CN106894054A - 一种阳极炭块配料制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种阳极炭块配料制备工艺，其特征是：将温煅后石油焦冷却至与煤沥青粘结剂熔化粘结温度相匹配的温度时，直接进行后续工艺的制备加工，在煅后石油焦中，先行加入少量的粘结剂后，再进行挤压造型，制备出高密度骨料球，而后将高密度骨料球，导入到混捏配料装置中，与二次添加的粘结剂和填充配料进行均化混合，制备成混合配料，再将这些混合配料，通过称重和震动成型，制备出阳极生块。其优点是：缩短了配料制备工艺流程，减少了冷却输送等环节的能耗，不仅降低了制备配料成本，而且可以提高煅后高密骨料球的效率，保证阳极炭块的均质性，经过焙烧制备出来的阳极极炭块具有积密度高，气孔率底，抗氧化性能强，导电性能高的特点。

Description

一种阳极炭块配料制备工艺

技术领域：一种阳极炭块配料制备工艺主要应用与铝电解用预焙阳极炭块产品制备。

背景技术：铝电解槽用预焙阳极炭块主要由煅后石油焦和作为粘结剂的煤沥青混合制备焙烧而成。

现通用的阳极炭块配料制备工艺主要有两种。

一种是常规生产工艺是，先将石油焦煅烧冷却后至常温后，再经过机械输送破碎筛分，进入分级储料仓，然后在进行二次加温，与加热熔化后的煤沥青粘结剂进行混捏配料，再进入混合保温料仓，进行称重配料震动成型，做成阳极生快，在将阳极生快经过焙烧，制成焙铝电解槽用阳极炭块，简称熟块

该常规阳极炭块配料制备生产工艺，主要有以下几个缺点；

1、煅后石油焦出炉温度在1200℃左右，需冷却中至常温，才能进行机械破碎、机械输送和机械筛分，然后在进行二次加温至200℃左右，与熔化后的液态煤沥青粘结剂进行混合配料的温度，这种将煅后石油焦从高温冷却至常温，再加热至200℃左右与熔化煤沥青混捏配料相匹配的生产温度变化过程，不仅浪费热能和机械动力电耗，造成碳排放量的增加，污染环境，而且致使高温煅后石油焦在冷却和机械破碎输送过程中产生氧化反应，增加石油焦的灰分含量，降低其导电性能。

2、煅后石油焦的孔隙率较大，在与流态粘结剂煤沥青混合配料的过程中直接进行配料成型过程中粘结剂煤沥的用量比较大，约占15％左右，阳极炭块配料中的粘结剂煤沥用量较大，由于剂煤沥的在焙烧过程中结焦值和密度低与煅后石油焦，会造成阳极炭块的体密度及导电性能的降低。

另一种是将煅后石油焦压球后的阳极炭块配料制备工艺生产工艺。

将煅后石油焦压制成球应用于铝电解槽阳极生产，是美国大湖炭素公司在上世纪60年代，公布的一项专利技术(见《石油焦的处理方法》F.L.Shea，Jr.A.Heights，H.L.Hsu-《国外轻金属》-1965)。其技术方案是，将煅后石油焦煅烧冷却后，直接用压球机将煅后石油焦压制成球，而后将煅后石油焦球体作为骨料，添加应用在铝电解槽自焙阳极上，但随着自焙阳极铝电解槽生产工艺在的电解铝行业的退出，也未见相关的应用技术的报道，该技术也就终止。当今时代随着技术的进步，预焙铝电解槽已经成为电解铝产业的主要生产方式，但将煅后石油焦压球技术应用与预焙阳极生产的研究报道虽然很多，但一直未见其工业应用，该技术正处在研发探讨过程中。

限制煅后石油焦压球技术在预焙阳极炭块制备领域进行应用推广的主要技术缺陷有以下几点；

1、煅后石油焦的强度较高，颗粒材料的自身粘结结合性能较差，在压球过程中，没有粘结剂作为粘结介质，且压球成型的温度在常温状态下，需用大功率，能够产生极大的压强的压球机，才能将常温下的煅后石油焦压制成球，且产成球率较低，成本高。

2、该压球工艺虽然在一定的试验室条件下，能够压制出少量的煅后石油焦压球体，但在后续的配料成型和焙烧过程中，由于用高密度的压球体作为骨架颗粒与煤焦油粘结剂之间，由于的相互浸渗结合性能较差，很难制备出均质的合格炭块，在电解生产过程中易产生掉渣，局部开裂脱块现象，不能够满足电解铝生产工艺的需要。

本发明内容：为了克服上述现有阳极炭块配料制备工艺的缺陷，降底生产过程中的能耗损失，减少污染排放，减少煤沥青粘结剂的用量，以提高阳极炭块的体积密度，和增加阳极炭块的导电性能，提高高密度阳极产品的合格率，较低生产成本。本发明提供了一套新的阳极炭块生产工艺制备技术方案。

本发明一种阳极炭块配料制备工艺其技术方案是：

先将出炉后的高温煅后石油焦，冷却至180℃-200℃温度时，直接进行后续工艺的制备加工；在造粒压球前，先在煅后石油焦中，加入少量的煤沥青粘结剂，以增加石油焦的粘结性能，而后，再进行机械挤压造球，制备出含有粘结剂的高密度骨料球，其后，再将这些含有粘结剂的高密度骨料球，导入到混捏配料装置中，二次添加的煤沥青粘结剂，和煅后石油焦分填充粉料，进行配比及均化混合，制备成震动成型所需的阳极炭块生块混合配料，再将这些混合配料，通过称重配料，进行震动成型，制备出焙阳极生炭块，再经过焙烧工序，制成可以进行电解应用的预焙阳极炭块产品。

