CN101319330B - 制氟用碳阳极的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制氟用碳阳极改性方法，包括以下步骤：首先，将碳阳极毛坯进行第一次浸渍，浸渍剂采用酚醛树脂，预热温度80～120℃，在高压真空浸渍炉中进行，时间不少于4小时，真空度不小于0.07MPa，并保持45分钟以上，加压压力不小于0.5MPa，加压时间不少于2.5小时；然后，将浸渍树脂固化后的碳阳极在环式炉中进行第一次焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1200～1300℃；最后，用与第一次相同的过程对碳阳极进行第二次浸渍和第二次焙烧。利用本发明的方法生产的制氟用改性碳阳极具有气孔率低、灰分少、机械强度大、体积密度高等优点，寿命提高1～2倍，大大减少了阳极的更换率。

Description

制氟用碳阳极的改性方法
技术领域
本发明属于一种碳阳极的制备方法，具体涉及一种对现有的碳阳极毛坯进行酚醛树脂浸渍和焙烧、使其具有导电强、机械强度高、气孔率低等优良性能的制氟用碳阳极的改性方法。
背景技术
单质氟是半导体制造领域中不可缺少的主要气体，电解制取出氟气是目前迫在眉睫的课题之一，而电解槽中用的阳极板材料，是氟化物电解时重要的电极用品。由于单质氟极为活泼，因此制氟技术和安全装置难度大、要求高。对电解制氟用电极的特性要求是：耐氟和氟化氢腐蚀性能好；电阻率低；电解液对其浸润性好，超电压小；机械强度高，能长时间在高电流密度下使用；比重大，局部碎裂时碎块能沉于电解槽槽底，避免极间短路；制造方便，价格低廉。
在现有技术中，中温电解制氟电解槽内的阳极材料，其制造方法是将磨碎的煅烧石油焦和煤沥青按一定比例混合后，经成型、焙烧而成(也有经二次或多次的浸渍和焙烧)。
上述方法的缺点是由于碳阳极强度不够，当用于制氟的阳极时，在电解槽长时间运行时，碳阳极表面形成C-F聚合物层，引起电阻变大，易产生阳极极化、碳阳极断裂等现象，产生大量的杂质气体，减少了碳电极的使用时间，延长了生产周期，增加了生产成本。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种在现有碳阳极的基础上，经过酚醛树脂的浸渍和焙烧，使其具有导电强、机械强度高、气孔率低等优良性能的制氟用碳阳极的改性方法。
本发明的技术方案是：一种制氟用碳阳极的改性方法，包括以下步骤：
首先，第一次浸渍
将碳阳极毛坯(S1)在高压真空浸渍炉中进行第一次浸渍，浸渍剂采用酚醛树脂，预热温度80～120℃，在高压真空浸渍炉中进行，时间不少于4小时，真空度不小于0.07Mpa，并保持45分钟以上，加压压力不小于0.5MPa，加压时间不少于2.5小时(S2)；
然后，第一次焙烧
将第一次浸渍树脂固化后的碳阳极，在环式炉中进行第一次焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1200～1300℃(S3)；
再后，第二次浸渍
将第一次焙烧后的碳阳极毛坯进行第二次浸渍，第二次浸渍的过程与第一次浸渍相同(S4)；
再后，第二次焙烧
将第二次浸渍后的碳阳极毛坯进行第二次焙烧，第二次焙烧的过程与第一次焙烧相同(S5)；
最后，第二次焙烧完成后，得到产品(S6)。
浸渍剂采用的酚醛树脂是：对热固性酚醛树脂加乙醇，配制成40～60％的树脂乙醇溶液。
利用本发明的方法对制氟用碳阳极改进后具有气孔率低、灰分小、机械强度大、体积密度高等优点。在中温制氟电解槽内上槽运行，电解槽运行参数受控，电流密度较高，有较高的机械强度，寿命大约提高1～2倍，大大减少了阳极的更换率。
附图说明
图1是本发明的制氟用碳阳极改性方法的方框图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的制氟用碳阳极改性方法进行详细说明：
如图1所示，一种制氟用碳阳极改性方法，包括以下步骤：
首先，第一次浸渍
将碳阳极毛坯(S1)在高压真空浸渍炉中进行第一次浸渍：浸渍剂采用酚醛树脂，对热固性酚醛树脂加乙醇，配制成40～60％的树脂乙醇溶液。预热温度80～120℃，在专门的高压真空浸渍炉中进行，时间不少于4小时，真空度不小于0.07Mpa，并保持45分钟以上，加压压力不小于0.5MPa，加压时间不少于2.5小时(S2)；
然后，第一次焙烧
将第一次浸渍树脂固化后的碳阳极毛坯，在环式炉中进行焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1200～1300℃(S3)；
在碳化焙烧过程中酚醛树脂发生氧化脱氢缩聚，并与骨料颗粒烧结，同时在一定的工艺条件下，产生最大量的残碳，提高密度和强度。
再后，第二次浸渍
将第一次焙烧后的碳阳极毛坯进行第二次浸渍，第二次浸渍的过程与第一次浸渍的过程相同(S4)；
