[發明專利]一種炭陽極板材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110318889.4
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102502574A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉占軍;史景利;郭全貴;張俊鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于一種陽極板材料的制備方法，具體地說是涉及一種炭陽極材料的制備方法。

背景技術

制備氟氣的重要途徑是利用電解的原理來進行，一般分為高溫電解制氟和中溫電解制氟，通常利用電解氟氫化鉀(KF.nHF)熔融鹽中的無水氟化氫(AHF)來制備氟氣。高溫電解制氟由于工藝控制難度大，制備成本高等原因而受到限制，已逐漸被中溫電解制氟方法所取代。中溫電解制氟電解槽內的陽極材料其性能優劣，直接關系到電解制氟的效率及其使用壽命。一般地，對電解制氟用陽極材料特性的主要要求包括：耐氟和氟化氫腐蝕性能好；電阻率低；電解液對其浸潤性好，超電壓小；機械強度高，能長時間在高電流密度下使用；比重大，局部破裂時碎塊能沉于電解槽槽底，避免極問短路；制造方便，價格低廉。

為此，制氟技術工作者在提高陽極材料質量和改進陽極組件結構方面做了大量工作。在美國曾利用鋼、鋁、鎂、銅和鉬的合金、鎳鉻合金等多種金屬作陽極材料進行嘗試，但由于電化學腐蝕速度較快，陽極極化等原因都未獲成功。與其它材料相比，炭材料具有電導率高、在熔融氟氫化鉀中化學穩定性好、兼具有優異的機械強度和高純度等特性，已成為中溫電解制氟首選的陽極材料。石墨化炭材料由于在熔融鉀鹽中氟化氫濃度達30％以上時不僅易發生溶脹和碎裂，且氟原子對其插層作用明顯，極大地降低了其使用壽命，因此，非石墨化炭陽極就成為目前普遍采用的中溫電解制氟唯一的陽極材料。近年來，針對在改善非石墨化炭陽極性能方面，各國研究人員也進行了大量的研究工作。美國聯合碳化物公司(UCC)對非石墨化炭陽極性進行浸漬銅和氟化鋰后，其使用效果得到明顯改善；英國則采用高滲透性的炭陽極，可長期運行而不發生極化；此外還采用將炭陽極伸入電解液下面的部分采用高滲透材料，與吊架連接的端部采用低滲透性材料，其使用壽命明顯延長，但這些在制作方面不僅難度大且成本高，從而限制了其廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種生產成本低，而且性能優異的炭陽極板材料的制備方法。

本發明的制備過程包括如下步驟：

(1)首先將瀝青焦破碎到2mm以下后，將其粒度分為4個等級，即1-2mm、0.154-1mm、0.154-0.075mm和0.075mm以下，然后按照如下重量比進行混合均勻，其中粒度為1-2mm占15-20wt.％；粒度為0.154-1mm占20-35wt.％；0.154-0.075mm占25-30wt.％和0.075mm以下占20-30wt.％；

(2)將步驟(1)的混合瀝青焦與粘結劑煤瀝青按混合瀝青焦的含量為70-80wt％，粘結劑的含量為20-30wt％，在120-160℃溫度下混捏1-2h，得到混合糊料；

(3)混合糊料進行涼料10-20min，之后將其引入預熱的鋼制模具中，其中模具預熱溫度為90-120℃；并進行振動成型，其中振動頻率為30-45Hz，重錘比壓為0.05-0.12MPa，振動時間為3-5min；

(4)脫模冷卻后，將振動成型的坯體在炭化爐中以3-6℃/h的升溫速率至900-1150℃，得到炭制品；

(5)將出爐后的炭制品進行浸漬瀝青處理，所用浸漬劑為中溫煤瀝青，在浸漬過程中，浸漬溫度為240-260℃，浸漬壓力為15-20kg/cm²，浸漬保壓時間為2-4h；

(6)浸漬完畢后，將其再次裝入炭化爐中，以3-6℃/h的升溫速率至900-1150℃，完成對浸漬品的炭化處理；

(7)冷卻出爐后，對其進行浸漬樹脂處理，浸漬劑為乙醇稀釋后的酚醛樹脂，其中二者之間的比例為乙醇20-30wt％，酚醛樹脂為70-80wt％，在浸漬過程中，浸漬溫度為30-60℃，浸漬壓力為5-10kg/cm²，浸漬保壓時間為2-4h；

(8)浸漬完畢后進行固化處理，以3-5℃/h的升溫速率加熱至180-200℃，在固化升溫過程中，引入N₂使固化壓力控制在5-10kg/cm²；

(9)固化完畢冷卻后，將其在炭化爐中以5-10℃/h的升溫速率加熱至550-700℃，恒溫1-2h，自然冷卻到50℃以下后出爐，完成炭陽極材料的制備。

如上所述的瀝青焦是指煅燒焦，其煅燒溫度都在1150-1300℃，否則將造成材料組織中的孔徑變大，這將降低制品的機械強度和體積密度；所說的浸漬劑酚醛樹脂其主要性能要求如下：粘度(25℃)下為600-1500Pa.s；游離酚8-12％；固含量80-90wt％。