一种改善煤沥青流变性和提高煤沥青结焦值的方法及其改性剂技术

本发明专利技术涉及一种改善煤沥青流变性和提高煤沥青结焦值的方法及其改性剂，该方法是在现有铝用炭阳极制备工艺的前提下，通过向熔化沥青中加入多组分改性剂，达到在确保沥青高温结焦值的前提下，改善沥青在混捏温度（１６０～１８０℃）下的流变性的目的。改性剂由油酸或邻苯二甲酸二丁酯与超细石墨粉或粒度不大于４０μｍ炭粉组成。该多组分改性剂的引入，能增强阳极阻抗空气以及ＣＯ２的反应活性，并能适当减少混捏工序中沥青的配入量，达到提升阳极质量和减少沥青烟气排放的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝电解用炭阳极粘结剂煤沥青的改性方法及其改性剂。
技术介绍
铝电解过程中，阳极的综合质量对电流效率、电解能耗、电解生产稳定性及成本均具有重要影响。作为炭素阳极的粘结剂，煤沥青的使用性能与阳极质量密切相关。煤沥青关键的性能包括流变性、结焦值、粘结性等，在使用过程中，一个值得关注的问题是，如何确保煤沥青在具有良好的粘结性能的前提下，既能有好的流变性(能在有效的时间内充分包裹炭素骨料并渗透到骨料颗粒的孔隙中)，又不影响它的结焦值(防止阳极密度和强度的降低)。随着阳极原料石油焦质量的不断下降，这个问题显得越来越突出。要改善煤沥青的流变性首先必须寻找有效的性能表征方法。煤沥青是由大量的具有不同聚合程度的芳烃分子组成，其分子量和分子结构各不相同，沥青的性质是这些不同组分的综合反映，这使得煤沥青流变性的表征有些困难。但是，煤沥青流变性受特定流动范围和有效粘度所控制，许多研究早已证明，提高煤沥青受热温度时，煤沥青逐渐会变成牛顿型流体状态，其流变性能只取决于沥青体系的粘度，在此温度区间，我们就可以通过粘度的形式来表征和控制煤沥青的流变性。 国内外许多文献报道了沥青中添加一些有机物能有效改善其流变性。其中文献1～5与本专利技术有关联。文献1采用苯乙烯低聚物和a一甲基苯乙烯低聚物来作为中温煤沥青的改性剂，结果表明，添加5～10％的改性剂对煤沥青的改性效果十分显著。文献2，3研究了油酸、硬脂酸等表面活性剂改性煤沥青的流变性能，结果表明，表面活性剂的加入有效地改善了煤沥青的高温流变性能，达到相同粘度时，改性沥青所需温度可降低10℃左右。文献4，5研究了对苯二甲醛(TPA)改善沥青的流变性能，结果表明，TPA改性煤沥青的粘度与温度关系曲线呈现W型，并且在200～225℃之间处于低粘流区，表观粘度值约200～400mPa·s，可以作为浸渍剂使用；文献6～9也如上述一样，这些研究都是针对改善道路沥青和浸渍沥青流变性而开展的，它们的一个共同点就是可以忽略沥青高温结焦值的降低。 但是，铝用炭素阳极所用煤沥青的改性就不同，在这里，我们既希望改善沥青的流变性，同时要保证它的结焦值不受影响。因此，要同时满足上述的两个条件就必须研究新型的多组分改性剂，这正是本专利技术需要解决的问题。 本专利技术是针对铝用炭素厂生产预焙阳极用沥青进行改性，通过向沥青中加入多组分改性剂，使得沥青与阳极骨料石油焦的混捏过程中的流变性得到改善，同时又不会影响沥青的结焦值，最终实现改善铝用炭素阳极阻抗空气和CO2反应性的目标。 从“中外专利数据库服务平台”查询可知，与炭阳极有关的沥青专利技术有7个，其中3个(专利申请号分别为CN200410060935.10、CN02155280.011和CN200610047890.12)是关于沥青烟气的治理专利技术；专利号为CN03133972.13的专利是制备碳纳米管的技术专利技术；其余三个专利技术具体描述如下。 1、专利“一种改性沥青及其生产方法”14(专利号03133782.1)公开了一种改性沥青及其生产方法，其生产步骤是原料选择；精细蒸馏；加入聚合物；调整pH值；缩合反应；中和反应；真空排气、卸压排料。该专利技术生产的改性沥青，可广泛用于石墨化碳素电极的粘结剂；预焙阳极、阴极炭块结合剂；铺路、建筑施工防水；取代含碳耐火材料包括镁质定型或不定形产品结合剂树脂等，而且效果优于现有各种沥青产品。该专利虽然可以用于预焙阳极，但它是通过改变沥青的制备工艺而实现改性，并不是采用改性剂直接改性。 2、专利“炼铝用阳极沥青的生产方法”15(专利号CN01144146.1)涉及一种炼铝用阳极沥青的生产方法。