，这在铝电解制造用阳极的主原料焦炭(炭材料)(以下适当地称为阳极用焦炭)制造上成为问题。即，将刚制造后的状态的无灰煤进行碳化时，由碳化时生成的低分子化合物气体(水蒸气、CO、CO₂、烃等)产生的气孔直接残存，因此，具有不会生成作为阳极用焦炭适当的致密焦炭的问题。需要说明的是，将无灰煤用于非铁金属还原剂或结构用炭材料、阳极用焦炭以外的电气材料用炭材料等时，也产生同样的问题。

本发明是鉴于上述问题点而进行的，其目的在于，提供能够经济地得到致密、并且具有极低的灰分浓度的高纯度的炭材料的炭材料的制造方法。

本发明人进行研究，结果发现，为了作为以阳极用焦炭为首的非铁金属还原剂或结构用炭材料、阳极用焦炭以外的电气材料用炭材料等的原料，优选将无灰煤的氢与碳的原子数比(以下，适当称为H/C原子数比)调节在规定范围内。

为了将无灰煤的H/C原子数比调节在规定范围内，具体而言，对无灰煤进行加热处理。通过加热处理，进行烷基的分解、芳香族化反应、含氧官能团的分解、低分子量成分的除去等使氢含有率降低这样的化学/物理的变化，H/C原子数比缓慢降低。由此，能够抑制无灰煤的膨胀性，结果本发明人发现，能够抑制碳化时的发泡，从而完成了本发明。

即，本发明的非铁金属还原剂、结构用炭材料、电气材料用炭材料、或者作为它们的原料使用的炭材料的制造方法，其特征在于，包括：无灰煤制造工序，其中，使用溶剂对煤进行改性，由此制造作为改性煤的无灰煤；无灰煤加热工序，对上述无灰煤制造工序中制造的上述无灰煤进行加热处理；和碳化工序，通过将上述无灰煤加热工序中加热处理后的上述无灰煤进行碳化处理而得到炭材料，上述无灰煤加热工序中加热处理后的上述无灰煤的氢与碳的原子数比(H/C)为0.6～0.67。

根据这样的制造方法，在无灰煤制造工序中煤被改性，由此，制造作为灰分浓度极低的改性煤的无灰煤。接着，在无灰煤加热工序中，通过加热处理该无灰煤，无灰煤的H/C原子数比规定在0.6～0.67的范围内。接着，在碳化工序中，通过碳化处理该无灰煤，得到炭材料。另外，加热处理后的无灰煤的H/C原子数比为0.6以上，由此，无灰煤的烧结性变得充分，另外，通过H/C原子数比为0.67以下，抑制无灰煤的膨胀性，在碳化处理时，抑制无灰煤的发泡，得到致密且灰分浓度极低的炭材料。

另外，本发明的炭材料的制造方法中，在上述无灰煤加热工序中，上述无灰煤的加热处理，优选在与上述无灰煤制造工序中用于上述煤的改性的溶剂相同的溶剂存在下进行。