CN105777051B - 一种适用于接地工程注浆用石油焦炭和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于接地工程注浆用石油焦炭，含有下述原料：A组分：200～500目的阳极碳块粉末，其为纯度96～99%的煅烧石油焦炭；B组分：150～300目鳞片石墨粉；C组分：聚阴离子纤维素（PAC）；D组分：氯化铜（CuC12）；E组分：硅酸钠Na2SiO3；其中，各原料占的重量份比例为：A组分：84.0～90.0 wt%；B组分：4.0～8.0 wt%；C组分：2.0～4.5 wt%；D组分：2.0～4.0 wt%；E组分：1.0～2.5 wt%。其解决了金属铝制造工业中废弃阳极碳块的回收利用问题，变废为宝，特别适用于做接地工程（尤其是电力系统接地工程）的低电阻率注浆浆料。

Description

一种适用于接地工程注浆用石油焦炭和制备方法
技术领域
本发明涉及一种接地网接地降阻工程用高导电性煅烧石油焦炭材料，尤其涉及在设计采用垂直接地体或接地深井的环境下，使用注浆工艺进行接地工程降阻施工时的煅烧石油焦炭材料。
背景技术
传统的接地工程降阻材料多采用石墨、膨润土或者醛类树脂等材料制作，亦有部分材料采用纯煅烧石油焦炭粉制作。这些接地降阻材料存在着下述缺点：1、本体电阻率高且不稳定：通常其干粉状态下的电阻率约为3.0～6.0Ω·m，滤水状态下的电阻率约为0.8～3.0Ω·m，并且随着含水量的变化其材料电阻率的变化较大，非常不稳定。就算采用纯煅烧石油焦炭粉制作制作的接地降阻材料，其干粉状态下的电阻率约为0.8～1.5Ω·m（视堆积密度而定），滤水状态下的电阻率约为0.25～0.55Ω·m（视吸水程度而定），并且同样不稳定。况且采用纯煅烧石油焦炭粉制作其产品成本很高，造成大量浪费。2、环境污染严重:传统材料因其组成成分中含有较多铅、镉、铬、汞、钴等有毒重金属和砷等有毒非金属的各种游离态离子，埋入地下（尤其是较深层岩土下）后，会对地下水源、土壤产生污染，引发环境污染问题。3、对金属腐蚀速度快: 组成成分中含有较多硫、氯离子和亚硝酸盐等游离电解质成分，因此其对接地金属材料的腐蚀较为严重，易加快接地网的失效，降低其使用寿命。4、工程成本高、降阻效率低: 因其材料组成和材料本身未经过科学的粒径配合，其堆积密度较小，气泡率和孔隙率非常大，当接地工程需使用垂直接地体或深井接地体时，会造成孔（井）内残存大量无法排出的空气，从而大大增加了材料间的连接电阻和接触电阻。为达到工程设计要求，就需要使用更多的垂直接地体或深井接地体，浪费大量的金属材料、降阻材料和施工费用，使工程成本大幅提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于接地工程注浆用的高导电性煅烧石油焦炭。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种适用于接地工程注浆用石油焦炭，含有下述原料：
A组分：200～500目的阳极碳块粉末，其为纯度96～99%的煅烧石油焦炭；
B组分：150～300目鳞片石墨粉；
C组分：聚阴离子纤维素（PAC）；D组分：氯化铜（CuC12）；E组分：硅酸钠Na2SiO3；
其中，各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0～90.0 wt%；B组分：4.0～8.0 wt%；C组分：2.0～4.5 wt%；D组分：2.0～4.0 wt%；E组分：1.0～2.5 wt%。
进一步地，优选的是，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：87.0wt%；B组分：6.0 wt%；C组分：3.0 wt%；D组分：2.5 wt%；以及，E组分：1.5 wt%。
进一步地，优选的是，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：90.0wt%；B组分：4.0 wt%；C组分：2.0 wt%；D组分：3.0wt%；以及，E组分：1.0wt%。
