一种柔性石墨浸渍剂配方及其制备与应用工艺组成比例

本发明专利技术公开了一种柔性石墨浸渍剂配方及其制备与应用工艺，浸渍剂是由不同粒径不同浓度的可膨胀石墨加入溶有处理剂的水中形成的胶液。通过先负压后正压配合超声波的方式使浸渍剂浸入阳极孔隙，不同粒径的柔性石墨能够有效填充相应粒径的孔隙，通过不同膨胀温度不同膨胀倍率的柔性石墨的组合配比，使得浸渍后经过多次梯度升温，各次升温膨胀效果起到不同作用，不同孔隙和孔隙通道进行不同效果的膨胀填充和封堵，不仅增加了阳极炭块密度和重量，同时因为浸渍剂主要成分为处理后的柔性石墨，能够与炭块内部紧密结合防止掉渣，提高电流密度，孔隙内填充阻隔氧化反应通道，降低了无效氧化，延长了使用寿命。延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
wt%；氧化剂 0.01
‑
5 wt%；偶联剂 0.01
‑
5wt%；分散剂 0.01
‑
5 wt%；增稠剂0.01
‑
5 wt%；剩余组分为水。
[0009]进一步的，柔性石墨由不同膨胀温度、不同膨胀倍率的多种可膨胀石墨组合而成，其中膨胀温度在60℃
‑
100℃之间的可膨胀石墨占0%
‑
40%,膨胀温度在100℃
‑
300℃之间的可膨胀石墨占0%
‑
40%，膨胀温度在300℃以上的可膨胀石墨占0%
‑
40%。
[0010]进一步的，柔性石墨的粒径分布为：粒径为0.1μm以下的柔性石墨占1%
‑
20%，粒径为0.1
‑
1μm的柔性石墨占0
‑
10%，粒径为1
‑
20μm的柔性石墨占0
‑
10%。
[0011]本专利技术还提供一种高效柔性石墨浸渍剂的制备方法，采用上述的配方进行制备，具体制备过程如下：先将柔性石墨与占总量的质量分数0.01wt%
‑
5wt%的分散剂混合均匀，得到混合物Ⅰ；然后将混合物Ⅰ进行解离，若使用干法进行解离，则使用直径为0.1
‑
50mm的介质球、设置转子转速80
‑
200r/min，球磨0.5
‑
2小时，使粒径磨至20μm以下；若采取湿法解离则还需要将混合物Ⅰ中加入适量水，其他解离步骤与干法一致；将混合物Ⅰ中加入到溶有占总量的质量分数0.01wt%
‑
5wt%的氧化剂和占总量的质量分数0.01wt%
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5wt%的偶联剂的水胶液中，得到混合物Ⅱ；对混合物Ⅱ进行剪切分散搅拌，搅拌速度为20
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150r/min，使柔性石墨稳定分散在水中，再向混合物Ⅱ中加入占总量的质量分数0.01wt%
‑
5wt%的增稠剂，使胶液粘度达到0.01
‑
10Pa
•
s，搅拌时间控制在0.2
‑
3小时内，得到柔性石墨浸渍剂。
[0012]本专利技术还提供了上述的高效柔性石墨浸渍剂的应用工艺，包括如下步骤：第一步、将阳极炭块置于真空罐内，抽真空使真空度为0.01
‑
500Pa；第二步、向罐内注入所述的浸渍剂，浸渍剂体积控制在超过浸渍体液面部分体积大于浸渍量的5%以上；第三步、关闭真空阀，向真空罐内施加小于0.6MPa的正压力，加压速率不小于4KPa/min；同时进行超声波处理，超声波的频率为20
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100KHz，浸渍时间为0.2
‑
3小时；第四步，上一步完成后，先进行梯度升温加热，控制温度设定为60
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100℃；第五步，将真空罐内的浸渍液排出，把阳极碳块从罐内取出。
[0013]进一步的，还包括第六步，在第六步中，将取出后的阳极炭块进行第二次加热，控制温度为80
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100℃，升温时间控制在0.2
‑
3小时之内，持续加热时间控制为0.2
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12小时之内。
[0014]进一步的，还包括第七步，利用电解槽工作时槽内的高温对阳极炭块进行第三次加热，使所有柔性石墨在高温环境下完全膨胀，密实度达到最佳。
[0015]本专利技术的原理：本专利技术中的高效柔性石墨浸渍剂为一种胶液，其主要成分为柔性石墨和处理剂，柔性石墨对孔隙进行填充，处理剂保证浸渍剂具有良好的分散性、稳定性及吸附强度，并在浸渍时采取先负压后加压的方式，同时使用超声波辅助，以保证柔性石墨顺利浸入阳极炭块内部孔隙。使用本专利技术中的浸渍剂时，采用了多次加热，有效的对阳极炭块内部孔隙进行封堵和填充。浸渍完成后，先在浸渍罐内第一次加热初步膨胀封堵，使浸渍剂胶液不易从孔隙中溢出，进行第二次加热后，使阳极炭块内部空隙中的部分柔性石墨失去水分同时进一步膨胀，在炭块内腔壁膨胀封堵住孔隙通道，将阳极炭块安装到电解槽中进行电解铝生产时，利用电解铝热量进行第三次加热，使柔性石墨再次膨胀。本专利技术利用不同粒径的柔性石墨浸入不同粒径的孔隙，同时综合考虑了各种柔性石墨的不同膨胀倍率，经过不断优化柔
性石墨的组成配比，以保证阳极炭块的各种粒径孔隙均能够得到有效的填充，各种可膨胀石墨膨胀速率不同，设定加热温度控制膨胀速率，使多种不同粒径指标可膨胀石墨提高阳极炭块密实度。孔隙填充后可抗氧化作用明显提升，同时也可以加强炭块组织的结构强度防止掉渣，从而增加阳极炭块使用寿命，柔性石墨中包括了部分具备极高导电性材料，能够适量增强电流密度，降低能源消耗。
