杏彩体育:碳石墨材料工艺原理

　　1、第 一 节 天 然 石 墨天然石墨主要用于电碳行业生产电刷， 耐磨材料密封材料，(柔性石墨)石墨电气元件，石墨坩埚，耐火材料行业生产各种含碳耐火材料 ，电池炭棒、石墨润滑剂，钢铁行业等第 二章 碳 石墨 材 料 工艺原理碳石墨材料工艺原理第1页一 、天然石墨分类及特点 按结晶状态分 晶质石墨（石墨晶粒1m） ： 鳞片石墨(我国属于鳞片石墨) 致密块状石墨，形状呈颗粒状，矿床稀少 土状石墨(隐晶质石墨)碳石墨材料工艺原理第2页气成作用深度变质作用含碳化合物天然石墨碳石墨材料工艺原理第3页1、鳞片石墨 鳞片石墨外观呈黑色或银灰色，有金属光泽，呈鱼鳞状或叶片状，含有良好导电性和润滑性. 粒度普通在3

　　2、mm以下，通常为(1-2)(0.5-1.0)mm ,厚度0.02-0.05mm；最大长为4-5mm 最小为(0.5-)(0.25-0.5)mm鳞片石墨是碳氢化合物气成作用结果碳石墨材料工艺原理第4页碳石墨材料工艺原理第5页2、土状石墨 土状石墨呈黑色，无金属光泽，润滑性和导电性较鳞片石墨差。结晶很小，平均尺寸在0.010.1mm 在普通显微镜下难于辩认其结晶形状，而称为隐晶质石墨。土状石墨是煤或沥青在地壳高温高压作用下发生热解而得到 一个深度变质作用产物能够将土状石墨看作是一个无定碳转化为结晶碳过渡产物， 即煤和石墨中间产物。碳石墨材料工艺原理第6页1、鳞片石墨 鳞片石墨常与石英，透辉石等矿物

　　3、共生，鳞石墨在矿物中其含量都不太高，通常品位在3-10%，个别富矿可达20%，须经过选矿才能得到碳含量较高鳞片石墨 。二、天然石墨选矿捕收剂: 普通为轻柴油，杂酚油，每吨加入0.1-0.5Kg起泡剂: 2#浮选剂油(松香油加工而成)碳石墨材料工艺原理第7页碳石墨材料工艺原理第8页2、土状石墨土状石墨矿床： 分散性土状石墨，品位只有2-3%不具工业开采价值 致密性土状石墨矿床，品位达60%-80%高者达95%左右土状石墨可选性差(含有机物对浮选剂起抑制作用)土状石墨矿：手选 ，也有为了提升产品品位进行浮选 碳石墨材料工艺原理第9页三、天然石墨性能天然石墨组成对性能影响:灰份，固定碳： 决定石墨纯

　　4、度，固定碳含量越高，石墨越纯。 灰份中主要含SiO2(60%)，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO鳞片大小： 决定着石墨抗氧化能力，鳞片越大，结晶程度 越高，抗氧化能力越高。碳石墨材料工艺原理第10页分析石墨抗氧化性惯用差热分析进行判断，开始温度越高，石墨抗氧化性越高；峰值温度越高，石墨抗氧化性能力越高。当粒度0.125mm 抗氧化性能力增强；灰份越多，氧化速度减慢(灰份在石墨表面形成保护膜)。抗氧化性土状石墨氧化速度大于鳞片石墨碳石墨材料工艺原理第11页四、天然石墨分布 天然石墨主要分布在黑龙江，山东，内蒙古，河南等。以黑龙江柳毛，内蒙古兴和，山东南墅，平度鳞片石墨为优，我国是石墨主要产

　　5、地，储量占世界62.5%，是主要出口国。 碳石墨材料工艺原理第12页 生产炭石墨材料所用原料都是各种炭质或碳氢化合物(含碳高分子化合物)原料品种较为单一。 骨料：石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤粘结剂：煤焦油沥青、煤焦油、蒽油、合成树脂第二节 人造石墨材料一、人造石墨所用原料碳石墨材料工艺原理第13页 1 石 油 焦 石油焦是石油渣油经高温焦化处理而得到固体产物，它是生产炭石墨制品主要原料之一。 1）特点及用途特点A、碳含量高；B、灰份含量很低；C、易于石墨化；D、用石油焦为原料制品含有良好导电、导热性和化学稳定性，并含有一定强度。用途 石油焦主要用于生产石墨电极，石墨阳极，石墨块，阳极糊，高纯