进一步地，优选的是，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0wt%；B组分：8.0 wt%；C组分：3.5 wt%；D组分：2.0 wt%；以及，E组分：2.5 wt%。
一种适用于接地工程注浆用石油焦炭的制备方法，所述石油焦炭含有下述原料：
A组分：200～500目的阳极碳块粉末，其为纯度96～99%的煅烧石油焦炭；
B组分：150～300目鳞片石墨粉；
C组分：聚阴离子纤维素（PAC）；D组分：氯化铜（CuC12）；E组分：硅酸钠Na2SiO3；
其中，各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0～90.0 wt%；B组分：4.0～8.0 wt%；C组分：2.0～4.5 wt%；D组分：2.0～4.0 wt%；E组分：1.0～2.5 wt%；
其中，该制备方法包括：
步骤一：将A组分、B组分和D组分加入搅拌设备均匀搅拌、混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉在450～650℃下进行GICs插层反应，制备出CuC12-GICs石墨层间化合物；
步骤二：将此石墨层间化合物粉碎至80～150目，制成基料G；
步骤三：添加100 wt%的基料G+C组分+E组分材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.5～1.5mm的球状颗粒，即得到本发明产品。
一种适用于接地工程注浆用石油焦炭的施工方法，包括：
将石油焦炭于搅拌机中按料：水=1：0.65的比例混合成泥浆，然后使用泥浆泵将泥浆注入接地孔内，经60～90分钟自然沉降、凝结后，将接地孔进行封孔回填。
本发明采取了上述方案以后，其解决了金属铝制造工业中废弃阳极碳块的回收利用问题，变废为宝，特别适用于做接地工程（尤其是电力系统接地工程）的低电阻率注浆浆料。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的方法、步骤来实现和获得。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体来说，本发明的目的是为了解决已有接地工程降阻材料存在的不足，提供了一种接地网接地降阻工程用高导电性煅烧石油焦炭材料，具有降阻效果稳定、长效，不污染地下水源和土壤且工程成本较低的特点，同时变废为宝，解决了金属铝制造工业中废弃阳极碳块的回收利用问题，为社会节约了大量财富。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明含有阳极碳块粉末（煅烧石油焦炭）、鳞片石墨粉、聚阴离子纤维素（PAC）、氯化铜（CuC12）、泡化碱（硅酸钠Na2SiO3）。
各组分之间的重量份比例为：
a、200～500目阳极碳块粉末（其成份为96～99%的煅烧石油焦炭）84.0～90.0wt%；
b、150～300目鳞片石墨粉4.0～8.0 wt%；
c、聚阴离子纤维素（PAC）2.0～4.5 wt%；
d、氯化铜（CuC12）2.0～4.0 wt%；
e、泡化碱（硅酸钠Na2SiO3）1.0～2.5 wt%。
上述组分配比之优选重量份比例是：
a、200～500目阳极碳块粉末87.0wt%；
b、150～300目鳞片石墨粉6.0 wt%；
c、聚阴离子纤维素（PAC）3.0 wt%；
d、氯化铜（CuC12）2.5 wt%；
e、泡化碱（硅酸钠Na2SiO3）1.5 wt%。
本发明的制备方法是：
先将（a+b+ d）材料加入搅拌设备均匀搅拌、混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉在450～650℃下进行GICs插层反应，制备出CuC12-GICs石墨层间化合物。而后将此石墨层间化合物粉碎至80～150目，制成基料G。随后再添加100 wt%（G+c+e）材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.5～1.5mm的球状颗粒，即得到本发明产品。
该材料在工程中按如下施工工艺流程实施：