[0016]不同的柔性石墨具备不同的膨胀温度和膨胀倍率，同时柔性石墨在升温膨胀时为持续过程，因此根据对阳极孔隙的粒径进行分析，本专利技术可以使用不同膨胀温度不同膨胀倍率的可膨胀石墨来调节柔性石墨的组成配比，以求达到最好的封堵填充效果。利用碳素骨料颗粒内部固有的孔隙、配料中骨料颗粒间的孔隙，生阳极在焙烧热处理过程中形成的挥发气体排出通道与开口气孔，其产生的总孔隙率一般为16%~25%，大于1μm的开口气孔在50%以上这一特征，能够将柔性石墨在常温下快速有组织嵌入到阳极炭块内部的孔隙中，通过后续工艺控制（多次加热）实现在大孔径中通过挤占孔道形成堵塞点，且无需焙烧。因为柔性石墨的特殊性质加上孔隙的不均匀性，通过设计实验改变粒径配比，对不同孔隙间无效氧化的气体扩散通道进行阻隔，起到有效作用。由于柔性石墨的种类繁多，且大部分具有较大的膨胀倍率，在相同条件下，膨胀倍率大的柔性石墨膨胀后，不仅结构稳定性差，且膨胀后孔隙大，起不到阻隔作用，因此通过筛选得到最适膨胀倍率的柔性石墨。柔性石墨最重要的一个特性是既达到膨胀温度才能开始膨胀，由于膨胀并不是瞬间达到相应的倍率，在浸渍时为保证柔性石墨能够在浸渍后稳定存在孔隙间通道完成一定阻隔，需要进行一次加热，但温度不宜过高，在通道处阻隔浸渍剂溢出；浸渍后进行干燥时，使柔性石墨进行二次膨胀并使得水分大量从孔隙中蒸发；在上槽电解时，利用电解槽温度进行第三次加热，既节约了能源也达到了膨胀效果，此时为三次膨胀这次膨胀会逐渐达到最大膨胀倍率，填充整个孔隙。由于三次加热，粒径分布，孔隙间通道大小等复杂原因，为保证这些问题的解决，采取不同性质柔性石墨进行配比，并改变浓度调整效果，不同膨胀温度的柔性石墨以不同粒径不同浓度做正交实验，并将配置后的浸渍剂通过先负压后正压的方式浸渍至预焙阳极中，验证浸渍后效果，得到最佳不同粒径、浓度、膨胀温度的柔性石墨配比，并控制好三次加热温度，干燥速率。增加阳极炭块的重量免除了二次焙烧环节，阻隔内部无效氧化的气体扩散通道，进而增加的电子通道降低阳极比电阻率减少吨铝的电耗，柔性石墨多次膨胀达到的密实度增强了二次稳定结构，减少了无效掉渣率。
[0017]与现有技术相比本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术的浸渍剂以柔性石墨为主要浸渍剂原料，形成的浸渍剂具有较强的分散性，稳定性和吸附性，同时具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于，按质量分数计，由以下组分组成：柔性石墨 1
‑
40wt%；处理剂不大于10wt%，剩余组分为水；其中处理剂由氧化剂、偶联剂、分散剂、增稠剂组成。2.根据权利要求1所述的一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于：所述柔性石墨为颗粒膨胀石墨、高起始膨胀温度可膨胀石墨、表面改性石墨、低起始膨胀温度可膨胀石墨、低温膨胀石墨中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于，所述氧化剂为过氧化物、过硫酸盐中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种；所述分散剂为阴离子型分散剂、阳离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种或多种；所述增稠剂为无机盐类增稠剂和无机凝胶矿物类增稠剂中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于，按质量分数计，由以下组分组成：可膨胀石墨 1
‑ꢀ
30 wt%；氧化剂 0.01
‑
5 wt%；偶联剂 0.01
‑
5wt%；分散剂 0.01
‑
5 wt%；增稠剂0.01
‑
5 wt%；剩余组分为水。5.根据权利要求1所述的一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于，所述柔性石墨由不同膨胀温度、不同膨胀倍率的多种可膨胀石墨组合而成，其中设置膨胀温度在60
‑
100℃以下的可膨胀石墨占%0
‑
40%,膨胀温度在100
‑
300℃之间的可膨胀石墨占0%
‑
40%，膨胀温度大于300℃以上的可膨胀石墨占0%
‑
40%，其中膨胀温度在100℃以下的可膨胀石墨中膨胀倍率为80
‑
100mg/g，膨胀温度在100
‑
300℃之间的可膨胀石墨中膨胀倍率为100
‑
300mg/g，膨胀温度大于300℃以上的可膨胀石墨中膨胀倍率为300mg/g以上。6.根据权利要求5所述的一种柔性石墨浸渍剂配方，其特征在于，所述柔性石墨的粒径分布为：粒径为0.1μm以下的柔性石墨占1%
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20%，粒径为0.1
‑
1μm的柔性石墨占0
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10%，粒径为1
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20μm的柔性石墨占0
‑
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，卢丰玉，黄治齐，
申请(专利权)人：湖南国发控股有限公司，
类型：发明
国别省市：