一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺制造技术

本发明专利技术属于电解槽阳极材料技术领域，具体涉及一种一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺。本发明专利技术的工艺，包括以下的步骤：(1)制备核层材料：称取煅后石油焦，加入搅拌釜内，升温，加入沥青粘合剂，混合搅拌；(2)制备壳层材料：称取高性能煅后石油焦或其他高性能粉料，加到搅拌釜中，升温，加入粘合剂，混合搅拌；(3)一次成型：同时将(1)中制备的核层材料和(2)中制备的壳层材料加入到成型机内，成型后出料焙烧，得到预焙阳极碳块成品。本发明专利技术所提供的一步法制备具有复杂结构的核壳碳块的制备方法，能够极大的提升现有预焙阳极碳块的产品性能，降低制造成本，实现电解铝用碳阳极产品的升级换代。

【技术实现步骤摘要】
一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺
本专利技术属于电解槽阳极材料
，具体涉及一种一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺。
技术介绍
传统的预焙阳极碳块以煅后石油焦和煤沥青两种材料为主，随着石油资源的持续开采，作为炼油厂废料的石油焦的品质呈下降趋势，表现为高硫焦的占比增大，低硫焦的占比减少，同时，一些金属钒含量较高的石油焦增多，这些低品质石油焦进入阳极碳素制造企业，影响了碳块的产品质量，表现为碳块的空气反应性变差，二氧化碳反应性变差，电解铝时的碳块净耗增大，碳阳极的使用寿命变短。碳素公司一般采取两种解决办法保证碳块的使用寿命，一是通过高硫焦、低硫焦的混合，高钒焦、低钒焦的混合来保证硫或钒等微量元素达标；另一种方法是在碳块表面施加外保护层，隔绝反应性气体对内部的侵蚀。两种方法都存在较大缺陷，混合法使用较多的低硫、低钒石油焦，增加了制造成本，外保护层法不仅增加了一道制造工序，造成成本增加，而且外保护层法制备的外保护层和碳块整体很难牢固粘和，易脱落，使外保护层失效。因此需要针对上述方法的缺陷进行改进，专利技术一种能从根本上消除外保护层存在的脱落失效问题，并且制造成本远远低于石油焦的混合法。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种一步法具有核壳结构预焙阳极碳块制备工艺，从根本上消除外保护层存在的脱落失效问题，并且其制造成本远远低于石油焦。本专利技术的一步法具有核壳结构预焙阳极碳块制备工艺是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的：一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，包括以下的步骤：(1)制备核层材料：称取煅后石油焦，加入搅拌釜内，升温，加入沥青粘合剂，混合搅拌；(2)制备壳层材料：称取高性能煅后石油焦或其他高性能粉料，加到搅拌釜中，升温，加入粘合剂，混合搅拌；(3)一次成型：同时将(1)中制备的核层材料和(2)中制备的壳层材料加入到成型机内，成型后出料焙烧，得到预焙阳极碳块成品。优选的，(1)中，所采用的煅后石油焦为硫含量大于2％的高硫焦，或金属钒含量大于200ppm的高钒焦；(1)中，煅后石油焦为不同粒径的石油焦，其中，粗料粒径8-12mm，中料粒径4-8mm，细料粒径1-4mm；(1)中，升温至120～190℃，混合时间为10～60min；(2)中，高性能煅后石油焦为硫含量小于或等于2％的低硫煅后石油焦，或金属钒含量小于或等于200ppm的低钒煅后石油焦；高性能粉料包括天然石墨粉、人造石墨粉、气相氧化铝、工业级氧化铝的至少一种。粘合剂包括煤沥青、石油沥青、酚醛树脂中的至少一种。(2)中，升温至120～180℃，混合时间为10～60min。(3)中的一次成型，将核层材料、壳层材料加入成型机的加入方式为自动或手动一次同时加入同一台成型机，在加入材料之前在成型机内设分隔板，将核层材料加入到隔板内部，壳层材料加入到分隔板外部。(3)中，核层、壳层材料加完后，将隔板抽出，热压成型。(3)中，成型后壳层厚度为1～10mm，壳层重量为碳块总重的0.5～5％。更优选的，上述的一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，包括以下的步骤：(1)制备核层材料：称取煅后石油焦，加入搅拌釜内，至120～190℃，加入沥青粘合剂，混合10～60min，并搅拌；煅后石油焦为硫含量大于2％的高硫焦，或金属钒含量大于200ppm的高钒焦；煅后石油焦中粗料粒径8-12mm，中料粒径4-8mm，细料粒径1-4mm；(2)制备壳层材料：称取高性能煅后石油焦或其他高性能粉料，加到搅拌釜中，升温至120～180℃，加入粘合剂煤沥青、石油沥青、酚醛树脂中的至少一种，混合10～60min，并搅拌；高性能煅后石油焦为硫含量小于或等于2％的低硫煅后石油焦，或金属钒含量小于或等于200ppm的低钒煅后石油焦；(3)一次成型：同时将(1)中制备的核层材料和(2)中制备的壳层材料加入到成型机内，在加入材料之前在成型机内设分隔板，将核层材料加入到隔板内部，壳层材料加入到分隔板外部，成型后出料焙烧，得到预焙阳极碳块成品。本专利技术的有益效果在于：(1)采用一步法制备具有核壳结构的复合碳阳极，消除了两步法工序复杂，界面结合不牢固的缺陷，具有广泛的通用性；(2)本专利技术的壳层材料具有材料组成可调，厚度可调的优点，壳层材料可采用高性能的低硫焦，石墨粉，氧化铝粉或其混合物，厚度在1～10mm之间；(3)本专利技术的材料制造成本低，远远低于混合法的成本。附图说明图1为实施例1中成型机内单层碳块材料与成型机的位置关系图；图2为实施例6中成型机内核壳结构碳块分隔板与成型机的位置关系图；图3为一步法制备的核壳结构碳块的三维立体示意图；图4为实施例8核壳结构碳块的实物照片；图1中，1-成型机，2-单层碳块材料放置处；图2中，1-成型机，2-壳层材料放置处，3-分隔板，4-核层材料放置处；图3中，1-壳层材料，2-核层材料。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式来对本专利技术作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本专利技术，但并不以此限制本专利技术。实施例1高硫焦(S含量4.4％)对比样碳阳极制备，其具体的工艺步骤如下：称取330公斤粗料高硫煅后石油焦，300公斤中料高硫煅后石油焦，220公斤细料高硫石油焦，加入搅拌釜，搅拌釜加热至170℃，再加入150公斤煤沥青作为粘合剂，170℃搅拌下混合45min，加入成型机，热压成型，1100℃焙烧20天，得到1#阳极碳块成品；气体反应性测试：空气反应性测试温度为560℃，测试时间7小时，CO2反应性测试温度为960℃，测试时间为12小时。附图1中，示出了成型机内单层碳块材料与成型机的位置关系图。实施例2高钒焦(V含量460ppm)对比样碳阳极制备称取330公斤粗料高钒煅后石油焦，300公斤中料高钒煅后石油焦，220公斤细料高钒石油焦，加入搅拌釜，搅拌釜加热至170℃，加入150公斤煤沥青，170℃搅拌下混合45min，加入成型机，热压成型，1100℃焙烧20天，得到2#阳极碳块成品；气体反应性测试：空气反应性测试温℃为560℃，测试时间7小时，CO2反应性测试温℃为960℃，测试时间为12小时。实施例3低硫焦对比样碳阳极制备称取330公斤粗料低硫煅后石油焦，300公斤中料低硫煅后石油焦，220公斤细料低硫石油焦，加入搅拌釜，搅拌加热至170℃，加入150公斤煤沥青，搅拌下170℃混合45min，加入成型机，热压成型，1100℃焙烧20天，得到3#低硫焦阳极碳块成品。实施例4高硫焦核层/石墨粉壳层碳阳极制备1)称取15.5公斤天然石墨粉，加入50L搅拌釜，搅拌加热至170℃，加入9.5公斤煤沥青，搅拌下170℃混合45min，得到石墨粉壳层材料；2)称取330公斤粗料高硫煅后石油焦，300公斤中料高硫煅后石油焦，220公斤细料高硫石油焦，加入2000L搅拌釜，搅拌加热至170℃，加入150公斤煤沥青，搅拌下170℃混合45min，得到高硫焦核层材料；3)将壳层材料和核层材料同时加入成型机，去掉隔板，160℃热压成型，1100℃焙烧20天，得到4#阳极碳块成品。实施例5高钒焦核层/石墨粉壳层碳阳极制备1)称取15.5公斤天然石墨粉，加入50L搅拌釜，搅拌加热至170℃，加入9.5公斤煤沥青，搅拌下170℃混合45min，得到石墨粉壳层材料；2)称取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，包括以下的步骤：(1)制备核层材料：称取煅后石油焦，加入搅拌釜内，升温，加入沥青粘合剂，混合搅拌；(2)制备壳层材料：称取高性能煅后石油焦或其他高性能粉料，加到搅拌釜中，升温，加入粘合剂，混合搅拌；(3)一次成型：同时将(1)中制备的核层材料和(2)中制备的壳层材料加入到成型机内，成型后出料焙烧，得到预焙阳极碳块成品。

