Procédé de préparation de pâtes au carbone, utilisables pour la confection d'électrodes. On utilise, dans l'industrie et en particu lier dans les fabrications éleetrotheriniques ou électrolytiques, des électrodes d'amenée de courant en carbone aggloméré. On confec tionne parfois également en carbone agglo- iiiéré les revêtements intérieurs des Tours et des cellules d'électrolyse.
Ces a---loinérés de carbone sont fabriqués <B>à</B> partir de pâtes composées de poussières de carbone mélangées avec un liant, puis mises en forme par moulage. Certains agglomérés sont cuits dans des fours spéciaux avant leur utilisation dans les fabrications électrother- miques ou dans, les cellules d'électrolyse, par fois même cette cuisson est poussée jusqu'à la graphitation de l'aggloméré.<B>Il.</B> arrive égale ment que les agglomérés de carbone soient cuits dans le four électrothermique ou la cel lule d'électrolyse au cours même de son fonc tionnement,
comme par exemple les électrodes continues Mais, quelle dites S5derberg que soit * leur utilisation, la qualité des agglomérés dépend essentielle ment de la qualité des pâtes au carbone qui ont servi<B>à</B> les préparer.
On sait qu'en plus du choix de la constî- tution -ranalométrique du produit carboné et du type de liant, le mouillage complet de la sui-face des grains du produit carboné, venant en contact avec le liant -utilisé, est important pour obtenir<B>à</B> partir de ces pâtes des élee- trodes possédant les meilleures propriétés, C'est seulement lorsque les grains sont coin- plètement mouillés par le liant que l'on arrive <B>à</B> la liaison la plus intime dans la pâte et qu'on peut éviter ainsi les pertes mécaniques qui se produisent,
<B>à</B> l'usage, avec les pâtes ayant une liaison insuffisante. On sait égale ment que, pour obtenir un mouillage aussi bon que possible de la matière carbonée sèche par le liant, la matière carbonée (qui est<B>gé-</B> néralement constituée par des mélanges de grains de grosseurs différentes) est intro duite en totalité dans un mélangeur, puis est chauffée<B>à</B> une température déterminée, le liant est ensuite introduit et l'on effectue l'opération de mélange en la prolongeant jus qu'à obtention d'une masse homogène.
Ce procédé, qui est universellement adopté, présente un certain nombre d'incon vénients.
Les grains les plus fins donnent avec le liant une suspension stable, qui obéit aux lois des liquides non homogènes, suspension dans laquelle les grains fins constituent la phase dispersée.<B>A</B> mesure que la concentration des fines augmente dans la suspension, la visco sité de cette dernière augmente également, de sorte que, pour une concentration appropriée des fines dans la suspension, la viscosité de la suspension est un multiple de celle du brai.
Dans l'opération de mélange de matières car bonées, possédant des grosseurs de grains différentes, avec le liant, la suspension des fines dans le liant atteint une viscosité telle ment élevée qu'elle ne peut plus mouiller la surface totale des grains et qu'elle ne peut, remplir que partiellement ou même pas du tout les pores.<B>A</B> ceci s'ajoute le fait que les pores des grains sont remplis d'avance par les grains fins, ce qui empêche la pénétration du brai oui de la suspension fines-brai. Ceci seuil peut être une cause de la formation, dans la masse, d'amas de grains qui ne sont pas du tout, mouillés.
Une telle pâte ne présente pas une liaison aussi intime que possible et ne donnera pas, après cuisson, des pièces mon- lées possédant les meilleures propriétés.<B>lie</B> mouillage incomplet des surfaces des grains, ou la présence de grains qui ne sont pas mouillés du tout, provoque des pertes que l'on observe lors de lutilisation d'électrodes fabriquées<B>à</B> partir dei telles masses, pertes appe lées formations de poussières de charbon .
La présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Le procédé de fabrication de pâtes au carbone qui en lait l'objet est ca ractérisé en ce qu'on sépare une matière car bonée en deux fractions, l'une plus grossière et l'autre plus fine, on mélange d'abord une partie a-Li moins du liant avec la fraction la plus grossière, en opérant de façon que tous les -rains soient bien mouillés par ce liant, on ajoute ensuite la fraction de la matière carbonéé la plus fine et on continue de mé- la nger jusqu'à obtention d'une masse homogène.
La matière carbonée utilisée peut varier suivant la qualité de pâte que l'on veut, obte nir, le coke de pétrole et le coke de brai, qui sont utilisés pour fabriquer les électrodes de grande pureté, donnent, après broyage, des grains dont les pores peuvent, atteindre des dimensions relativement élevées, par exemple <B>0,3</B> mm et, même plus. Éorsqu'on fabrique avec ces cokes de la pâte au carbone par le procédé suivant l'invention, la séparation de la poussière en deux fractions est réalisée de faeon que les grains les plus petits de la frac tion grossière aient la même dimension que les pores des grains les plus gros.
Au contraire, si on -utilise, comme matière carbonée, du coke métallurgique ou de l'anthracite, qui donnent, après broyage, des grains dont les pores sont très petits, on réalise la séparation de la poussière en deux fractions de fu-on que les grains les plus petits de la fraction grossière aient une dimension de 0,2 mm; car lorsqu'on dépasse cette limite minimum, la sus pension, qui se forme avec les grains lors de l'opération de mélange, possède une viscosité telle qu'elle n'assurerait pas un mouillage complet des grains.
Les fines ajoutées après coup saturent le liant en formant une sus pension, et il se produit ainsi -une pâte dans laquelle les pores des grains et les espa ces entre les grains sont complètement remplis et dans laquelle la surface de tous Jes grains est complètement mouil lée. On obtient de cette faeon une pâte liée aussi intimement que possible et ayant la structure la plus régulière possible, qui donne, après cuisson, une pièce moulée ayant les propriétés optima.
La fraction grossière de la poussière de carbone peut également être mouillée, d'abord, avec une partie seulement de la quantité né- eessaire de liant, le reste du liant étant ajouté ensuite avec la fraction de poussière plus fine. Le liant peut être ajouté<B>à</B> l'état liquide; le mélange est alors plus rapide, mais on peut l'ajouter aussi<B>à</B> l'état solide; c'est parfois le cas, par exemple, pour le brai sec; le mouillage des grains ne peut être réa lisé qu'après fluidification du brai par la cha leur.
Dans l'obtention d'une pâte pour élee- trodes, en utilisant le procédé suivant Finven- tion, on constate que, pour obtenir -une pâte bien fluide, il faut d'ordinaire ajouter<B>1 à</B> <B>3</B> 1/o de plus<B>de</B> liant (par exemple de brai) que lorsqu#on opère par la méthode habituelle de mélange simultané de l'ensemble des grains avec le liant.
On ne peut l'expliquer que par le fait que, lorsqu'on traite de la faeon habituelle l'ensemble des grains par le liant (par e-.,.em- ple le brai), la surface totale de tous les grains n'est pas mouillée par le liant, alors qu'elle est beaucoup mieux mouillée dans le procédé selon l'invention.
<I>Exemple I:</I> lia matière carbonée, nécessaire<B>à</B> la fabri- grains, ayant par exemple la constitution ci- c eation de pâte S5derberg, est du coke en après:
EMI0003.0006
<B>3-5</B> <SEP> mm <SEP> <B>2-3 <SEP> mm</B> <SEP> 1-2 <SEP> mm <SEP> 0,2-1 <SEP> mm <SEP> <B>0,075-0,2</B> <SEP> mm <SEP> <B>0-0,075</B> <SEP> mm
<tb> <B>1,71/0 <SEP> 1,81/0</B> <SEP> 8,21/o <SEP> 31,21/o <SEP> <B>10,5</B> <SEP> % <SEP> 46,61)/o La pate Sëderberg, fabriquée<B>à</B> partir de matière en grains présentant cette consti tution par l'opération habituelle de mélange, doit avoir une teneur en brai de<B>28</B> 1/o pour avoir une bonne fluidité.