再后，第二次焙烧
将第二次浸渍后的碳阳极毛坯进行第二次焙烧，第二次焙烧的过程与第一次焙烧的过程相同(S5)。
最后，第二次焙烧完成后，得到产品(S6)。
实施例1
首先，选取制氟碳阳极毛坯制品(碳素厂生产的制氟碳板，市售)为基体，在高压真空浸渍炉中进行第一次浸渍，浸渍剂采用酚醛树脂，预热温度80℃，预热时间4小时，对高压真空浸渍炉进行抽空，真空度0.07Mpa、并保持45分钟，加压压力0.5MPa，加压时间2.5小时。
浸渍用酚醛树脂：对热固性酚醛树脂加乙醇，配成50％的树脂乙醇溶液，即为浸渍用酚醛树脂。
表1为浸渍用酚醛树脂的技术指标。
表1
外观   固体含量(％)   粘度(涂-4，25℃，秒)   游离酚(％)
  淡黄色至红棕色透明粘稠液体   50～80   ＜200   ≤12
然后，将第一次浸渍树脂固化后的碳阳极毛坯，在环式炉进行第一次焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1200℃。
表2为环式焙烧炉360小时升温曲线
表2
阶段   温度范围(℃)   升温速度(℃/min)   持续时间(h)
  1   130-350   4.4   50
  2   350-400   1.4   35
  3   400-500   1.2   84
  4   500-600   1.6   60
  5   600-700   3.3   30
  6   700-800   5   20
  7   800-900   5.9   17
  8   900-1000   7.1   14
  9   1000-1250   8.3   30
  10   1250   0   20
再后，第二次浸渍
将第一次焙烧后的碳阳极毛坯进行第二次浸渍，第二次浸渍的过程与第一次浸渍相同。
再后，第二次焙烧
将第二次浸渍后的碳阳极毛坯进行第二次焙烧，第二次焙烧的过程与第一次焙烧的过程相同。
最后，第二次焙烧完成后得到产品。
实施例2
首先，选取制氟碳阳极毛坯制品(碳素厂生产的制氟碳板，市售)为基体，在高压真空浸渍炉中进行第一次浸渍，浸渍剂采用酚醛树脂，预热温度120℃，时间4.5小时，对高压真空浸渍炉进行抽空，真空度0.05Mpa，并保持50分钟，加压压力0.6MPa，加压时间3小时。
然后，将第一次浸渍树脂固化后碳阳极毛坯，在环式炉进行第一次焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1300℃。
再后，第二次浸渍
将第一次焙烧后的碳阳极毛坯进行第二次浸渍，第二次浸渍的过程与第一次浸渍的过程相同。
再后，第二次焙烧
将第二次浸渍后的碳阳极毛坯进行第二次焙烧，第二次焙烧的过程与第一次焙烧的过程相同。
最后，第二次焙烧完成后得到产品。
浸渍用酚醛树脂与实施例1相同。
浸渍后的制氟碳阳极的各项理化指标都有显著的提高，具体数值见表3：
表3为浸渍前后制氟用碳阳极理化指标分析结果。
表3
  项目   未经浸渍   浸渍后
  体积密度(g/cm<sup>3</sup>)   1.64   1.73
  电阻率(μΩm)   41.8   43.2
  抗压强度(MPa)   96   111
  气孔率(％)   20.0   13.07
  固定碳(％)   99.32   98.48
  灰分(％)   0.41   0.28
利用本发明的方法对制氟用碳阳极改性后，具有气孔率低、灰分少、机械强度大、体积密度高等优点。在中温制氟电解槽内上槽运行时，电解槽运行参数受控，电流密度较高，有较高的机械强度，寿命提高1～2倍，大大减少了阳极的更换率。

Claims (2)

1.一种制氟用碳阳极改性方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先，第一次浸渍
将碳阳极毛坯在高压真空浸渍炉中进行第一次浸渍，浸渍剂采用酚醛树脂，预热温度80～120℃，在高压真空浸渍炉中进行，时间不少于4小时，真空度不小于0.07MPa，并保持45分钟以上，加压压力不小于0.5MPa，加压时间不少于2.5小时；
然后，第一次焙烧
将浸渍树脂固化后的碳阳极，在环式炉中进行焙烧，采用360小时升温曲线，加热到1200～1300℃；
再后，第二次浸渍
将第一次焙烧后的碳阳极毛坯进行第二次浸渍，第二次浸渍的过程与第一次浸渍的过程相同；
再后，第二次焙烧
将第二次浸渍后的碳阳极毛坯进行第二次焙烧，第二次焙烧的过程与第一次焙烧的过程相同；
最后，第二次焙烧完成后，得到产品。
2.根据权利要求1所述的制氟用碳阳极改性方法，其特征在于：浸渍剂采用的酚醛树脂是：配制成40～60％的树脂乙醇溶液。
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