一种高导电性石墨电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导电性石墨电极的制备方法，采用延迟石油焦作为主要原料，导电炭黑和碳化硼作为第一层包覆剂，采用纺丝沥青作为第二层包覆剂，形成三层核壳结构，然后采用压块造粒的工序，对材料进行改性，改变材料的微观结构，提高材料密度、均质性、导电性和抗氧化性。进而可以提高石墨电极的合成成型密度和电流密度，提高导电性和抗氧化性，降低能耗，并延长使用寿命，抗裂性好，特别是减少了中大型石墨电极的更换次数。制备的石墨电极坯的体积密度＜1.78g/cm3，电阻率＜4.2μΩ

【技术实现步骤摘要】
一种高导电性石墨电极的制备方法


[0001]本专利技术属于石墨电极制备
，具体涉及一种高导电性石墨电极的制备方法。

技术介绍

[0002]在工业生产中，石墨电极作为导电材料，使用在冶金工业、加热炉、锂电池等行业。例如高温电炉导电电极，是通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源，从而达到给炉料加热的目的。但随着工业技术水平的不断提高，各种电炉加热炉型规模的不断扩大，以及对降低耗能的高要求，行业对石墨电极的规格和导电性能也在不断提出更高的性能要求。
[0003]目前，石墨电极一般是采用石油焦粉为主料，利用沥青粉进行粘结，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等工艺过程生产出来的，制备工艺已经相对成熟。这就导致石墨电极的导电性能受到原料性质和成熟工艺的制约性较大，较难有突破性的性能提高，尤其是针对于较大型的石墨电极的导电性能的提高。例如专利CN110615680A公开了一种GHPφ960～φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法，是采用针状焦原料挤压成型，水冷钻孔制备空心电极，通过优质针状焦原料挤压成型以提高导电性、导热性和降低热胀性能，适用于超大规格石墨电极。但这种电极导电性还是受针状石油焦原料的特性限制，并且大型电极的抗氧化性使用寿命也是需要考虑的问题，更换一次电极需要耗费较大成本；因此，想要进一步提高石墨电极的各项性能还是需要从原料复合和工艺改进方向加以提高。