lie mélange des grains est traité, eonfor- niément <B>à</B> la présente invention, avec le liant (dans le cas considéré le brai dur, c'est-à-dire du brai dont la température de ramollisse ment, mesurée par la méthode Kramer, Sar- now atteint<B>700 C)</B> de la façon suivante:
On mélange tout d'abord les grains, d'une gros seur de 0,2<B>à 5</B> mm, avec du brai dur jusquà ce que les pores des grains soient remplis et
EMI0003.0016
Electrode <SEP> obtenue <SEP> Electrode <SEP> obtenue
<tb> en <SEP> partant <SEP> d'une <SEP> en <SEP> partant <SEP> d'une
<tb> pâte <SEP> préparée <SEP> par <SEP> pâte <SEP> préparée
<tb> Popération <SEP> habi- <SEP> conformément
<tb> tuelle <SEP> de <SEP> mélange <SEP> <B>à</B> <SEP> l'invention
<tb> Densité <SEP> apparente <SEP> 1,42 <SEP> <B>1,36</B>
<tb> Porosité <SEP> <B>/0 <SEP> 25,3</B> <SEP> 28,
4
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> ohms <SEP> <U>MM2</U> <SEP> 84 <SEP> <B>59</B>
<tb> <B>m</B>
<tb> Résistance <SEP> <B>à</B> <SEP> la
<tb> compression <SEP> en <SEP> <B>kg/CM2 <SEP> 268 <SEP> 290</B> Au lieu d'ajouter le liant (par exemple le brai)<B>à</B> l'état liquide<B>à</B> la matière carbonée en grains, on peut ajouter ce liant<B>à</B> l'état solide. Dans ce cas, on mélange d'abord les grains de 0,2 mm<B>à 5</B> mm avec le liant<B>à</B> l'état solide, on chauffe, pendant cette opération de mélange, jusqu'à ce que le liant devienne fluide, et, seulement après mouillage complet de ces grains grossiers par le liant, on ajoute la matière carbonée dont les grains sont plus petits que 0,2 mm, et on continue<B>à</B> mélanger le tout jusquà obtention de la plus forte ho mogénéité du mélange.
<I>Exemple II:</I> Les électrodes préalablement cuites, titi- lisées dans la fabrication électrolytique de que la surface de tous les grains soit mouil lée. On ajoute ensuite les grains ayant des dimensions inférieures<B>à,</B> 0,2 mm, et on con tinue<B>à</B> mélanger jusqu'à obtention Wune masse homogène. La pâte fflerberg obtenue de cette façon doit, pour avoir une bonne fluidité, contenir<B>29,5</B> % de brai, c'est-à-dire <B>1,5</B> % de pl-Lis que dans l'opération habituelle de mélange.
On obtient de cette manière une pâte S5- derberg qui, après cuisson, possède les pro priétés ci-après comparativement<B>à</B> celles d'une pâte obtenue par l'opération habituelle de mélange. Falaminium, peuvent être fabriquées<B>à</B> l'aide d'une pâte au carbone<B>à</B> base de coke de<B>pé-</B> trole, dont la grosseur des pores atteint en chiffres ronds<B>0,3</B> mm avec la composition granulométrique suivante:
EMI0003.0027
<B>3,33 <SEP> -2,76</B> <SEP> mm: <SEP> <B>-</B> <SEP> 7%
<tb> <B>2,76 <SEP> -1,77</B> <SEP> mm: <SEP> <B>9</B> <SEP> %
<tb> <B>1,77 <SEP> -0,76</B> <SEP> mm: <SEP> 161/o
<tb> <B>0,76 <SEP> -0,29</B> <SEP> mm: <SEP> 151/o
<tb> <B>0,29 <SEP> -0,16</B> <SEP> mm: <SEP> <B>13</B> <SEP> 1/o
<tb> <B>0,16 <SEP> -0,075</B> <SEP> min: <SEP> 171/o
<tb> <B>0,075-0</B> <SEP> mm: <SEP> 23% Conformément<B>à</B> l'invention, on humecte d'abord les grains de<B>3,33</B> mm<B>à 0,29</B> mm avec le liant, du brai dur par exemple, on ajoute ensuite le reste de la poussière de carbone, (grains de 0-0,'29 mm). On mélange intime ment et on moule la masse sous pression.
