CN105513664A - 一种工业用导电材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业用导电材料及其制备方法，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤4.5-6，煅后石油焦2-4，树脂改性沥青1.2-1.5，凹凸棒土0.03-0.06，二氧化钍0.03-0.12，中温煤沥青粉1.8-2.0。本发明所得导电材料具有工艺控制精度高、强度高、电阻率低、良好的导热性、烧结性能好、优良的抗热震性和抗氧化性，制造工艺简单，生产成本较低。
Description
技术领域
本发明属于导电材料技术领域，特别是涉及一种工业用导电材料及其制备方法。
背景技术
电极糊是供给铁合金炉、电石炉等电炉设备使用的导电材料，按其使用方式，也是一种连续自焙电极。生产电极糊的主要原料是无烟煤和冶金焦。目前生产两种不同配方的电极糊。一种是所谓标准电极糊。大量使用于铁合金炉及中、小型电石炉。这种电极糊采用软化点为65～75℃的中沥青为粘结剂。另一种电极糊，用于封闭型铁合金炉或电石炉。这种封闭型电炉要求电极糊具有较高的导电性与导热性，以及适宜的烧结速度。因此，生产这种电极糊的配料与标准电极糊不同，除用无烟煤为原料外，还使用导电性、导热性较好的石墨化冶金焦或石墨碎以及石油焦、沥青焦等原料，粘结剂也是使用煤沥青与煤焦油(或葱油)的混合物。除以上两种电极糊外，有些地方因地制宜利用本地的天然石墨加上冶金焦或沥青焦生产电极糊。
申请公布号CN102956281A（申请号201210436294.3）的中国专利文献公开了电极糊及其制作方法，它由以下质量百分比的原料制成：残极块65～70%，电煅无烟煤8～15%，中温煤沥青20～25%，将上述质量百分比的残极块分级磨粉，然后和上述质量百分比的电煅无烟煤、中温煤沥青糊料混捏，捏温度为180～200℃，混捏时间70～80min，然后冷却成型。申请公布号CN103832992A（申请号201210470786.4）的中国专利文献公开了一种用于索德伯格电极的电极糊及其制备方法，电极糊由固体料和黏结剂组成；其中固体料由无烟煤、焦炭和石墨组成，黏结剂由沥青和焦油组成；按重量百分比，其中无烟煤的含量为40％-50％，焦炭含量为18％-22％，石墨含量为6％-8％，沥青含量13％-15％，焦油含量13％-15％。申请公布号CN103796366A（申请号201410019699.6）的中国专利文献公开了一种密闭电极糊，以炭素原料为骨料，以有机化合物为粘结剂，经破碎、筛分、磨粉、配料、粘结剂熔化、干混、湿混、拉糊成型等工序制造而成。
传统的电极糊存在配方精度低，电极糊烧结之后强度低、电阻率高、抗热震性能差，产品质量不稳定、生产成本较大等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种工业用导电材料及其制备方法。本发明所得导电材料具有工艺控制精度高、强度高、电阻率低、良好的导热性、烧结性能好、优良的抗热震性和抗氧化性，制造工艺简单，生产成本较低。
本发明的技术方案是：
一种工业用导电材料，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤4.5-6，煅后石油焦2-4，树脂改性沥青1.2-1.5，凹凸棒土0.03-0.06，二氧化钍0.03-0.12，中温煤沥青粉1.8-2.0。
一种工业用导电材料，优选的方案是，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤4.8-5.5，煅后石油焦2.4-3.6，树脂改性沥青1.26-1.44，凹凸棒土0.037-0.054，二氧化钍0.05-0.09，中温煤沥青粉1.86-1.93。
一种工业用导电材料，更加优选的方案是，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤5.3，煅后石油焦3.3，树脂改性沥青1.32，凹凸棒土0.042，二氧化钍0.07，中温煤沥青粉1.89。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为5-15%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2-5%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为8～18min，加料完全后充分搅拌17～40min，混捏成型，混捏时间为55～90min。
优选在于步骤（4）中，取质量分数为8-12%的六偏磷酸钠水溶液。
优选在于步骤（4）中，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2.5-4%。
优选在于步骤（5）中，加料时间间隔为10～15min。
优选在于步骤（5）中，加料完全后充分搅拌20～35min。
优选在于步骤（5）中，混捏时间为60～80min。
优选在于步骤（5）中，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
更加优选的，步骤（4）中取质量分数为10%的六偏磷酸钠水溶液。
更加优选的，步骤（4）中六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的3%。
更加优选的，步骤（5）中加料时间间隔为13min。
更加优选的，步骤（5）中加料完全后充分搅拌30min。
更加优选的，步骤（5）中混捏时间为70min。
本发明提供的工业用导电材料的制备工艺简单、工艺控制精度高。除此之外，本发明的优良效果还表现在：
1、本发明所得导电材料具有强度高、电阻率低、良好的导热性、烧结性能好、优良
的抗热震性和抗氧化性；
2、生产成本较低；
3、不易发生断电极事故。
具体实施方式
下面结合实施例和实验例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例1一种工业用导电材料，取下述重量份的主要原料制备而成（每份为80Kg）：电煅无烟煤4.5份，煅后石油焦2份，树脂改性沥青1.2份，凹凸棒土0.03份，二氧化钍0.03份，中温煤沥青粉1.8份。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤（电煅无烟煤购自宁夏万博达碳素制品有限公司）破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦（煅后石油焦购自盘锦嘉禾碳素制品有限公司）筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为5%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青（购自阳谷信民耐火材料有限公司）—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉（购自邯郸德鑫化工科技有限公司）—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，，加料时间间隔为8min，加料完全后充分搅拌17min，混捏成型，混捏时间为55min，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
