[发明专利]一种处理高硫石油焦以抑制爆烈的方法

说明书

本发明涉及碳质制品和石墨制品，特别是电炉电极，此处还涉及用高硫石油焦生产具有改进质量的此种电极的方法。更具体地说，本发明涉及在将煅烧石油焦掺入碳质混合物之前，用爆裂抑制剂来处理该焦炭的工艺方法。就其主要方面来说，本发明涉及含煅烧石油焦离散颗粒的碳质填料或骨料，该煅烧石油焦离散颗粒含硫量高，而且在整个颗粒物中分布有爆裂抑制剂，这种爆裂抑制剂在生产和使用石墨和碳质制品过程中，起着减小或消除焦炭发生爆裂的作用。

生产碳质电炉电极和石墨电炉电极的通常作法是，使用煅烧石油焦（即经过加热到1200℃以上温度的生石油焦）作填料或骨料，将该填料或骨料同碳质粘合剂如沥青混合到一起。该混合物用模压法或挤压法制成电极形状，然后在足以使粘合剂碳化的高温（如800℃左右）下予以烘焙。如果需要石墨化电极，则经过烘焙的电极还要再加热到至少约2800℃的温度。

石油焦颗粒具有“爆裂”的倾向，也就是说，如果它们含有约0.3%（重量）以上的硫，那么，在被加热到高于约1500℃的温度时，就会膨胀甚至于破裂。用这样的焦炭制造的电极，当加热到上述高温时，其密度和强度均会降低，有时还会沿长度方向爆裂。前已述及，石墨电极在其制造过程中，通常要加热到至少2800℃。碳精电极在制造过程中不进行石墨化，它们在制硅炉和制磷炉中使用时，达到2000℃-2500℃之间的温度。

爆裂与焦炭颗粒内部的硫从其与碳的键合中释放出来有关。如果含硫蒸气不能从颗粒中或从电极中足够快地逸出，就会产生内部压力，这一内压会使颗粒体积增大，从而可能引起电极爆裂。

消除爆裂的常规办法是，在电极成型之前，向焦炭-沥青混合物中添加诸如氧化铁或其它金属化合物之类的抑制剂。举例来说，已经证明，约2%（重量）的氧化铁就可有效地减少焦炭爆裂。有些焦炭发生爆裂的倾向较强或者在较低的温度下就发生爆裂，这些焦炭用氧化铁不可能完全得到控制。

人们已作了各种努力，以图提供其它一些改进的爆裂抑制方法，克服现有技术的上述缺点和其它不足之处。例如，美国专利No.2814076（1957.11.26授予J.W.Gartland）中公布了一种生产石墨制品如电炉电极的改进方法，其中使用元素周期表中第Ⅰ族碱金属的化合物尤其是碳酸钠作为爆裂抑制剂。碳酸钠可在制品经烘焙后，用碳酸钠溶液浸渍该制品来加到制品中，或者直接将爆裂抑制剂加到焦炭-沥青混合物中，从而将其加到制品中。将碳酸钠加到焦炭-沥青混合物中要比将其加入烘焙过的制品中来得方便，但用这种方法生产的成品电极质 量低下，即电极的密度和强度均较低。

将爆裂抑制剂直接加入焦炭-沥青混合物时遇到的另一问题是，碳酸钠会与有可能在该混合物中使用的酸性挤压助剂反应。遗憾的是，此反应常使挤压工序出现各种问题，致使电极结构不良。

美国专利No.3506745（1970.4.14授予L.H.Juel等）中，公布了另一种在生产碳精电极和石墨电极时解决焦炭爆裂问题的方法。在该方法中，将高硫石油焦颗粒于掺入碳质混合物之前预先进行行理，使焦炭颗粒与爆裂抑制剂接触，并在基本上非氧化性的气氛中，将焦炭颗粒加热到高于约1400℃并且也高于在无爆裂抑制剂时焦炭开始爆裂的温度以上，最好是加热到2000℃以上。爆裂抑制剂可通过将该抑制的细粉喷在粒状石油焦上来引入，或者也可以制备含抑制剂的水悬浮液，在将焦炭颗粒加热到爆裂温度之前将其喷到焦炭上。然后，将焦炭颗粒冷却到室温附近，并与沥青粘合剂掺混，形成常规的碳质混合物。当焦炭被加热到爆裂温度或该温度以上时，爆裂抑制剂同硫化合并挥发掉。这种方法的问题是，需要将焦炭颗粒加热到比通常煅烧工序中惯用的温度高得多的温度，因而，这种处理只能使用与通常煅烧操作不同的工艺方法来进行，能耗增加并且需要昂贵的设备。

本发明涉及在将焦炭掺入碳质混合物之前用爆裂抑制剂处理高硫石油焦的改进工艺方法。广义地说，这种改进的工艺方法包括：使高硫石油焦颗粒与含有选自钠、钾、钙、镁的碱金属或碱土金属的化合物在高温下接触，所述高温高于上述碱金属或碱土金属化合物与碳开始发生反应的温度、低于焦炭颗粒在无上述化合物时开始爆裂的温度;将焦炭颗粒在上述高温下保持足够长的一段时间，使反应得以进行，同时使反应产物渗入颗粒，在所有颗粒物中形成含碱金属或碱土金属的沉积物;然后，使经过这样处理的焦炭颗粒冷却。

本发明的工艺方法最好是在约1200℃-1400℃之间的高温下进行。不过，已经发现，象750℃这么低的温度即足以使爆裂抑制剂与焦炭颗粒之间发生所需要的反应，因而也可以采用这样的温度。