On obtient ainsi, après cuisson, une électrode
EMI0004.0002
Electrode <SEP> obtenue <SEP> Electrode <SEP> obtenue <SEP> <B>à</B>
<tb> <B>à</B> <SEP> partir <SEP> d'une <SEP> pâte <SEP> partir <SEP> d'une <SEP> pâte <SEP> pré préparée <SEP> d'après <SEP> parée <SEP> conformément
<tb> <U>le <SEP> procédé</U> <SEP> habituel <SEP> <B>à</B> <SEP> l'invention
<tb> Rêsistivité <SEP> en <SEP> ohms <SEP> m1112 <SEP> <B>73)</B> <SEP> 54.
<tb> <B>ni</B>
<tb> Résistance <SEP> <B>à</B> <SEP> la <SEP> compression <SEP> en <SEP> kg/cmî <SEP> 245 <SEP> <B>315</B> <I>Exemple III:
</I> La pâte utilisée pour le revêtement int6- rieur des fours est constituée, par exemple, par un mélange de<B>25</B> % d'anthracite et-,<B>75</B> 11/o de coke métallurgique, ayant la composition 01raindométrique suivante-.
EMI0004.0007
5,54 <SEP> <B>-2,67</B> <SEP> mm: <SEP> <B>3</B> <SEP> %
<tb> <B>2,67 <SEP> -1,77</B> <SEP> mm. <SEP> 61/o
<tb> <B>1,77 <SEP> -0,99</B> <SEP> mm: <SEP> <B>5</B> <SEP> %
<tb> <B>0,99</B> <SEP> -0,45 <SEP> mm: <SEP> <B>9-1</B> <SEP> %
<tb> 0,45 <SEP> <B>-0,19</B> <SEP> mm: <SEP> 21 <SEP> 1/o
<tb> <B>0,19 <SEP> -0,075</B> <SEP> mm: <SEP> <B>230/0</B>
<tb> <B>0,075-0</B> <SEP> mm: <SEP> 21 <SEP> 1/o L'anthracite n'est. pas poreux et les pores du coke métallurgique sont inférieures<B>à</B> 0,2 mm.
Conformément<B>à</B> l'invention, on mouille d'abord les grains de 5,54<B>à 0,19</B> mm avec le liant, du brai mou par exemple (c'est-à-dire du brai dont la température de ramollisse ment est comprise entre 40 et 501, <B>C),</B> puis on ajoute les grains de 0-0,19 mm et on mé lange intimement.