技术实现思路

[0004]针对现有以各类石油焦为原料制备的石墨电极具有性能局限性以及电极的导电性、抗氧化性有待提高的问题，本专利技术提供一种高导电性石墨电极的制备方法，使用延迟石油焦作为主要原料，添加炭黑导电剂和碳化硼抗氧化剂，采用包覆、捏合造粒复合工艺，改变材料的微观结构，提高石墨电极的合成成型密度和电流密度，提高导电性和抗氧化性，降低能耗，并延长使用寿命。其具体技术方案如下：
[0005]一种高导电性石墨电极的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1：将延迟石油焦粉碎成中位粒径为300～800μm的颗粒，制成主料A；将导电炭黑和碳化硼分别粉碎成中位粒径为3μm以下的粉体，然后将两种粉体进行气流混合均匀，制成辅料B；将纺丝沥青粉碎成中位粒径为6μm以下的粉体，制成粘结剂C；
[0007]S2：按主料A:辅料B＝100:(1.5～8)的质量比，将主料A与辅料B进行混合均匀，然后按主料A:粘结剂C＝100:(0.5～2)的质量比，加入粘结剂C继续混合均匀，得到三层核壳结构的复合料D；
[0008]S3：将复合料D进行压块，然后在900～1000℃下进行烧结，得到碳化块，自然冷却后，将碳化块进行粉碎，粉碎成中位粒度为1～6mm的颗粒，得到造粒后的改性料E；
[0009]S4：按改性料E:粘结剂C:煤焦油＝100:(10～25):(5～10)的质量比，将改性料E、
粘结剂C的熔融液和煤焦油，在150～250℃进行均匀混捏，然后降温至90～100℃进行醒糊20～40min，制得糊状料F；
[0010]S5：将糊状料F进行挤压形成电极生坯，然后将电极生坯进行一次烧结处理，烧结最高温度为1200～1300℃，保温24～48h，自然冷却后，得到碳化电极坯；
[0011]S6：将碳化电极坯置于高压浸渍罐内，进行抽负压0.08～0.09MPa，负压保持1～2h，然后加入浸渍剂进行浸渍，加压至2.5～3MPa，浸渍温度200～250℃，浸渍时间2～3h，出罐冷却得到浸渍后的碳化电极坯；
[0012]浸渍剂为加入导电炭黑和碳化硼的煤沥青熔融液，导电炭黑和碳化硼的添加质量百分数为1～5％；
[0013]S7：将浸渍后的碳化电极坯进行二次烧结处理，烧结最高温度为2800～3200℃，保温24～48h，冷却后，得到石墨电极坯；
[0014]S8：将石墨电极坯进行机械加工后处理，制得石墨电极。
[0015]上述技术方案的S5中，电极生坯或碳化电极坯进行钻孔，制备空心的电极生坯或碳化电极坯；或者电极生坯或碳化电极坯不进行钻孔，制备实心的电极生坯或碳化电极坯；
[0016]上述技术方案的S5中，电极生坯的体积密度＞1.75g/cm3；碳化电极坯的电阻率＜55μΩ
·
m；
[0017]上述技术方案的S7中，石墨电极坯的体积密度＞1.78g/cm3，电阻率＜4.2μΩ
·
m。
[0018]本专利技术的一种高导电性石墨电极的制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
[0019]一、本专利技术采用延迟石油焦作为主要材料，设计主料和辅料的粒度差，使导电炭黑和碳化硼作为包覆剂混合嵌附在延迟石油焦颗粒表面，弥补表面缺陷的同时能够提高材料的导电性和抗氧化性。
[0020]二、本专利技术方法利用延迟石油焦受热后自身的粘结性达到颗粒粘结造粒效果，辅助少量纺丝沥青，能够将导电炭黑和碳化硼牢固嵌附在延迟石油焦颗粒表面和缺陷处，包覆改性后的颗粒分为延迟石油焦基层、辅料层和纺丝沥青层，纺丝沥青的包覆造粒性更好，在900～1000℃下进行烧结，粉碎造粒，能够改善材料颗粒微观性质，提高复合颗粒本身的导电性和抗氧化性，以及造粒的稳定性和牢固度。
[0021]三、造粒工艺能够保证辅料的均质性，以及优化颗粒形态，减少缺陷产生的空隙，空隙由导电炭黑、碳化硼和纺丝沥青弥补，能够有效提高材料压型后的密度。相比于简单混合，还能够节省导电炭黑和碳化硼的用量，就能达到更好的导电和抗氧化效果。
[0022]四、本专利技术方法对材料进行复合改性，能够从本质上改善基材颗粒性质，以及达到较高的均质性，因此不需要后续的干混，直接进行湿混捏；只有改性料E这一种固体颗粒材料进行混捏，能够使混捏的质量更加均匀，混捏分散不会发生不均匀的现象，因此即使添加煤焦油也不会发生异质微粒分层或不均匀团聚；添加煤焦油能够提高混捏效果，降低沥青用量，导电性更好，并且挤压形成电极生坯更加容易，密度更大；另外，复合颗粒材质稳定，相比于简单的混合工艺，复合颗粒压型后抗裂性更好。
[0023]五、本专利技术方法将电极生坯在1200～1300℃进行碳化，能够很好的改变材料的微观层间结构，提高导电性；然后置于高压浸渍罐内，进行浸渍，浸渍剂为加入导电炭黑和碳化硼的煤沥青熔融液，还能够提高碳化电极坯表面的导电性和抗氧化性。
[0024]六、本专利技术方法将浸渍后的碳化电极坯进行二次烧结处理，烧结最高温度为2800
～3200℃，进一步改变材料微观层间结构，形成石墨化材质，提高导电性。
[0025]综上，本专利技术方法采用包覆、粘结、压块、造粒工序，提高材料的均质性和密度，辅料的添加也能够提高颗粒与颗粒之间的接触导电性，以及提高颗粒的抗氧化性，延长使用寿命，抗裂性好，特别是减少了中大型石墨电极的更换次数。制备的石墨电极坯的体积密度＞1.78g/cm3，电阻率＜4.2μΩ
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m，适用于各种规格型号的石墨电极，解决了现有技术石墨电极导电性和使用寿命技术指标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导电性石墨电极的制备方法，其特征在于，方法包括如下步骤：S1：将延迟石油焦粉碎成中位粒径为300～800μm的颗粒，制成主料A；将导电炭黑和碳化硼分别粉碎成中位粒径为3μm以下的粉体，然后将两种粉体进行气流混合均匀，制成辅料B；将纺丝沥青粉碎成中位粒径为6μm以下的粉体，制成粘结剂C；S2：按主料A:辅料B＝100:(1.5～8)的质量比，将主料A与辅料B进行混合均匀，然后按主料A:粘结剂C＝100:(0.5～2)的质量比，加入粘结剂C继续混合均匀，得到三层核壳结构的复合料D；S3：将复合料D进行压块，然后在900～1000℃下进行烧结，得到碳化块，自然冷却后，将碳化块进行粉碎，得到造粒后的改性料E；S4：按改性料E:粘结剂C:煤焦油＝100:(10～25):(5～10)的质量比，将改性料E、粘结剂C的熔融液和煤焦油，在150～250℃进行均匀混捏，然后降温至90～100℃进行醒糊，制得糊状料F；S5：将糊状料F进行挤压形成电极生坯，然后将电极生坯进行一次烧结处理，烧结最高温度为1200～1300℃，保温24～48h，自然冷却后，得到碳化电极坯；S6：将碳化电极坯置于高压浸渍罐内，加入浸渍剂进行浸渍，出罐冷却得到浸渍后的碳化电极坯；S7：将浸渍后的碳化电极坯进行二次烧结处理，烧结最高温度为2800～3200℃，保温24～48h，冷却后，得到石墨电极坯。2.根据权利要求1所述的一种高导电性石墨电极的制备方法，其特征在于，所述方法还包括，S8：将石墨电极坯进行机械加工后处理，制得石墨电极。...

【专利技术属性】
技术研发人员：何冰强，何健枫，戴护民，包德军，刘显龙，李毅成，何健生，吴健裕，陈汉初，钟意诚，
申请(专利权)人：广东机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：