将本材料于搅拌机中按料：水=1：0.65的比例混合成泥浆，然后使用泥浆泵将泥浆注入接地孔内，经60～90分钟自然沉降、凝结后，将接地孔进行封孔回填，则可降低垂直接地体或接地深井自然回填状态70%～90%的工频接地电阻。
本发明利用煅烧石油焦炭凝聚体的高电导特性，通过在熔盐法工艺过程中添加鳞片石墨粉、氯化铜的方法，使其构成GICs (石墨层间化合物)，以显著增强其电导率。而后通过在机械造粒过程中混入聚阴离子纤维素和泡化碱粉末的方法，进一步改善其物理性能，增强其电导率。通过添加鳞片石墨粉来改善其粒径分布和粒径配比，使其具有更大的比表面积和堆积密度，以便排除在注浆过程中产生的空气孔隙。通过添加聚阴离子纤维素以增强浆料的相溶性和稳定性，以及在各类极性恶劣环境下浆料耐酸碱盐的能力，并于颗粒表面形成更易构成联通格架的中间层。通过添加泡化碱粉以调节浆料的PH值，并使浆料颗粒更易吸附于土壤颗粒表面，减小过渡电阻和接触电阻。
本发明的配方组成，首次将电导率极高的CuC12-GICs (石墨层间化合物)引入到接地工程降阻材料体系，使其具备了全新的导电结构。本发明成功解决了采用注浆工艺施工的接地降阻工程，在施工过程中气泡率和孔隙率较高，接地电阻随材料含水率变化较大，接地电阻较不稳定的问题。
使用本发明所制造的接地降阻工程用高导电性煅烧石油焦炭材料，具有本体电阻率低（干粉状态≤80mΩ·m；滤水状态≤30mΩ·m），浆料堆积密度大（≥2.2g/cm3），降阻效率高（70～90%），使用寿命长（≥50年），耐腐蚀性能好，性能稳定，无毒无污染，耐气候特性及土壤适应性好，工程成本较低等特点。同时解决了金属铝制造工业中废弃阳极碳块的回收利用问题，为社会节约了大量财富。
其中，本发明所制备的高导电性煅烧石油焦炭与传统的配方体系的技术参数对比如下表：
下面结合三个实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限，只要不超出本发明的基本构思，均在本发明的保护范围之内。
实施例1：
一种适用于接地工程注浆用的高导电性煅烧石油焦炭。它是由下述原料按重量份制备而成a、200～500目阳极碳块粉末87.0wt%；b、150～300目鳞片石墨粉6.0 wt%；c、聚阴离子纤维素（PAC）3.0 wt%；d、氯化铜（CuC12）2.5 wt%；e、泡化碱（硅酸钠Na2SiO3）1.5 wt%。
按照以上组分及重量份数配料，先将（a+b+ d）材料加入搅拌设备均匀搅拌、混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉在450～650℃下进行GICs插层反应，制备出CuC12-GICs石墨层间化合物。而后将此石墨层间化合物粉碎至80～150目，制成基料G。随后再添加100 wt%（G+c+e）材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.5～1.5mm的球状颗粒，即得到本发明产品。
制备方法为常规工艺方法：按照上述组分，经过原料检测—粒度筛分—干粉搅拌机均匀搅拌—熔盐反应炉基料G制备—基料破碎—基料粒度筛分—干粉搅拌机混合搅拌—机械造粒—定量封装的配置。
实施例2：
一种适用于接地工程注浆用的高导电性煅烧石油焦炭。它是由下述原料按重量份制备而成a、200～500目阳极碳块粉末90.0wt%；b、150～300目鳞片石墨粉4.0wt%；c、聚阴离子纤维素（PAC）2.0 wt%；d、氯化铜（CuC12）3.0 wt%；e、泡化碱(硅酸钠Na2SiO3) 1.0 wt%。
其制备方法同实施例1。
实施例３：
一种适用于接地工程注浆用的高导电性煅烧石油焦炭。它是由下述原料按重量份制备而成a、200～500目阳极碳块粉末84.0wt%；b、150～300目鳞片石墨粉8.0 wt%；c、聚阴离子纤维素（PAC）3.5 wt%；d、氯化铜（CuC12）2.0 wt%；e、泡化碱(硅酸钠Na2SiO3) 2.5 wt%。
其制备方法同实施例1。
