一种非石墨化导电碳阳极材料的制备方法

专利名称：一种非石墨化导电碳阳极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳阳极材料的制备方法，特别是涉及一种非石墨化导电碳阳极材
料的制备方法。
背景技术：
在电解制氟过程中，氟气在阳极上溢出，由于氟是最活泼的化学元素，化学腐蚀性 极强，因此必须选用抗氟气腐蚀的材料制备电解制氟阳极。碳阳极材料是一种由无定形碳 构成的碳材料，具有低石墨化度、较低电阻率、抗腐蚀，尤其是抗氟气腐蚀等特点，是工业电 解制氟阳极的必选材料，其性能决定电解制氟的效率。 但目前我国碳阳极材料存在极化缺陷，致使工业制氟效率不高，难以满足核工业 发展对氟气的大量需求。所谓极化，是指电解制氟时，电解槽中产生的氟气与碳阳极中的石 墨化组元反应，在阳极表面生成以共价型氟化石墨为主的膜层。这种氟化石墨阻碍电子移 动，显著降低KF 2HF电解液对阳极的润湿性能，是一种绝缘或导电性能差的化合物。它的 存在将急剧降低电解效率，使制氟过程难以为继。必须对碳阳极实施抗极化处理。
碳阳极抗极化的主要方法是非石墨化。即通过降低碳阳极材料中各组元的石墨化 度，阻止共价型氟化石墨的产生，延缓极化过程，提高碳阳极寿命。但由于碳材料的导电性 能与石墨化度呈正相关性，非石墨化将导致碳阳极的导电性能大幅度降低，制氟效率大幅 度下降。因此，纯粹采用非石墨化方法，难以解决抗极化与导电性能两者之间的矛盾，急需 开发新型的非石墨化导电碳阳极材料。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高非石墨化碳阳极材料的导电性能 的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法。 为了解决上述技术问题，本发明提供的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，是 采用下述步骤实现的 (1)按原料重量百分比针状焦60% 79%、导电碳黑1% 10%、中温煤沥青 20 % 30%，配制碳阳极原料； (2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏，控制混捏温度为 150°C 200°C ; (3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为110°C 15(TC、坯体密度为 1. 56g/cm3 1. 64g/cm3 5 (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为800°C 95(TC、碳化压力为8MPa 腦Pa ; (5)对坯体实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为16(TC 20(TC、浸渍压力为 8Pa 12Pa，碳化工艺同步骤4)，循环碳化至坯体密度为1. 75g/cm3 1. 85g/cm3，即得非石 墨化导电碳阳极材料。
本发明中，所述针状焦和导电碳黑均为粉末状，粉末的平均粒径分别为220微米 和8微米，原料经干混后，混合粉末的平均粒径为98微米。通过上述粒度设计，提高碳阳极 材料的压制成坯工艺效率和浸渍沥青/碳化工艺效率，获得所需密度的碳阳极材料。
本发明中，所述导电碳黑作为填料，均匀分散于碳阳极材料中，用于为碳阳极材料 提供必要的导电性能，但又不提高碳阳极材料的石墨化度。 本发明中，所述针状焦作为骨料，用于为碳阳极材料提供必要的力学性能。 本发明中，所述中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1%、喹啉不溶物含量
为3. 3%，用作碳阳极材料中的粘接剂。 本发明中，所述浸渍沥青为低喹啉不溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为
49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，用于提高碳阳极材料的浸渍效率。 本发明由于采用上述工艺方法，因而，具有如下优点和积极效果 1、采用导电碳黑作为填料，在不提高碳阳极材料组元石墨化度的同时，有效提高
碳阳极材料的导电性能。 2、控制针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，使得导
电碳黑均匀分散于针状焦骨料之间，形成导电通道，提高碳阳极材料导电性能。 3、采用本发明，按原料重量百分比针状焦74%、导电碳黑1%、中温煤沥青25%，
配制碳阳极原料，经混料/混捏、温压成形、碳化、浸渍沥青工艺，得到的非石墨化导电碳阳
极材料，其石墨化度为0，电阻率为42 Q m，抗压强度为62MPa。 综上所述，本发明提供的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，通过在非石墨化 碳阳极材料中引入导电碳黑，提高非石墨化碳阳极材料的导电性能，为非石墨化导电碳阳 极材料的制备提供了一种切实可行的方法。


图1为本发明实施工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1 : 参见图l， (1)按原料重量百分比针状焦61%、导电碳黑10%、中温煤沥青 29%，配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为831:、结焦值为51. 1%、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为15(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为11(TC、坯体密度为 1. 6g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为80(TC、碳化压力为lOMPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为165t:、浸渍压力为12Pa，浸渍沥青为低喹啉不 溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同 步骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 8g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例2 : 参见图l， (1)按原料重量百分比针状焦63%、导电碳黑10%、中温煤沥青27%，配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1%、喹啉不溶物含量为 3. 3%，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为18(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为13(TC、坯体密度为 1. 56g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为88(TC、碳化压力为9MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为19(TC、浸渍压力为10Pa，浸渍沥青为低喹啉不 溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同 步骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 8g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例3 : 参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦67%、导电碳黑8%、中温煤沥青25%， 配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1 %、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为16(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为12(TC、坯体密度为 1. 6g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为85(TC、碳化压力为9MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为17(TC、浸渍压力为12Pa，浸渍沥青为低喹啉不 溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同 步骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 84g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例4 : 参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦69%、导电碳黑6%、中温煤沥青25%， 配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1 %、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为17(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为14(TC、坯体密度为 1. 