该方法包括液体原料中温沥青进行热聚合，加入闪蒸油配混匀，混配后经冷却成型，包装成品等步骤。本专利技术方法采用单釜热聚合工艺及回兑闪蒸油混配技术，也是采用改变沥青生产工艺的方式达到制备改性沥青的目的，同样与改性剂无关。 3、专利技术“利用氧化热处理自煤焦生成沥青及其蒸馏产物的制法”16(申请(专利)号CN200580011791.7)所专利技术的沥青产品“适用于多种应用，来自由高温煤焦在分馏范围高于260℃条件中所萃取的蒸馏产物，藉由在温和压力和温度控制下(＜400℃，＜10bar g)的三个依序和结合的步骤实施，这些步骤为使用反应剂空气、氧气、低氧空气或其混合物的氧化热处理、惰性气氛下的热处理，和分段分馏。其结果为所得的沥青有对环境和职场健康的优点，其可使用作为高阶的碳先驱物和用于铝工业的阴/阳极的制造、电极、一般的合成石墨、用于炼制工业中的黏结剂或防水材料。”从中我们可以发现，该专利也与改性剂毫无关系。 此外，关于沥青改性方面的技术专利技术共有372项，归纳总结可以发现，除了专利“一种改性沥青及其生产方法”(专利号03133782.1，详细描述见上述第1条)以外，其它专利技术都没有涉及铝用炭素阳极。 综上所述，对于铝电解用炭素阳极粘结剂煤沥青，目前还没有出现通过引入改性剂的方法来改善煤沥青的流变性，并且又能保证煤沥青结焦值基本不变的相关技术专利技术。 参考文献 1、Demidova，Boronina，V.I.；Bykova，T.S.；Chizhov，I.V.，Coke and Chemistry，1989，3，55。 2、许斌，欧阳春发，古立虎等.油酸改性沥青流变性能的研究.武汉科技大学学报，2002，25(4)82。 3、许斌，欧阳春发，李铁虎等.硬脂酸改性沥青流变性能的研究.煤炭转化，2002，25(4)345。 4、杨琴，李铁虎，邢远清，林起浪.对苯二甲醛改性煤沥青的流变性能研究.煤炭学报，2006，31(4)511～514。 5、杨琴，李铁虎，林起浪，单玲.呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响.新型炭材料，2005，20(1)67～70。 6、刘国祥，胡平，范耀华等.丁苯橡胶改性沥青的流变行为研究.石油沥青，1995，9(1)6。 7、智林杰，宋进仁，凌立成等.均四甲苯改性沥青组成与性能的关系.炭素技术，2000，23(1)82。 8、郝勇，闫奎兴.煤沥青流变性能初探.炭素技术，2005，5(24)49～54。 9、]欧阳春发，古立虎，许斌.炭材料生产用煤沥青流变性能的研究状况.炭素科技，2003，13(1)29～39。 10、生产预焙阳极的沥青烟治理方法，申请(专利)号CN200410060935.5，公开(公告)号CN1614098，公开(公告)日2005.05.11。 11、预焙阳极的振动成型过程沥青烟的收集方法，申请(专利)号CN02155280.0，公开(公告)号CN1418989，公开(公告)日2003.05.21。 12、生阳极、生阴极、生电极沥青烟气净化系统及其净化工艺，申请(专利)号CN200610047890.7，公开(公告)号CN1935397，公开(公告)日2007.03.28。 13、一种以中间相沥青为原料制备单壁碳纳米管的方法，申请(专利)号CN03133972.7，公开(公告)号CN1522955，公开(公告)日2004.08.25。 14、一种改性沥青及其生产方法，申请(专利)号03133782.1，公开号CN1570026，公开日期2005.01.26。 15、炼铝用阳极沥青的生产方法，申请(专利)号CN0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善煤沥青流变性和提高煤沥青结焦值的方法，其特征在于，将改性剂加入熔化的煤沥青中搅拌反应；即获得改性煤沥青；所述的改性剂由油酸或邻苯二甲酸二丁酯与超细石墨粉或粒度不大于４０μｍ炭粉组成；改性剂加入时，将两种组分混合均匀后加入或者直接将两种成分分别加入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖劲，邓松云，王英，赖延清，李劼，刘业翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]