[发明专利]低固体含量煤焦油基的浸渍沥青

说明书

本发明涉及一种改进的煤焦油基的、低固体含量的沥青。它的产生是通过采用空气或氧气在高温下对一种选择的煤焦油馏份进行氧化以产生的一种产品该产品因采用低固体含量而有利于使用。

现行的工业碳电极一般是通过石油焦碳粒子（填料）与熔融煤焦油沥青（粘含剂）混合在一起，并对所得到的混合物进行挤压以形成“生的电极”来制造的。然后这种“生的电极”放在大约1300℃下烘焙。这些热处理过程可以把这种生电极体含碳量从95%转变为99%以上。在这种热处理过程中，有些有机物破坏性地蒸发掉或挥发掉，其他有机物分解了，结果导致碳沉积在电极内。当挥发的物质穿出电极体时，它们就通过电极壁开辟通道从而产生一种孔状结构。这种内在的多孔性的后果降低了密度，并减低了电流运载能力。

在碳电极的生产中，碳工业制造电弧炉使用的电极大到直径为28英尺，长为10英尺。例如在钢铁熔炼过程，这些电极用来输送大量的电流。一种理想的碳电极特性是下列几种：

1.密度高

2.弹性模量高

3.电导率高

4.抗饶强度高

为了改变这种不希望的穿壁孔道，内在的多孔性、降低电流运载能力的影响，就要采用一种具有特别适合这种目的浸渍沥青来浸渍电极。

历来，煤焦油一直被作用为一种浸渍剂，因为与石油沥青相比煤焦油沥青具有比较高的密度和碳含量。然而，在制造碳电极的工艺改进可导致生的电极体的孔隙率下降和孔径大小的减小。因此，必须采用较低固体含量的浸渍沥青。普通的煤焦油基沥青不能满足这个要求。虽然目前市场是石油基沥青占优势，但是这种材料也具有某些明显的缺点。此外，可以理解的是，一种沥青的固体含量仅仅是沥青质量的一个指标;最终质量的衡量还与穿透率（希望高的穿透率）和重新烘焙后的焦碳的最终产率有关。

沥青的固体含量通常是用沥青的重量百分比来衡量，并根据美国材料试验学会（ASTM）“氮萘不溶物”（QI）来检定的。

这点上，重要的是要注意“沥青”这术语是适用于各种组成，并与各种目的所使用的多种沥青之间存在着明显的差别。

特别是有关电极生成的“沥青”至少可以以三种不同方式被使用。

1.沥青可以焦化磨成粉末、筛分制成“沥青焦”用作为填充料。目前，大多数焦碳填充料是用石油（如上面提到的）来制造的。已经知道“沥青焦”是从在高温下氧化煤焦油所产生的沥青来制造的。但是应该注意到用作为“沥青焦”的原料的沥青不能满足作为浸渍沥青所需要的“低固体”含量的要求，而这种浸渍沥青是与本发明有关的材料。

2.沥青能够作为一种粘合剂或按含剂在成形和烘焙期间以固定碳电极。这种应用需要具有内在地高氮萘不溶物（QI）含量的一种煤焦油沥青。例如在D、R、Ball的“氮萘不可溶物的类型对煤焦油粘合剂沥青的质量的影响”（Carbon    16    205页[1978]），一论文已叙述了氮萘不溶物在粘合沥青中的重要性。一般来说，人们都同意粘合剂沥青的固体含量是用“QI”试验（氮萘不溶物的测试）来测定的。应该注意，以前使用的碳质材料（石油、煤焦油和油的高温氧化作用生产适合于电极生产的沥青，可直接用于生产粘合剂沥青和沥青焦的沥青，但不能用于生产浸渍沥青。这些现有的沥青通常含有的氮萘不溶物为14%等级。

3.虽然关于用于电板生产的“浸渍沥青”已经加以制造，这种应用要求一种具有明显的“低固体”含量的沥青。这种浸渍沥青的运用讨论和既用作为粘合剂又用作为浸渍剂的沥青的物理性能的讨论在KirK-Othmer《化学工程百科全本》（4卷168，181-183页）参阅可以查到。粘合剂沥青和浸渍沥青之间的主要差别可以从参阅上述参考资料168页上表3“氮萘不溶物”一行条目中看出。

在碳和石墨制造中典型的煤焦油粘合剂

软沥青    中级沥青    硬沥青    浸渍沥青

（QI%）    12    12    15    5

粘合剂的氮萘不溶物含量是明显地比浸渍沥青的氮萘不溶物高。如所示，常规的煤焦油基浸渍沥青的氮萘不溶物含量是5%（重量百分比）

近年来，电极的质量已经加以改进，而浸渍沥青规定的标准也变得更加严格，含5%的氮萘不溶物的浸渍沥青不再是满意的。这就是在这种应用中以石油基的沥青代替煤焦油沥青的原因。

当前的工业标准是石油基沥青所含有的氮萘不溶物＜0.5%。本发明的煤焦油沥青所含有的氮萘不溶物也＜0.5%。以前没有一个研究说明根据煤焦油的氧化作用来制备高质量浸渍沥青的可能性。