[发明专利]制备石墨电极用针状焦炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备针状焦炭的方法，该针状焦炭可作为用于制造石墨电极的原材料。

背景技术

可用于人造石墨电极的焦炭，即针状焦炭是通过将重油诸如煤焦油衍生的沥青和石油衍生的沥青通过延迟焦化法转化为生焦炭，再煅烧该生焦炭获得的。人造石墨电极是通过调节针状焦炭的粒径至给定的粒径分布，与沥青粘合剂捏合，挤出成型，烘焙，在浸渍沥青中浸渍，二次烘焙，如果需要重复上述步骤数次，并进行石墨化来生产的。该石墨化由在2500～3000℃下进行热处理组成，并且在该步骤中一般使用LWG炉(直流电型)。

然而，在LWG炉中进行石墨化时，温度快速升高，其结果导致气体以较高的速度生成，并且会产生被称为晶胀现象的体积异常膨胀。

晶胀现象使电极密度下降，并且在严重的情况下，造成电极损坏，现在已经开始研究生产晶胀抑制剂，以及制备低晶胀的针状焦炭。

晶胀现象被认为是当石墨化开始时，在温度为1700～2000℃范围内，当硫释放出来时发生的，并且业已得知化合物如氧化铁(JP55-110190(A1))，镍和有关化合物(JP60-190491(A1))以及氧化钛(JP02-51409(A1))可作为晶胀抑制剂，也就是，能够形成硫化物如形成硫化铁的化合物可作为抑制剂，通过暂时将释放的硫捕获，并且在较高的温度下分解，从而使释放硫的时间转移到较高温度。已经证实，氧化铁对不同类型的原料焦炭具有不同的作用，对于石油基焦炭作用优异而对于煤焦油基焦炭作用较劣。

JP02-92814(A1)公开了一种使作为抑制剂的铁化合物均匀地分散在焦炭的孔隙中的方法，其中焦炭用一种溶解在水和乙醇等中的溶剂可溶的硫酸铁或硝酸铁浸渍，或用氧化铁微粒的悬浮液浸渍，干燥浸渍的焦炭以除去水分或乙醇，使干燥的焦炭与沥青粘合剂混合，并且使混合物石墨化。然而，当浸渍的焦炭完全干燥后，浸渍焦炭用的抑制剂释放出水分或分解成气体导致电极的缺陷和低强度。

另一方面，JP53-35801(B1)公开了一种制备低晶胀针状焦炭的方法，该方法通过在低于常规温度，即600～1000℃的温度下，进行生焦炭的第一步焙烧，冷却一次，而后在1200～1500℃进行第二步焙烧来实现的。然而，进行多步焙烧导致热能损失增加，并且除非该方法能够显著降低晶胀否则在经济上值得怀疑。

因此，本发明的目的是提供可用于人造石墨电极的低晶胀针状焦炭，它能够提高石墨电极的产量和性能。

本发明的另一个目的是提供制备用于石墨电极的针状焦炭的方法，该方法不仅能够控制石油基针状焦炭的晶胀，而且能够控制煤焦油基焦炭的晶胀，而不导致巨额生产成本。

为了解决上述问题，本发明的发明者已经进行了大量研究，发现通过下述方法可以显著提高控制晶胀的效果，即使用至少一种铁化合物(选自氧化铁和在加热下能反应或能分解形成氧化铁的化合物)作为晶胀抑制剂，用该晶胀抑制剂的溶液或悬浮液浸渍针状焦炭或中间级煅烧焦炭，并且在高于常规干燥温度的温度下加热，从而完成本发明。

发明概述

因此，本发明涉及一种制备用于石墨电极的针状焦炭的方法，包括：在与沥青粘合剂一起进行捏合前，用至少一种铁化合物的溶液或悬浮液处理针状焦炭，直至有0.1～15％重量的铁化合物粘附到针状焦炭上，并且在300～1600℃下进行热处理，该铁化合物选自氧化铁和与焦炭一起加热能反应或能分解形成氧化铁的化合物。

另外，本发明涉及一种制备针状焦炭的方法，该方法是对用延迟焦化法制备的生焦炭进行两个或多个步骤的煅烧，并且涉及一种制备用于石墨电极的针状焦炭的方法，包括在600～1000℃温度范围内，对生焦炭进行在前煅烧得到中间级煅烧焦炭，用至少一种铁化合物的溶液或悬浮液对其进行处理，直至粘附有0.1～15％重量的铁化合物，并且在1200～1600℃温度下进行在后煅烧，该铁化合物选自氧化铁以及与焦炭一起加热能反应或能分解形成氧化铁的化合物。

在本发明中，形成氧化铁的化合物优选为至少一种选自：硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、碳酸铁、铁矾、羰基铁、醋酸铁、柠檬酸铁和环戊二烯合铁的铁氧化物。

本发明将在下面进行详细描述。

本发明使用的焦炭为针状焦炭或中间级焦炭，该焦炭是通过煅烧生焦炭获得的，该生焦炭是通过延迟焦化重油得到的，该重油包括石油衍生沥青和煤焦油衍生沥青中的一种或两种。