　　6、石墨等少灰制品生产。 碳石墨材料工艺原理第14页碳石墨材料工艺原理第15页原料 ：渣油；渣油由烷烃，环烷烃，芳香烃，沥青质和树脂质组成。沥青质和树脂质得到焦炭无序且高度交联。 石油焦是由渣油经过高温缩聚而得产物。焦化工艺有：釜式焦化；平炉焦化；延迟焦化；接触焦化和流化焦化等 。当前普遍采取是延迟焦化法(500左右) 2）石油焦生产碳石墨材料工艺原理第16页石油焦分类： 从外形和特点可将石油焦分为三类：海绵状焦；蜂窝状焦和针状焦。 从结构分：玫瑰花形；镶嵌形；定向纤维状。 衡量石油焦质量指标主要有： 灰分含量；硫含量；挥发份含量；1300煅后线）石油焦分类和质量碳石墨材料工艺原理第17页

　　7、 针状焦是生产超高功率电极主要原料 针状焦性质主要取决于选取原料 ，必须选择富含芳烃尤其是富含高分子芳烃渣油为原料。 国产针状焦提出指标： 灰分 2.12g/cm3 W1% V3PPm S0.2% 导热系数 1.010-6/4）针状焦性质碳石墨材料工艺原理第18页 2 沥 青 焦 沥青焦是煤沥青焦化后所得固体产物1） 沥青特征 灰分和硫含量较低，结构致密(气孔率低)，耐磨性和机械强度高，挥发份低，普通为3%左右，较易石墨化。与石油焦相比，灰分、含硼量较高，石墨化较难，所得制品真密度略低，比电阻略高碳石墨材料工艺原理第19页 碳石墨材料工艺原理第20页2） 沥青焦用途 沥青焦主要用于生产石墨电极

　　8、，石墨阳极等少灰制品，普通加入2025%；阳极糊或预焙阳极，也用于生产高炉炭块(部分加入)。 沥青焦因为成焦温度高(1300左右)普通不需煅烧，只需烘干，若与石油焦共同使用时，与石油焦一起煅烧，以预防延迟结焦，并有利于提升制品强度。碳石墨材料工艺原理第21页3）沥青焦生产原料：中温沥青；高温沥青煤沥青焦化过程：450前主要发生蒸馏作用及热分解；450-500主要发生热分解及热缩聚；500以后形成半焦，以热缩聚为主；800以后焦化基本完成。碳石墨材料工艺原理第22页指标名称 电极冶炼、电炭制品用灰分（Ag） 0.5全硫量（SgQ) 0.5挥发分（V r) 1.2碳石墨材料工艺原理第23页3 无烟

　　9、煤及冶金焦1）无烟煤 在自然界中金刚石和天然石墨是存在两种结晶形态碳，另外大量存在就是无定形碳即煤。 无烟煤强度高，含有良好导电性和热稳定性，价格低，资源丰富，主要用于生产炭块、炭电极及各种糊类(阳极糊除外)碳石墨材料工艺原理第24页 碳石墨材料工艺原理第25页碳素材料制品用无烟煤必须具备：A、灰份低10%；B、机械强度高；C、热稳定性高；D、硫含量低。当前在碳素工业中惯用无烟煤为山西阳泉、晋城，河南焦作，宁夏汝箕沟；湖南金竹山等产地。碳石墨材料工艺原理第26页 冶金焦是由含不一样挥发份和不一样结焦性能几个烟煤按一定百分比配合起来在焦炉内进行高温干馏而得到一个固体残留物。2） 冶金焦 冶金焦灰

　　10、分高，普通在10%以上，不易石墨化，导电性差。冶金焦用于生产炭电极，电极糊，焙烧填充料，石墨化保温料，电阻料。碳石墨材料工艺原理第27页碳石墨材料工艺原理第28页碳石墨材料工艺原理第29页 碳石墨材料工艺原理第30页 碳石墨材料工艺原理第31页冶金焦质量指标灰 份：10.5%以下挥发份：1.5%以下硫含量：0.6%以下磷含量：0.02%以下发烧量：大于7100大卡抗碎强度85%以上 耐磨强度：8%以下反应性： 23%以下反应后强度： 65% 以上水 分：5%以下碳石墨材料工艺原理第32页碳石墨材料工艺原理第33页 炭黑主要用于生产机械用炭，电刷，保温料，橡胶制品填充料，油墨原料，油漆着色剂等。