实施例2一种工业用导电材料，取下述重量份的主要原料制备而成（每份为80Kg）：电煅无烟煤6份，煅后石油焦4份，树脂改性沥青1.5份，凹凸棒土0.06份，二氧化钍0.12份，中温煤沥青粉2.0份。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤（电煅无烟煤购自宁夏万博达碳素制品有限公司）破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦（煅后石油焦购自盘锦嘉禾碳素制品有限公司）筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为15%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的5%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青（购自阳谷信民耐火材料有限公司）—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉（购自邯郸德鑫化工科技有限公司）—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为18min，加料完全后充分搅拌40min，混捏成型，混捏时间为90min，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
实施例3一种工业用导电材料，取下述重量份的主要原料制备而成（每份为80Kg）：电煅无烟煤4.8份，煅后石油焦2.4份，树脂改性沥青1.26份，凹凸棒土0.037份，二氧化钍0.05份，中温煤沥青粉1.86份。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤（购自石嘴山金林刚玉耐火材料有限公司）破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦（购自瑞驰碳素制品有限公司）筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为8%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2.5%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青（购自山东柯信新材料有限公司）—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉（购自邯郸德鑫化工科技有限公司）—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为10min，加料完全后充分搅拌20min，混捏成型，混捏时间为60min，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
实施例4一种工业用导电材料，取下述重量份的主要原料制备而成（每份为80Kg）：电煅无烟煤5.5份，煅后石油焦3.6份，树脂改性沥青1.44份，凹凸棒土0.054份，二氧化钍0.09份，中温煤沥青粉1.93份。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤（购自石嘴山金林刚玉耐火材料有限公司）破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦（购自瑞驰碳素制品有限公司）筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为12%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的4%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青（购自山东柯信新材料有限公司）—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉（购自邯郸德鑫化工科技有限公司）—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为15min，加料完全后充分搅拌35min，混捏成型，混捏时间为80min，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
实施例5一种工业用导电材料，取下述重量份的主要原料制备而成（每份为80Kg）：电煅无烟煤5.3份，煅后石油焦3.3份，树脂改性沥青1.32份，凹凸棒土0.042份，二氧化钍0.07份，中温煤沥青粉1.89份。
上述工业用导电材料的制备方法是：
（1）将电煅无烟煤（购自石嘴山金林刚玉耐火材料有限公司）破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦（购自瑞驰碳素制品有限公司）筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为10%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的3%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青（购自山东柯信新材料有限公司）—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉（购自邯郸德鑫化工科技有限公司）—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为13min，加料完全后充分搅拌30min，混捏成型，混捏时间为70min，在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
本发明所用主要原料：
电煅无烟煤：电煅无烟煤是以无烟煤为原料，经单相交流电煅炉2000℃煅烧生产而成，在生产过程中能够有效去除水分、挥发分、提高密度和导电率，加强机械强度和抗氧化度。具有低灰、低硫、低磷、高发热量、高抗压强度的优良特性。可以作为生产优质炭块、炭质电极或优质电极糊的主要原料。