6g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为83(TC、碳化压力为8MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为18(TC、浸渍压力为11Pa，浸渍沥青为低喹啉不 溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同 步骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 75g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例5 : 参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦72%、导电碳黑7%、中温煤沥青21%， 配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1 %、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为16(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为125t:、坯体密度为 1. 64g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为86(TC、碳化压力为9MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为175t:、浸渍压力为11Pa，浸渍沥青为低喹啉不 溶物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同 步骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 85g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例6 :
参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦74%、导电碳黑1%、中温煤沥青25%， 配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1 %、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为200°C ; (3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为145t:、坯体密度为 1. 58g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为94(TC、碳化压力为8MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为200°C 、浸渍压力为9Pa，浸渍沥青为低喹啉不溶 物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同步 骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 77g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例7 : 参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦75%、导电碳黑3%、中温煤沥青22%， 配制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1 %、喹啉不溶物含量为 3. 3% ，针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混 合粉末的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏， 控制混捏温度为19(TC;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为15(TC、坯体密度为 1. 64g/cm3 ; (4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为95(TC、碳化压力为8MPa ; (5)对坯体 实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为190°C 、浸渍压力为8Pa，浸渍沥青为低喹啉不溶 物含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同步 骤(4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 8g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
实施例8 : 参见图1， (1)按原料重量百分比针状焦75%、导电碳黑5%、中温煤沥青20%， 制碳阳极原料，中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1%、喹啉不溶物含量为3. 3%， 针状焦粉末和导电碳黑粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混合粉末 的平均粒径为98微米；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏，控制混 捏温度为192°C ;(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为14(TC、坯体密度为1.6g/ cm3 ;(4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为90(TC、碳化压力为lOMPa ; (5)对坯体实施 浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为18(TC、浸渍压力为8Pa，浸渍沥青为低喹啉不溶物 含量沥青，其软化点为82t:、结焦值为49. 5%、喹啉不溶物含量为0. 7%，碳化工艺同步骤 (4)，循环碳化3次至坯体密度为1. 85g/cm3，即得本发明的非石墨化导电碳阳极材料。
权利要求
一种非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，其特征是包括下述步骤(1)按原料重量百分比针状焦60％～79％、导电碳黑1％～10％、中温煤沥青20％～30％，配制碳阳极原料；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏，控制混捏温度为150℃～200℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为110℃～150℃、坯体密度为1.56g/cm3～1.64g/cm3；(4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为800℃～950℃、碳化压力为8MPa～10MPa；(5)对坯体实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为160℃～200℃、浸渍压力为8Pa～12Pa，碳化工艺同步骤(4)，循环碳化至坯体密度为1.75g/cm3～1.85g/cm3，即得非石墨化导电碳阳极材料。
2. 根据权利要求1所述的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，其特征是所述针状 焦和导电碳黑均为粉末状，粉末的平均粒径分别为220微米和8微米，原料经干混后，混合 粉末的平均粒径为98微米。
3. 根据权利要求1或2所述的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，其特征是上 述步骤(1)中所述的中温煤沥青的软化点为83t:、结焦值为51. 1%、喹啉不溶物含量为 3. 3%，用作碳阳极材料中的粘接剂。
4. 根据权利要求1或2所述的非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，其特征是上述 步骤(5)中所述的浸渍沥青为低喹啉不溶物含量沥青，其软化点为821:、结焦值为49.5%、 喹啉不溶物含量为0. 7%，用于提高碳阳极材料的浸渍效率。
全文摘要
本发明公开了一种非石墨化导电碳阳极材料的制备方法，包括下述步骤(1)按原料重量百分比针状焦60％～79％、导电碳黑1％～10％、中温煤沥青20％～30％，配制碳阳极原料；(2)将针状焦和导电碳黑干混均匀后，加入中温煤沥青混捏，控制混捏温度为150℃～200℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为110℃～150℃、坯体密度为1.56g/cm3～1.64g/cm3；(4)对坯体实施加压碳化，控制碳化温度为800℃～950℃、碳化压力为8MPa～10MPa；(5)对坯体实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为160℃～200℃、浸渍压力为8Pa～12Pa，碳化工艺同步骤(4)，循环碳化至坯体密度为1.75g/cm3～1.85g/cm3，即得非石墨化导电碳阳极材料。本发明提高了非石墨化碳阳极材料的导电性能。
文档编号C25C3/00GK101724864SQ20101030030
公开日2010年6月9日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者于澍, 夏莉红, 张福勤, 梁世栋, 袁铁锤 申请人:中南大学