[发明专利]一种粘结剂沥青的制备方法、粘结剂沥青及炼铝用电极

说明书

本发明提供一种粘结剂沥青的制备方法，包括以下步骤：a.将多种原始焦油原料混配到混合煤焦油，混合煤焦油经过净化处理后，再经过电化学氧化反应得到预处理后加工煤焦油；加工煤焦油的喹啉不溶物含量为2质量％以上且小于20质量％；b.将加工煤焦油蒸馏得到中温沥青；c.将中温沥青进行热聚反应得到聚合物组分；d.将聚合物组分中的低分子组分蒸出得到粘结剂沥青。通过该制备方法制备得到的粘结剂沥青，具有较低的粘度，在应用于炼铝用电极时，能够对骨料焦进行充分的润湿。在与骨料焦形成的复合材料经过焙烧后堆积密度较高，机械强度大。能够降低炼铝用电极的电阻率，降低炼铝生产过程中的消耗及成本。本发明还涉及一种粘结剂沥青及炼铝用电极。

技术领域

本发明属于沥青领域，更具体而言，涉及一种粘结剂沥青的制备方法、粘结剂沥青及炼铝用电极。

背景技术

炼铝用电极的碳材料或碳/碳复合材料需要具有诸如高机械强度，高电导率和高导热率的特性。为了满足以上性质，需要将骨料(石油焦、沥青焦等)通过粘结剂进行彼此粘合，一般使用由煤焦油等制成的改质沥青作为粘结剂。然后再通过捏合成型，焙烧，然后石墨化来制造炼铝电极等碳复合材料。煤焦油是通过在焦炉中在1100至1350℃下将煤(例如烟煤和无烟煤)碳化而产生的气体冷却和冷凝而获得的。

粘结剂沥青主要性能指标有软化点、喹啉不溶物、甲苯不溶物、结焦值、灰分、水分、钠离子含量及中间相含量。粘结剂沥青在高于软化点的温度下与骨料焦混合、捏合时，需要与骨料焦有很好地润湿在焦的表面，并且能浸入到焦的空隙中即良好的浸透性能，此外还需要有较高的碳化收率(结焦值)，结焦值越高，所形成的复合材料在焙烧期间的碳化产率越高，该材料的堆积密度越高，并且机械强度越大，并且材料的电阻率越低，使得在炼铝生产过程中消耗及成本越低。

炼铝电极制备过程中使用的粘结剂沥青通常通过中温沥青的热改质生产的。中温沥青是指将煤焦油通过蒸馏(常压、减压)操作脱除轻质馏分如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油后的残余馏分。中温沥青的软化点约为80-90℃，轻质组分过多，重质组分不足，因此需要将其在300至450℃下热改质或热聚制成炼铝电极。

为了提高碳化收率，最直接有效的措施是增加粘结剂沥青中的重组分含量。可以通过增加粘结剂沥青的软化点来增加粘结剂沥青中的重组分含量。然而，当与骨料焦捏合时为了将粘结剂沥青液化，一般要使用比粘结剂沥青软化点高约50℃的操作温度，因此，如果软化点提高，则设备的加热负荷就要变得非常大。此外，一般提高沥青的软化点，其粘度也会变高，当液态沥青通过管道输送时阻力会很大。此外，通过常用的热改性增加重组分含量时，沥青中会产生大量的大尺寸中间相，当粘结剂沥青与骨料焦捏合时，会堵塞焦的表面开孔，进而妨碍沥青浸润到焦的内孔。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了广泛的研究，通过建立焦油与粘结剂沥青性质的关联关系，利用蒸汽改质工艺，在低温下完成轻质油的脱除和沥青热聚反应得到指标理想的粘结剂沥青。本发明是在基于焦油原料对产品性质影响及抑制沥青的重组分生成并且减少轻油的残留含量的思路进行的。

本公开实施例提供了一种粘结剂沥青的制备方法，包括以下步骤：

a.将多种原始焦油原料混配到混合煤焦油，混合煤焦油经过净化处理脱出残渣和水分，再经过添加含烷基侧链的芳烃物质混合均匀后通入电解反应器，经过电化学氧化反应得到预处理后加工煤焦油；所述加工煤焦油的喹啉不溶物含量为2质量％以上且小于20质量％；

b.将所述加工煤焦油蒸馏得到中温沥青；

c.将所述中温沥青进行热聚反应得到聚合物组分；

d.将所述聚合物组分中的低分子组分蒸出得到粘结剂沥青。

其中，质量％的含义是指按照国标测试方法喹啉不溶物质量数占测试物料的质量百分比。

本方案中“以上”和“小于”均包括端点值，例如“2质量％以上”包含2质量％。