　　11、1）炭黑分类 炭黑由烃类经热解而得，按生产方法分： 槽法（燃烧-氧化） 炉法（部分燃烧） 热法（无氧热裂） 灯黑法（部分燃烧-氧化） 乙炔法（局部放热裂化-无氧）4 炭 黑碳石墨材料工艺原理第34页碳石墨材料工艺原理第35页2）炭黑特征A、高纯度(灰份含量 0.3%)；B、粒度极细(0.1m)；C、碳原子排列极为不规则；D、所得制品各向同性，电阻系数大，硬度大；E、 表面主动大；F、难石墨化。碳石墨材料工艺原理第36页5、煤焦油沥青 煤焦油沥青是焦油在360以下全部馏分馏出后而得一个质地较硬又含有弹性可熔性残渣，它是高度缩合碳-杂环化合物及其缩合后产物复杂多相系统，即是各种高分子化合物混合体。

　　12、 煤沥青广泛用作炭石墨材料结合剂及含碳耐火材料结合剂。碳石墨材料工艺原理第37页 碳石墨材料工艺原理第38页1）煤沥青组成 煤焦油沥青是由各种碳氢化合物组成，据研究组成： 沥青化合物在5000种以上； 它不完全溶解于当前所知任何一个溶剂； 极难从煤沥青中分离出单一化合物； 沥青中化合物对热极其不稳定，分离出物质也不是原来化合物.碳石墨材料工艺原理第39页据凝胶渗透色谱分析沥青分子量在-3000.对沥青组分析方法主要有：A）石油醚，苯，吡啶分组法；将沥青分为C1，C2四个组分；B）正已烷，丙酮，苯，喹啉 分为1 、2 3、QI，C） 苯，喹啉分为QI，-树脂，BS。 当前普遍采取苯喹啉分组法这个

　　13、系统碳石墨材料工艺原理第40页喹啉不溶物称为树脂或喹啉不溶物(QI);不溶于甲苯而溶于喹啉组分称树脂或甲苯不溶物喹啉可溶物（TI-QS）;可溶于甲苯组分称为树脂或甲苯可溶物(TS)。 Coal tar pitchquinolinQuinolin solubleQuinolin insolubletolueneToluene solubleToluene insoluble碳石墨材料工艺原理第41页树脂是煤沥青中重组分，分子量为18002600, 树脂粒径、结构、含量等对煤沥青粘度、残炭率以及最终炭材料性能等都有不一样程度影响。 树脂是煤沥青中中组分，分子量为10001800。树脂是煤沥青中起粘

　　14、结作用主要成份，常温时呈固态，加热时熔融，焙烧后大部分形成焦炭。对炭糊塑性起主要作用，而且对焙烧品物理、化学性能如电阻率、热导率、机械强度、耐腐蚀、抗氧化性等有显著影响。 树脂是煤沥青中轻组分，分子量为2001000，呈带粘性深半流体 ,在煤沥青效是降低煤沥青粘度，增加糊料塑性，有利于成型，另外，树脂存在有利于煤沥青体系保持良好高温流动性 碳石墨材料工艺原理第42页2） 煤沥青性质 A) 软化点 沥青是非晶状态固体，没有固定溶化温度，只存在着从固态到液态逐步转化过程。软化点是沥青失去原有脆性转化为液态过程中某个温度点。软化点是划分沥青标准， 软化点测定方法有各种：环球法、立方空气法、水

　　15、银法。当前采取方法多为环球法 碳石墨材料工艺原理第43页 依据软化点，沥青可分为：软沥青 140。 煤沥青软化点也是工业生产控制生产过程一个主要参数，煤沥青软化点也与其组分有直接关系，软化点增加BI含量增加，BS含量减小。碳石墨材料工艺原理第44页B）沥青残炭 沥青残炭影响到制品性能，残炭越多，制品就越能形成牢靠碳网络，希望残炭越多越好，沥青残炭取决于沥青组成、炭化过程中升温速度和环境压力影响，BI越多，残炭增加；升温速度越快；残炭下降，压力增加，残炭增加。碳石墨材料工艺原理第45页 质量指标 指标名称： 一级 二级软化点（环球法） 100115 100120甲苯不溶物（抽提法）% 2834

　　16、26喹啉不溶物含量% 814 615B树脂含量 % 18 16结焦值% 54 50灰 份 % 0.3 0.3水 份 % 5.0 5.0碳石墨材料工艺原理第46页3） 煤沥青改性处理A、在适当压力下对煤沥青加压热处理并蒸馏(热聚法)，B、用压缩空气吹炼加热熔化沥青(氧化法) ，C、添加化学品(催化法)，主要有AlCl3、炭黑、S及其化合物、硼酸及其盐、过二硫酸铵、硝基化合物等，增加残炭和控制结构。D、添加表面活性剂 主要有油酸、硬酯酸、苯烯等。碳石墨材料工艺原理第47页4）煤沥青炭化及炭化产物结构煤沥青炭化历程：(在无氧条件下)室温-200 沥青软化，处于流动状态，200-300 排出水份、氧化

　　17、碳、轻油，而且部分进行缩。