其中，本发明利用煅烧石油焦炭凝聚体的高电导特性，通过在熔盐法工艺过程中添加鳞片石墨粉、氯化铜的方法，使其构成不同阶结构的CuC12-GICs (Graphiteintercalation compounds；石墨层间化合物)，以显著增强其电导率。而后在机械造粒过程中混入聚阴离子纤维素和泡化碱粉末，以进一步改善其物理性能，增强其电导率。通过添加鳞片石墨粉来改善其粒径分布和粒径配比，使其具有更大的比表面积和堆积密度，以便排除在注浆过程中产生的空气孔隙。通过添加聚阴离子纤维素以增强浆料的相溶性和稳定性，以及在各类极性恶劣环境下浆料耐酸碱盐的能力，并于颗粒表面形成更易构成联通格架的中间层。通过添加泡化碱粉以调节浆料的PH值，并使浆料颗粒更易吸附于土壤颗粒表面，减小过渡电阻和接触电阻。本发明解决了金属铝制造工业中废弃阳极碳块的回收利用问题，变废为宝，特别适用于做接地工程（尤其是电力系统接地工程）的低电阻率注浆浆料。
需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (6)

1.一种适用于接地工程注浆用石油焦炭的制备方法，其特征在于，所述石油焦炭含有下述原料：
A组分：200～500目的阳极碳块粉末，其为纯度96～99%的煅烧石油焦炭；
B组分：150～300目鳞片石墨粉；
C组分：聚阴离子纤维素（PAC）；D组分：氯化铜（CuC12）；E组分：硅酸钠Na2SiO3；
其中，各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0～90.0 wt%；B组分：4.0～8.0 wt%；C组分：2.0～4.5 wt%；D组分：2.0～4.0wt%；E组分：1.0～2.5 wt%；
其中，该制备方法包括：
步骤一：将A组分、B组分和D组分加入搅拌设备均匀搅拌、混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉在450～650℃下进行GICs插层反应，制备出CuC12-GICs石墨层间化合物；
步骤二：将此石墨层间化合物粉碎至80～150目，制成基料G；
步骤三：添加100 wt%的基料G+C组分+E组分材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.5～1.5mm的球状颗粒。
2.一种适用于接地工程注浆用石油焦炭，基于权利要求1的方法所制备，其特征在于，含有下述原料：
A组分：200～500目的阳极碳块粉末，其为纯度96～99%的煅烧石油焦炭；
B组分：150～300目鳞片石墨粉；
C组分：聚阴离子纤维素（PAC）；D组分：氯化铜（CuC12）；E组分：硅酸钠Na2SiO3；
其中，各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0～90.0 wt%；B组分：4.0～8.0 wt%；C组分：2.0～4.5 wt%；D组分：2.0～4.0wt%；E组分：1.0～2.5 wt%。
3.根据权利要求2所述的适用于接地工程注浆用石油焦炭，其特征在于，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：87.0wt%；B组分：6.0 wt%；C组分：3.0 wt%；D组分：2.5 wt%；以及，E组分：1.5wt%。
4.根据权利要求2所述的适用于接地工程注浆用石油焦炭，其特征在于，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：90.0wt%；B组分：4.0 wt%；C组分：2.0 wt%；D组分：3.0wt%；以及，E组分：1.0wt%。
5.根据权利要求2所述的适用于接地工程注浆用石油焦炭，其特征在于，所述各原料占的重量份比例为：
A组分：84.0wt%；B组分：8.0 wt%；C组分：3.5 wt%；D组分：2.0 wt%；以及，E组分：2.5wt%。
6.一种适用于接地工程注浆用石油焦炭的施工方法，其特征在于，
将权利要求1所制备的石油焦炭于搅拌机中按料：水=1：0.65的比例混合成泥浆，然后使用泥浆泵将泥浆注入接地孔内，经60～90分钟自然沉降、凝结后，将接地孔进行封孔回填。
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