[发明专利]一种抗电解MnO2

说明书

本发明公开了一种抗电解MnO₂过程钙镁结晶用碳/碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨‑石墨烯粉与碳纤维编织毡的混合物浸渍于可流动的改性石油沥青中得到石墨‑石墨烯/碳纤维编织坯/沥青浸渍坯体；(2)将石墨‑石墨烯/碳纤维编织坯/沥青浸渍坯体在氩气保护下的高温碳化炉中梯度升温碳化,重复浸渍并碳化过程至预制体孔隙致密化；(3)采用化学气相表面沉积工艺高温梯度热分解气态烃并沉积于碳/碳复合材料预制体表面得到碳/碳复合材料。本发明工艺过程简单，工艺参数易控，所得材料导电导热性能良好，强度高，且表面光洁度高，不易形成钙镁结晶晶核，可作为用于湿法电解过程中抗钙镁结晶沉积的阴极材料。

技术领域

本发明涉及一种碳/碳(C/C)复合材料的制备方法，尤其涉及一种抗电解MnO₂过程钙镁结晶用碳/碳(C/C)复合材料的制备方法。

背景技术

湿法电解二氧化锰生产中电解液系统含有大量钙镁离子，其主要来源于原料锰矿和制液过程中添加的辅助物料(如氧化钙等)，这些离子在酸性电解环境中以硫酸钙或硫酸镁的形式存在于电解系统内，随着电解产出的废电解液不断循环使用，钙镁离子在电解二氧化锰生产系统中富集积累，当达到饱和状态后，会以钙镁盐的形式析出。尤其是使用铜材料作为阴极时，电解液中一定浓度氯离子存在下铜材料表面会产生点蚀，这些蚀坑成为晶核加速钙镁结晶盐的析出与附着，导致相当大一部分沉积在阴极板表面，给阴极板的极化反应和传热过程带来严重影响，因此需要频繁取出阴极套板，采用人工机械法去除极板表面富集的钙镁沉积产物，增加了生产作业量及生产能耗。

碳/碳(C/C)复合材料作为一种导电导热性能良好、强度高的材料体系，可替代铜阴极作为电解二氧化锰用阴极材料，避免在电解二氧化锰成品中混入铜的质量缺陷，同时，根据碳/碳(C/C)复合材料的制备工艺特征，可通过控制关键技术参数，得到高致密度、高光洁度、自洁净的碳/碳(C/C)复合材料表面，使其作为电解二氧化锰阴极时极大降低钙镁离子在表面的吸附及成核作用，减缓硫酸钙、硫酸镁等晶体的沉积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗电解MnO₂过程钙镁结晶用碳/碳(C/C)复合材料的制备方法，工艺过程简单，工艺参数易控，所得材料导电导热性能良好，强度高；且基体材料经多次气相沉积，得到高致密度、高光洁度、自洁净表面，作为电解MnO₂阴极材料时，可极大减缓电解液中钙镁等离子在阴极上沉积形成不溶盐，维持阴极的导电导热性能，延长阴极的服役周期。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

一种抗电解MnO₂过程钙镁结晶用碳/碳(C/C)复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)石墨-石墨烯/碳纤维编织坯/沥青浸渍坯体的制备：将石墨-石墨烯粉与碳纤维编织毡的混合物浸渍于可流动的改性石油沥青中，得到石墨-石墨烯/碳纤维编织坯/沥青浸渍坯体；

(2)碳/碳复合材料预制体的形成：将步骤(1)所得石墨-石墨烯/碳纤维编织坯/沥青浸渍坯体在氩气保护下的高温碳化炉中梯度升温碳化，然后将碳化坯体再次浸渍于可流动的改性石油沥青中，再在氩气保护下的高温碳化炉中梯度升温碳化，即重复浸渍碳化过程，至预制体孔隙致密化，得到碳/碳复合材料预制体；

(3)高温梯度热分解气态烃并沉积于碳/碳复合材料预制体表面：采用化学气相表面沉积工艺，将步骤(2)所得碳/碳复合材料预制体的表面暴露于高温热分解的碳氢化合物气氛中，逐渐完成热解碳的沉积过程，得到碳/碳复合材料。

进一步地，步骤(1)中，石墨中铁杂质含量小于100ppm，中位径低于10μm；所述碳纤维编织毡结构为叠层穿刺毡、针刺整体毡和长纤维绕编中的一种；石墨-石墨烯中，石墨烯的含量为5.0～10.0wt％；所述石油沥青中的喹啉不溶物含量低于0.12wt.％。