Exeni,ple <I>IV:</I> Les pâtes d'électrodes pour fabrications électrothermiq Lies peuvent être, constituées
EMI0004.0013
Electrode <SEP> obtenue <SEP> Electrode <SEP> obtenue <SEP> <B>à</B>
<tb> <B>à</B> <SEP> partir <SEP> d'une <SEP> pâte <SEP> partir <SEP> d'une <SEP> pàte <SEP> pré préparée <SEP> d'après <SEP> parée <SEP> conformément
<tb> <U>le <SEP> procédé,</U> <SEP> habituel <SEP> <B>à</B> <SEP> l'invention
<tb> Résistivité <SEP> en <SEP> ohms <SEP> MM2 <SEP> <B>61 <SEP> 51</B>
<tb> <B>M</B>
<tb> Résistance <SEP> <B>à</B> <SEP> la <SEP> compression <SEP> kg/ci-n2 <SEP> <B>9 <SEP> 5 <SEP> 375</B> dont les caractéristiques,
comparées<B>à</B> celles d'une autre électrode fabriquée<B>à</B> Faide dune pâte préparée par le procédé de malaxage connu, sont les suivantes: par un mélange de<B>70</B> û/0 d'anthracite et<B>30 0/0</B> de coke métallurgique, de la composition gra- nulométrique suivante:
EMI0004.0019
25,4 <SEP> <B>-11,9</B> <SEP> iiini: <SEP> <B>6</B> <SEP> %
<tb> <B>11,9 <SEP> -</B> <SEP> 5,54 <SEP> mm <SEP> <B>- <SEP> 7</B> <SEP> %
<tb> 5,54- <SEP> <B>2, <SEP> 6 <SEP> 7</B> <SEP> mm: <SEP> 171/o
<tb> <B><U>2,67-</U> <SEP> 1,77</B> <SEP> in <SEP> in <SEP> <B>- <SEP> 5</B> <SEP> %
<tb> <B>1,77- <SEP> 0,99</B> <SEP> mm: <SEP> 411/o
<tb> <B>0,99-</B> <SEP> 0,45 <SEP> mm. <SEP> 41/o
<tb> 0,45- <SEP> <B>0,19</B> <SEP> mm: <SEP> <B>##'</B> <SEP> 1/o
<tb> <B>0,19- <SEP> 0,09</B> <SEP> mm:
<SEP> 2211/o
<tb> <B>0,09- <SEP> 0</B> <SEP> mm <SEP> <B>-</B> <SEP> 9-7% L'anthracite n'est pas poreux, le coke mé tallurgique constitue les arains fins, plus pe- n #1 tits que<B>0,16</B> mm. Les<U>grains</U> de charbon sont donc pratiquement exempts de pores. Confor mément<B>à</B> l'invention, on mouille d'abord les grains de 25,4<B>à 0,19</B> mm <B>à</B> l'aide du liant, par exemple un mélange de brai dur et de goudron de houille, puis on ajoute les grains de 0-0,19 mm et on mélange intimement.
On obtient ainsi une pâte d'électrode, qui, après moulage et cuisson, donne les résultats comparatifs suivants: <I>Exemple</I> V: La pâte de carbone pour électrode graphi- te,e est constituée, par exemple, par du coke de pétrole avant la composition grantiloniétri- que suivante:
EMI0005.0006
<B>1,30 <SEP> -0,621</B> <SEP> min. <SEP> 2211/o
<tb> <B>0,62 <SEP> -0,29</B> <SEP> -min: <SEP> 21 <SEP> %
<tb> <B>0,229 <SEP> -0,16</B> <SEP> min: <SEP> <B>7 <SEP> 1/o</B>
<tb> <B>0,16 <SEP> -0,10</B> <SEP> mm: <SEP> <B>1.8 <SEP> 0/9</B>
<tb> <B>0,10 <SEP> -0,075</B> <SEP> mm: <SEP> 4%
<tb> <B>0,075-0,058</B> <SEP> mm <SEP> <B>-</B> <SEP> 41/o
<tb> <B>0,058-0,050</B> <SEP> mm: <SEP> 4%
<tb> <B>0,050-0</B> <SEP> mm <SEP> <B>:</B> <SEP> 2011/o La grosseur des pores atteint en chiffres ronds<B>0,3</B> min. Conformément<B>à</B> l'invention, on mouille d'abord les grains de<B>1,3 à</B> 0,29 mm avec le liant, par exemple du brai dur, puis on ajoute les grains de<B>0-0,29</B> mm et on mé- #I lange intimement.
On obtient ainsi -une pâte d'électrode donnant les résultats comparatifs suivants:
EMI0005.0010
Pàte <SEP> fabriquée <SEP> Pàte <SEP> fabriquée
<tb> d'après <SEP> le <SEP> procédé <SEP> conformément
<tb> habituel <SEP> <B>à</B> <SEP> Vinvention
<tb> Densité <SEP> apparente <SEP> <B>1,675 <SEP> 1,-118</B>