碳素颗粒材料高温连续气体提纯与石墨化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及碳素材料石墨化处理领域，尤其涉及一种碳素颗粒材料高温连续气体提纯与石墨化系统，是同一发明人所发明的碳素颗粒材料高温连续气体提纯与石墨化电热炉的配套和完善。
【背景技术】
[0002]锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。这种电池因其具有能量密度高、电池放电平台高、放电平稳，耐高低温性能优良、自动放电很慢，贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用电器当中。随着科学技术的发展，生产出各种规格的电池，已得到广泛地应用于各种电器、数码电子等各个领域，特别是它将成为21世纪电动汽车、电动工具的主要动力电源之一，并将在大规模储能、电网平峰方面得到应用，以及人造卫星、航空航天等高科技及军事领域广泛应用。
[0003]负极材料是锂离子电池的关键材料之一，而碳质材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池负极的材料，至今仍受到广泛关注。目前常用的碳负极材料主要有天然石墨和人造成石墨。
[0004]天然石墨中有无定形石墨与高度结晶有序石墨即鳞片石墨两种。天然石墨由于其石墨化程度高，特别适合于锂离子的脱/嵌，因天然石墨属于原矿产品，相对成本较低，一直是负极材料研究开发的重点之一。另一方面天然石墨含有很多矿物杂质，虽然用化学方法提纯可以达到相当高的纯度，但也会产生很多问题，生产的效率也不高。通过2800度以上的超高温提纯方法简单，生产效率也较高，却因现有的工艺设备能源消耗大，生产成本高，同时也难以获得均匀稳定的超高温环境，制约了天然石墨的精细化开发应用。
[0005]人造石墨是将易石墨化碳经3000度以上超高温石墨化处理制得，作为锂离子电池负极材料的人造石墨类材料主要有中间相碳微球石墨、石墨纤维，及其他各种石墨化碳等。其中人们最为熟悉的是高度石墨化的中间相碳微球，简称MCMB。商品化的高度石墨化MCMB具有优良的循环性，是目前长寿命小型锂离子电池及动力电池所使用的主要负极材料之一。中间相沥青炭微球作为锂离子电池负极材料使用时，需要进行3000°C左右石墨化处理，这无疑大大提高了中间相沥青炭微球的成本，极不利于广泛的使用。因此，如何改进工艺、降低制造成本和提高性能，是当前中间相炭微球负极材料研究的主要课题。
[0006]无论是天然石墨的高温纯化，或是人造石墨粉的生产，都离不开3000度左右的超高温生产条件。目前国内工业化的生产，使用最为广泛的是艾奇逊封闭式连续石墨化电热炉。这种炉型为敞开式长方形炉体结构，最早用于石墨电极生产，现在将其用于生产锂电池的碳负极材料，是用碳坩祸盛装密闭，进行纵向或横向并列，并在盛有碳负极材料的坩祸周围填充冶金焦电阻料，在炉体的纵向方向两端通电，利用焦炭电阻料的电阻发热，最终使被加热坩祸本身也产生电阻发热，达到获取超高温的条件，实现坩祸内碳负极材料的石墨化。在炉芯的外围再用焦粉、炭黑、硅砂/焦炭/碳化硅混合物等辅料进行热屏蔽以隔热保温。艾奇逊炉的缺陷主要有:
[0007]1、艾奇逊炉为卧式、敞开式结构，热能损耗严重，所耗电能按变量单耗为16000kwh/t，并且产品纯度不高；
[0008]2、炉体冷却时间长，石墨化过程在通电加热时需2?7天，但要炉内的物料自然冷却到可出炉的操作温度，需要2周左右的较长时间，生产效率低；进行喷水强制冷却可以缩短冷却时间，但大量水蒸汽的蒸发对环境污染影响大，也容易因为渗水造成炉内的产品氧化；
[0009]3、产品受热不均，中心温度达到2600度(优级石墨负极粉石墨化的温度必须达到3000度左右)，而外围和两头的温度却低很多，导致产品石墨化程度不均，质量不稳定；
[0010]4、敞开式的炉型结构在升温过程中排放的二氧化硫及其它杂质气体无法收集治理，造成环境污染；
[0011]5、在冷却过程中余热无法回收利用，造成大量的能源浪费；
[0012]6、装出炉人工操作，劳动强度大，工作环境恶劣；
[0013]7、产量低，一套中型炉年产量约4000吨。
【实用新型内容】
