[发明专利]一种重质油制备超高功率电极用针状焦的方法

说明书

本发明属于高级新型炭材料制备领域，提供了一种重质油制备超高功率电极用针状焦的方法。本方法是以重质油为原料，采用体积排阻分离方法，以聚苯乙烯作为分离柱填料，分离出相对分子质量分布为400‑1000的特定分子体积的组分；通过离子交换色谱，分别去除掉其中的酸性分和碱性分，得到中性原料；处理后的原料经过两段连续炭化过程制备得到生焦，生焦经高温煅烧得到真密度大于2.13g/cm³、在25～600℃下测定的CTE≤1.15×10^‑6/℃的超高功率电极用针状焦。本发明改进了预处理方法，扩大了原料来源，优化了生产工艺。

技术领域

本发明涉及一种重质油制备超高功率电极用针状焦的方法，具体为一种以重质油为原料，经体积排阻色谱和离子交换色谱处理后，经两段连续炭化工艺制备超高功率电极用针状焦材料，属于高级新型炭材料制备领域。

背景技术

目前随着宇航、冶金、化工等技术的发展，超高功率电炉炼钢已成为当下世界电炉炼钢的主流发展走势，这不仅大大的增加了对优质针状焦的需要量，而且对针状焦为原材料的石墨电极骨架材料的要求也越来越严格。针状焦制得的超高功率电极与普通的石墨电极相比，可以缩短冶炼时间，减少钢铁消耗的电耗，进而使生产能力加倍的提高。

针状焦是煤基沥青或石油基沥青的炭化产物，是一种有金属光泽，有较多空隙的新型炭素材料，它的外观呈现银灰色，针状焦是当今碳材料中大力发展的一个优质品种。针状焦结构具有明显流动纹理，针状焦的结构中有少量大孔，其孔形状略呈椭圆形，其颗粒长宽比较大纹理走向略似纤维状或者针状，有润滑触感，是生产超高功率电极、特种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料。为制备现代冶金工业所需的HP、UHP，一般要求电极用针状焦应具备高真密度、低热膨胀系数(CTE)、高强度、低电阻率和良好的抗氧化性。而针状焦电极材料的品质优劣依赖于原料的筛选和焦化工艺的优化。

一般，生产超高功率电极用针状焦的原料的要求：芳烃(不包括稠环大分子芳烃)含量高(30％-50％)、庚烷不溶物2％、BMCI≥120、灰分0.05％、S含量≤0.5％、Ni≤50μg/g、V≤50μg/g等条件。针状焦的生产工艺流程主要包括原料预处理、炭化成焦、煅烧三部分。其中原料预处理方法有加氢、二段热缩聚、溶剂处理等。原料如FCC油浆在炭化过程中经过热解和缩聚反应形成中间相小球，中间相小球通过生长、融并、碰撞形成广域中间相。中间相的含量和性质，以及与后续固化过程中“气流拉焦”作用的匹配度，是决定针状焦质量的关键。煅烧是将针状焦在1400℃左右下煅烧，以达到排除挥发性组分提高密度、机械强度、导电性能的目的。

目前工艺中主要不足表现为：第一步原料与处理过程中，原料油中的催化剂固体粉末及其他非理想组分(生产超高功率电极用针状焦材料的优质原料为富含短侧链线型连接的多环(3-4环)芳烃)都不利于优质中间相的形成。第二步炭化成焦过程，目前对液相炭化过程与气流拉焦过程控制不够，不能使优质晶体结构充分发育，致使各向异性的纤维结构含量不高，不能稳定生产超高功率电极用针状焦。此外，生焦中较多的含硫和含氮化合物会在高温煅烧过程中逸出，即发生膨胀，导致针状焦熟焦产品出现裂纹，从而降低了针状焦的品质，因此对原料油进行酸性组分和碱性组分的脱除尤为重要。

目前我国生产的电极用针状焦存在的主要问题是真密度低而热膨胀系数(CTE)大，因此国产焦尚不能完全取代进口焦。主要原因是在生产过程中，原料的筛选、预处理和炭化成焦工艺条件还有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种重质油制备超高功率电极用针状焦的方法，主要采用重质油为原料，通过对其进行体积排阻色谱和离子交换色谱预处理得到窄分子量的中性原料，改进了预处理方法，扩大了原料来源，优化了生产工艺；并采用两段连续炭化方法，生产得到高真密度(＞2.13g/cm³),低热膨胀系数(＜1.15×10^-6/℃)的优质超高功率电极用针状焦。