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℃～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83℃、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82℃、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42Ω·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。
【附图说明】
图1为本发明实施工艺流程图。
【具体实施方式】
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1，(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83℃、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150℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为110℃、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800℃、碳化压力为10MPa；(5)对坯体实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为165℃、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82℃、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1，(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83℃、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180℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为130℃、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880℃、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190℃、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82℃、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83℃、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160℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为120℃、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850℃、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170℃、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82℃、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83℃、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170℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为140℃、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830℃、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180℃、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82℃、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，中温煤沥青地软化点为83℃、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160℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为125℃、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860℃、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175℃、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82℃、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83℃、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℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为145℃、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940℃、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℃、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82℃、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83℃、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190℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为150℃、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950℃、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℃、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82℃、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83℃、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℃；(3)采用温压模压法压制成坯，控制压制温度为140℃、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900℃、碳化压力为10MPa；(5)对坯体实施浸渍沥青/碳化增密，控制浸渍温度为180℃、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82℃、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。