[0014]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作简便、高效、节能环保、可实现碳素颗粒材料连续化加工、可回收利用多余热量的碳素颗粒材料高温连续气体提纯与石墨化系统。
[0015]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:
[0016]—种碳素颗粒材料高温连续气体提纯与石墨化系统，它包括原料储罐、原料输送栗、提纯用气体储罐、余热回收罐和封闭式连续石墨化电热炉，所述余热回收罐内设有原料预热管，所述余热回收罐的顶部设有与其相匹配的气态杂质冷凝结晶室，所述余热回收罐的顶部呈倒漏斗状，且与所述气态杂质冷凝结晶室连通，所述气态杂质冷凝结晶室的顶部呈圆锥形状，所述余热回收罐的底部设有出口，所述原料储罐通过管道与所述原料输送栗的入口连通，所述原料预热管的一端通过穿出所述余热回收罐的管道与所述原料输送栗的出口连通，另一端通过穿出所述余热回收罐的管道与所述封闭式连续石墨化电热炉的入口连通，所述提纯用气体储罐通过管道与所述原料预热管连通，所述封闭式连续石墨化电热炉的出口通过穿入所述余热回收罐的管道与所述余热回收罐的内部连通。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0018]本实用新型系统操作简便、高效、节能环保，能够实现碳素颗粒材料高温提纯与石墨化加工的连续化生产，能够使碳素颗粒材料内含有的金属化合物杂质快速高效的汽化成气态，并通过余热回收罐和气态杂质冷凝结晶室对石墨化后的碳素颗粒材料进行气固分离，有效的去除碳素颗粒材料中的金属化合物杂质，得到纯度较高的石墨化后的碳素颗粒材料，整个系统可以实行密闭化，防止物料粉尘扩散及混入外来的杂质，还可以通过余热回收罐回收利用石墨化后碳素颗粒材料中的多余热量对原料进行预热。
[0019]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0020]作为本实用新型的一种优选实施方式，它还包括中间产品输送栗、水冷却罐、循环水栗和水冷却塔，所述水冷却罐包括用于通过冷却水的外罐和用于通过中间产品的内罐，所述水冷却塔的下部通过管道与所述循环水栗连通，所述循环水栗通过管道与所述外罐的底部连通，所述外罐的顶部通过管道与所述水冷却塔的上部连通，所述余热回收罐的出口通过管道与所述中间产品输送栗的入口连通，所述中间产品输送栗的出口通过管道与所述内罐的顶部连通，所述内罐的底部设有出口。
[0021]采用上述优选方案的有益效果是:利用循环水冷却系统，对石墨化后的碳素颗粒材料进行冷却，既环保节能，降低成本，又能够实现石墨化后的碳素颗粒材料的快速降温。
[0022]作为本实用新型的另一种优选实施方式，它还包括惰性气体储罐，所述惰性气体储罐通过管道与所述原料预热管连通，所述气态杂质冷凝结晶室的顶部通过管道与所述内罐的顶部连通。
[0023]采用上述优选方案的有益效果是:在原料输入原料预热管前，从惰性气体储罐中引入惰性气体，例如氩气等，能够在整个系统中起保护作用，防止原料在预热或在封闭式连续石墨化电热炉中升温时，原料和封闭式连续石墨化电热炉的内壁在高温条件下发生氧化，并且惰性气体在高温下不与碳发生反应，不会产生有害气体。
[0024]作为本实用新型的另一种优选实施方式，它还包括冷却产品输送栗、产品真空过滤罐和真空射流栗，所述真空射流栗通过管道与所述产品真空过滤罐的顶部连通，所述内罐的出口通过管道与所述冷却产品输送栗的入口连通，所述冷却产品输送栗的出口通过管道与所述产品真空过滤罐的上部连通，所述产品真空过滤罐的底部设有出口。
[0025]采用上述优选方案的有益效果是:对产品进行真空过滤，能够收集石墨化后的碳素细颗粒产品，还可以去除产品中夹杂残留的多余提纯用气体和惰性气体。
[0026]作为本实用新型的另一种优选实施方式，所述产品真空过滤罐的出口处设有产品自动计量包装机。
[0027]采用上述优选方案的有益效果是:对提纯与石墨化后的产品进行计量包装后，使用更加方便，运输、携带更加便捷。
[0028]作为本实用新型的另一种优选实施方式，所述原料输送栗、所述中间产品输送栗、所述冷却产品输送栗均为石墨柱塞栗。
[0029]采用上述优选方案的有益效果是:石墨柱塞栗更加适合用于输送石墨颗粒材料。
[0030]作为本实用新型的另一种优选实施方式，所述封闭式连续石墨化电