煅后石油焦：石油焦是黑色或暗灰色坚硬固体的石油产品，带有金属光泽，呈多孔性，是由微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状构成的炭体物。石油焦组分是碳氢化合物，含碳90－97%，含氢1.5－8%，还含有氮、氯、硫及重金属化合物。在炼钢用的石墨电极或制铝、制镁用的阳极糊（融熔电极）时，为使石油焦（生焦）适应要求，必须对生焦进行煅烧。煅烧温度一般在1300℃左右，目的是将石油焦挥发分尽量除掉。这样可减少石油焦再制品的氢含量，使石油焦的石墨化程度提高，从而提高石墨电极的高温强度和耐热性能，并改善了石墨电极的电导率。煅后石油焦主要用于生产石墨电极、炭糊制品、金刚沙、食品级磷工业、冶金工业及电石等，其中应用最广泛的是石墨电极。
树脂改性沥青：改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。用树脂改性的沥青可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。
凹凸棒土：又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。由于凹凸棒石粘土具备许多优良的特征，如具有较好的吸附能力，独特的分散性，耐高温、抗盐碱，有较高的可塑性及粘结力，矿物本身质轻、性脆、吸水性强，干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散，悬浮液遇电质不絮凝，不沉淀，所以凹凸棒土的应用范围相当广泛。
二氧化钍：白色固体，具有萤石结构，熔点3390℃，沸点4400℃。不溶于水，稀酸或碱。溶于热的硫酸。用于制造白热纱罩、无硅光学玻璃、催化剂、钨钍合金及用于电子学研究。
中温煤沥青粉：煤焦油加工过程中，经过蒸馏去除液体馏分以后的残余物称之为煤沥青。一般室温下，煤沥青为黑色脆性块状物，有光泽；臭味，熔融时易燃烧。根据软化点的不同，煤沥青分为低温沥青、中温沥青、高温沥青三类。中温煤沥青粉是以中温煤沥青制得。用途：（1）用作燃料，由于固体成分多，一般将其与重油混合或者制作成浆料使用，能够起到部分代替重油的作用。（2）用于碳素电极的生产，煤沥青中的碳石墨化程度相对较高，可以作为电极材料生产，也可以作为浸润剂和粘结剂使用，这方面产品种类多、涉及产品广，是煤沥青的主要用途。（3）涂料，主要经处理加工后，用于建筑物及管材防水涂料。环氧煤沥青涂料是其中应用最广的一种。（4）筑路及建筑材料，一般与石油沥青混合使用，煤沥青和石油沥青相比，有明显的质量差距和耐久性差距。煤沥青塑性差，温度稳定性差，冬季脆，夏季软化，老化快，而两者的混合沥青性能优于各自单独使用。此外，煤沥青有害物较多，其中不少对人体危害很大，经无害化处理之后再使用才会比较环保。（5）针状焦、活性炭、碳纤维等高附加值产品。煤沥青残炭值高，石墨化成分多，加工容易，而针状焦、碳纤维都是高端材料，附加值较高，以煤沥青为原料相当于变废为宝。（6）油毛毡等其他用途。
试验例为了测试本发明所得工业用导电材料（实施例5）的质量，对未焙烧以及经1000℃焙烧后的工业用导电材料的各指标进行了测定，结果如表1所示。
表1：本发明所得工业用导电材料质量指标
注：*在1000℃测得，其它数据在室温下测得。
由表1可以看出，本发明所得工业用导电材料强度高、电阻率低、具有良好的导热性。总之，本发明所得工业用导电材料质量较高。
本发明所得导电材料具有工艺控制精度高、强度高、电阻率低、良好的导热性、烧结性能好、优良的抗热震性和抗氧化性，制造工艺简单，生产成本较低。
最后应说明的是，实施例只是本发明最优的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工业用导电材料，其特征在于，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤4.5-6，煅后石油焦2-4，树脂改性沥青1.2-1.5，凹凸棒土0.03-0.06，二氧化钍0.03-0.12，中温煤沥青粉1.8-2.0。
2.如权利要求1所述的工业用导电材料，其特征在于，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤4.8-5.5，煅后石油焦2.4-3.6，树脂改性沥青1.26-1.44，凹凸棒土0.037-0.054，二氧化钍0.05-0.09，中温煤沥青粉1.86-1.93。
3.如权利要求1所述的工业用导电材料，其特征在于，取下述重量配比的主要原料制备而成：电煅无烟煤5.3，煅后石油焦3.3，树脂改性沥青1.32，凹凸棒土0.042，二氧化钍0.07，中温煤沥青粉1.89。
4.如权利要求1～3任一所述的工业用导电材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将电煅无烟煤破碎分级，其中粒度8～15mm的为一级颗粒料，粒度4～8mm的为二级颗粒料；
（2）将煅后石油焦筛分磨粉后分级，其中粒度2～4mm的为三级颗粒料，粒度0.5～2mm的为四级颗粒料；
（3）将凹凸棒土粉碎，研磨，分级，其中粒度0.2～0.5mm的为五级颗粒料，粒度0～0.2mm的为六级颗粒料；
（4）将二氧化钍粉碎，研磨，过200目筛，取质量分数为5-15%的六偏磷酸钠水溶液，加入研磨后的二氧化钍，六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2-5%，超声分散1小时，静置2小时，倾析，离心脱水后于120℃烘箱中干燥3小时，研磨，过180目筛，得二氧化钍粉；
（5）按照一级颗粒料—树脂改性沥青—二级颗粒料—三级颗粒料—四级颗粒料—五级颗粒料—中温煤沥青粉—二氧化钍粉—六级颗粒料的顺序依次加入封闭式混碾机中搅拌均匀，加料时间间隔为8～18min，加料完全后充分搅拌17～40min，混捏成型，混捏时间为55～90min。
5.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（4）取质量分数为8-12%的六偏磷酸钠水溶液（优选取质量分数为10%的六偏磷酸钠水溶液）。
6.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（4）六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的2.5-4%（优选六偏磷酸钠的用量为二氧化钍质量的3%）。
7.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（5）加料时间间隔为10～15min（优选加料时间间隔为13min）。
8.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（5）加料完全后充分搅拌20～35min（优选加料完全后充分搅拌30min）。
9.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（5）混捏时间为60～80min（优选混捏时间为70min）。
10.根据权利要求4所述的工业用导电材料的制作方法，其特征在于：步骤（5）在常温下成型，抽真空干燥提取易挥发溶剂。
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