[发明专利]一种高温气冷堆用石墨砖的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨砖领域技术，尤其是指一种高温气冷堆用石墨砖的制备方法。

背景技术

高温气冷堆由于具有高的发电效率、建设周期短、系统操作简单、安全性高等优点被作为新型清洁能源列为未来二十年重点发展方向之一。高温气冷堆按燃料元件的形状可分为两种：球床型高温气冷堆、棱柱型高温气冷堆。而球状堆由于具有燃料更换不停堆等优势作为我国新一代高温气冷堆的优选堆型。

石墨砖为组成高温气冷堆的关键材料，主要用于核反应堆的高注量区和反射层结构。由于该类区域承受中子辐射最重，因此对其材料性能要求较高，需要用到高密度、高纯度和高强度的各向同性石墨块体材料作为基体。自1998年清华核能研究院10MW高温气冷实验堆的设计建造，到2012年山东石岛湾60万千瓦高温气冷堆示范工程的开工建设，对石墨砖的性能指标要求，如尺寸、导电、导热等性能均有不同程度的提高。目前，高温气冷堆用石墨砖的原料主要采用石油焦和沥青焦，由于原材料本身的局限性使产品的各项性能指标较低，极大的限制了气冷堆的使用寿命和效果。因此，如何开发一种适用于高温气冷堆用的高性能石墨砖的制备方法，对于发展高温气冷堆的应用技术有非常重要的实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种高温气冷堆用石墨砖的制备方法，其能有效解决现有之高温气冷堆用石墨砖由于原材料本身的局限性使产品的各项性能指标较低，极大的限制了气冷堆的使用寿命和效果的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种高温气冷堆用石墨砖的制备方法，包括有以下步骤：

（1）原料的预处理：选取固定碳含量为60～99%的天然石墨，经破碎、分级后，获得粉体平均粒径为1～50μm的天然石墨前驱体；

（2）高温提纯：将天然石墨粉和第一添加剂按1：0.01～0.1的比例搅拌混合均匀，置于坩埚中；在惰性气体的保护下，将物料加入到高温提纯炉中，以4～20℃/min的速率升温至1800～3000℃，开始通入卤素或卤代烃气体，产品在气氛中保温0.5～12h，得到纯度为99.9%以上的高纯石墨粉；

（3）石墨块体材料的制作：将所得高纯石墨粉置于混捏锅中进行混合预热，干混温度为100～300℃，混合0.1～1h；然后加入第二添加剂和粘结剂，继续混合0.5～10h；混合完毕后将糊料冷凉进行加压成型，使其具有外形形状；将成型后的块体材料置于焙烧炉中于600～1000℃处理50～500h；焙烧后的石墨块体材料置于浸渍罐中，于1～3MPa压力下通入煤沥青进行浸渍处理，处理时间为1～10h；浸渍后的产品置于焙烧炉中进行二次焙烧，在800～1200℃下处理10～100h；所得石墨块体产品通过机械加工组合机床进行加工成型。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中天然石墨为鳞片石墨，土状石墨。

作为一种优选方案，所述步骤（2）中惰性保护气体为氮气或氩气，纯度为99.9%以上。

作为一种优选方案，所述步骤（2）中卤素或卤代烃气体为F2、Cl2、Br2、CCl4、CF2Cl2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、C2H5Br、C3H7I 和C4H7Cl3 其中的至少一种。

作为一种优选方案，所述步骤（2）中高温提纯采用的第一添加剂为金属钠、钾的卤化物或氟化物。

作为一种优选方案，所述步骤（3）中粘结剂为沥青，优选为软化点在100～200℃的中温沥青。

作为一种优选方案，所述步骤（3）中第二添加剂为含氧脂酸。

作为一种优选方案，所述含氧脂酸为硬脂酸、甘油、软脂酸或油酸。

作为一种优选方案，所述步骤（3）中成型方式为挤压成型、振动成型、模压成型或等静压成型，其中优选为等静压成型；其中，挤压成型，压力范围为8～30MPa；振动成型：0.1～1.0公斤/平方厘米；模压成型：50～150MPa；等静压成型：100～180MPa。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

本发明突破性的采用石墨化度高的天然石墨作为原料进行石墨砖的制作，极大的提高了提纯的效果，改善了产品的内部结构，从而使产品的体积密度、导电导热、抗折抗压强度、硬度和各向同性度等性能指标有极大的改善；非常适合作为第四代球床型高温气冷堆的高注量区和反射层的基体材料；其次，本发明优化了传统石墨砖的制备工艺，后期无需进行石墨化再处理，降低了能耗，提高了生产效率。

具体实施方式