【技术特征摘要】
1.一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，包括以下的步骤：(1)制备核层材料：称取煅后石油焦，加入搅拌釜内，升温，加入沥青粘合剂，混合搅拌；(2)制备壳层材料：称取高性能煅后石油焦或其他高性能粉料，加到搅拌釜中，升温，加入粘合剂，混合搅拌；(3)一次成型：同时将(1)中制备的核层材料和(2)中制备的壳层材料加入到成型机内，成型后出料焙烧，得到预焙阳极碳块成品。2.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，(1)中，所采用的煅后石油焦为硫含量大于2％的高硫焦，或金属钒含量大于200ppm的高钒焦。3.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，(1)中，煅后石油焦为不同粒径的石油焦，其中，粗料粒径8-12mm，中料粒径4-8mm，细料粒径1-4mm。4.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，(1)中，升温至120～190℃，混合时间为10～60min。5.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，(2)中，高性能煅后石油焦为硫含量小于或等于2％的低硫煅后石油焦，或金属钒含量小于或等于200ppm的低钒煅后石油焦；高性能粉料包括天然石墨粉、人造石墨粉、气相氧化铝、工业级氧化铝的至少一种。6.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，粘合剂包括煤沥青、石油沥青、酚醛树脂中的至少一种。7.如权利要求1一步法制备核壳结构预焙阳极碳块的工艺，其特征在于，(2)中，升温至120～180℃，混...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎光辉，李建军，张法利，刘玉川，庞娟娟，豆振林，
申请(专利权)人：索通发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37