[发明专利]增碳剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造用增碳剂及其制备方法，特别是一种石墨增碳剂及其制备方法。

背景技术

在铸造过程中，需要对铁水进行增碳，以满足不同规格的铁质材料对固定含碳量的要求，主要以添加增碳剂的方式实现。目前市售增碳剂有生铁、沥青焦增碳剂、石墨电极增碳剂、石油焦增碳剂、煤质增碳剂、人造石墨增碳剂等，但各自都存在性能缺陷，市场认可度有待提高。生铁价格较高，而且含硫量和含硅量较高，碳吸收率低。石油焦、沥青焦等通过化石燃料煅烧而成的增碳剂所含杂质难以除尽，结构过于紧密，导致吸收率较低，生产过程会造成极大的污染。人造石墨是目前品质最好的增碳剂，但造价十分昂贵，同样在生产过程中也会对环境造成极大污染。

随着新能源纯电动、混合动力汽车，以及分布式风力发电、储能基站等动力及储能电池产业的快速发展，以石墨为代表的锂离子电池负极材料受到科研院校和企业的广泛关注。然而，锂离子电池负极材料所用的石墨和其它负极材料在生产过程中会产生大量尾料，不仅降低了石墨原料的利用率，提高了锂离子电池材料的生产成本，甚至加重了生产环境的污染问题。现有技术通过粘合、造粒工艺合成增碳剂，能够将各种石墨类尾料重新利用，达到节能减排的效果。虽然具有生产成本较低、工艺较简单的特点。但是，石墨类增碳剂也存在明显的缺陷。一方面，增碳剂中粘接剂用量过大,导致含碳量较低。另一方面，铸造过程中有机粘接剂与与铁件、钢件存在相容性问题，并受到热胀冷缩产生内应力和能量不均匀传递的限制，在成型铸件表面和实体内产生大量气孔和银纹。容易造成因局部应力产生的缺口断裂现象，影响铸件的使用效果，这样,对增碳剂的质量提出了更高的要求。针对现有技术增碳剂以及铸件表面的缺陷问题，相关研究者提出了许多解决途径。

中国专利公开号CN103205530A公开了一种由高温煤焦油或高温煤焦油沥青制得的富碳残渣制备增碳剂的方法,利用残渣中的主要成分游离炭以及富含碳元素大分子稠环芳烃，从资源利用和环境保护的角度出发，采用惰性气氛下的高温炭化和石墨化，脱除喹啉和甲苯不溶物，制备出的增碳剂固定含碳量为95～99％，且杂质含量较低。但残渣的提取率只有20～30％，导致煤焦油沥青的利用率较低，而且工艺复杂，生产周期长，成本较高。

中国专利公开号CN104962686A公开了一种重利用废旧石墨电极的多孔高效增碳剂的制备方法,以废石墨电极、碳纳米管为原料，硅酸钠、碳酸氢铵、玉米秸秆灰、多孔沸石、聚乙二醇400为粘接剂，以及可控固含量的硅溶胶作为坯料表面喷涂剂。该方法制备的的增碳剂杂质含量低，高温烧制后具有多孔结构,坯料表面的硅胶干燥后能够促进熔炼液的石墨化过程，利于增碳剂的均匀分散,提高了增碳剂的固定含碳量，且形态稳定、流动性好、熔入铁水速度快、碳吸收率达到95％以上，有效提高了铸件质量。但存在工艺过程涉及到酸化除杂、超声处理和粉碎，对设备的耐酸性提出了较高要求，且生产周期长，单批次产量低，难以满足大规模铸件用需求。

中国专利公开号CN101775462A公开了一种微粉石墨类增碳剂的制备和使用方法,增碳剂以微粉石墨为原料，淀粉与羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠为粘接剂,解决了锂离子电池电极加工过程中的石墨尾料所致的环境污染问题。但该方法制备的增碳剂固定含碳量不易控制，而且使用有机物作为粘接剂容易导致增碳剂在冶炼过程中分解产生水蒸汽与二氧化碳CO₂气体，严重影响铸件质量，同时在冶炼过程中容易使钢水喷溅，存在巨大的安全隐患。

中国专利公开号CN1523122A公开了一种铸造用增碳剂及其制备方法,将碳材料、比重调节剂及粘接剂组分先后进行粉碎、筛分、混合处理，将0～6mm的小颗粒与0～250目粉料混合、粘结，用造粒机制成固体颗粒，干燥烘干后得到所需增碳剂。但存在工艺较为复杂的不足，涉及到碳固体颗粒的比重调节、脱氧除杂、破粒分级多道工序,同时，在钢水精炼过程中存在界面和熔化，以及防氧化工工序的惰性气氛保护问题。

可见,国内有能够生产高固定含碳量增碳剂的厂家，虽有利用锂离子电池的石墨尾料生产增碳剂,但存在产品质量不高，工艺复杂、生产周期长，或原料利用率高、环境污染小，但产品质量无法满足高端装备和铸件要求的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种增碳剂及其制备方法，要解决的技术问题是提高增碳剂的质量。