依据上述技术方案：将出炉后的温度在1200℃的高温煅后石油焦，先进行低温冷却，(不要降至常温60℃以下)，在煅后石油焦冷却至160℃～200℃温度左右时(高于软化点50℃-80℃)，直接进行后续工艺的制备加工，在温度180℃左右的工况条件下，先添加定量的煤沥青粘结剂，致使煅后石油通过吸附熔化流态的煤沥青粘结剂，增加其粘结浸渗性能后，再将含有粘结剂成分的煅后石油焦粉状颗粒混合物料，导入到螺旋混捏挤压机中，均匀的挤压导入到造粒成型挤压机械装置中，挤压制备出高密骨料球，而后，在将这些含有煤沥青粘结剂的高密度骨料球作为配料，加入到混捏锅或螺旋混捏机中，与煅后石油焦填充粉料，以及二次添加的煤沥青粘结剂进行均化混合，制备成阳极炭块生块混合配料，而后再将这些混合配料，输入的称重储料仓中，进行称重配料，通过震动成型机，制造生产出预焙阳极生炭块，再经过焙烧工序，制成可以进行工业应用的预焙阳极炭块。

依据上述技术方案：将出炉后的高温煅后石油焦，由出炉时的1200℃左右，先冷却装置中进行低温冷却，在冷却到200℃左右时，即与煤沥青粘结剂熔解温度相匹配的工况温度时，直接连续的进行后续配料制备工作。

依据上述技术方案：出炉后的高温煅后石油焦的粗颗粒、小颗粒及粉状混合料，不需降至常温，在其温度降至180-200℃时，直接套管螺旋给料机，导入输送入到破碎混料器中，并按总配料量≤12％的比例，先行加入定量的煤沥青粘结剂，使煅后石油焦与煤沥青粘结剂进行充分的搅拌破碎混合后，将其导入螺旋压力机中，在螺旋压力挤压机的出口设置挤压造粒或压球装置，同时利用煅后石油焦所增含的粘结性能，以及机械压力，在大于煤沥青粘结剂熔化温度的工况下，进行挤压造粒压球，制备成高密度骨料球。

依据上述技术方案：由于出炉后的高温煅后石油焦的温度降至180-200℃时，便可连续的进行后续工序的制备工作，此时，无论煅后石油焦材料和制备装置的温度，依然大于煤沥青粘结剂固化点的温度，可以将固体煤沥青粘结剂熔化，因此，在制备工艺中，可以添加固态的煤沥青粘结剂，亦可添加液态的煤沥青粘结剂。

依据上述技术方案：煅后石油焦煅出炉后，在由1200℃左右温度，向200℃左右温度的降温冷却及后置的生产过程中.在保证供料流通的状态下，采用密闭的输送装置以及密闭的制备工艺装置。

该工艺具有以下特点：

1、将煅后石油焦出炉温度由1200℃，直接降至与煤沥青粘结剂粘结软化点以上与粘结温度相匹配的工况温度时，直接进行后续工艺过程的生产，将后续生产过程的工况温度，控制在能够满足煤沥青粘结剂既能够实现熔化粘结功能能，又能够实现连续生产的温度范围内。其基本温度应≥150℃，以减少热散失或补充加热能耗。

2、阳极配料生产工艺装备系统生产过程中，在密闭的工艺状态下连续进行，以便减少工艺系统的热散失和烟气排放污染。

3、煤沥青粘结剂分两次加入到煅后石油焦中进行配料，一次在高密骨料球制备工序前，用于提高纯煅后石油焦的粘结结合性能，既要保证挤压成型高密骨料球的强度和密度有所提高，又要保证所制备出来的高密骨料球与后续工序添加二次添加粘结剂及填充配料之间的相互浸渗结合性能，以便制备焙烧出均质性强、密度高的合格阳极炭块；第二次添加的煤焦油粘结剂，主要用于高密骨料球与填充细颗粒料之间的粘结浸渗结合。

4、挤压成型后的高密骨料球中的粘结剂含量的比例，应小于整体炭块配料中粘结剂总含量的比例。

5、含有粘结剂的煅后石油焦在挤压制球时的工况温度应≥160℃，在此温度工况条件下，加之挤压力的作用，便于将含有剂成分的煅后石油焦挤压成型为高密骨料球。

本发明工艺的实质性特点是：在阳极炭块混捏配料制备过程中，其制备工况温度始终大于粘结剂熔化点的温度，在配料制备过程中分两次将粘结剂加入到煅后石油焦配料中，一次在压制高密度骨料球前，另一次在其后的混合配料中；且在配料制备过程中有两次压力成型工序，一次是在制备高密度骨料压球时，另一次是在阳极炭块震动成型时。

本发明技术方案的优点是：

1、由于将煅后石油焦降温至200℃左右时，直接连续的进行后续工艺的配料制备工作，不仅减少了煅后石油焦的二次加热能耗，而且可以缩短了工艺流程，减少了冷却输送等环节的能耗。

2、将含有煤沥青粘结剂分的高密骨料球作为骨料，加入到后续工序配料装置中，与煅后石油焦中和煤沥青粘结剂进行二次配料，由于高密骨料球中含有粘结剂成分，便于和后续填充配料中的粘结剂产生互为粘结吸附的共渗效应，可保证阳极炭块的均质性，提高产品的合格率。

3，由于煅后石油焦中由于含有粘结剂成分，且在煤沥青粘结剂熔化点温度以上的工况条件下进行造粒压球，这样可以提高煅后高密骨料球的挤压制备效率。

4、采用本发明技术方案生产出来的阳极炭块最终产品，具有煤沥青粘结剂总体含量低，体积密度高，气孔率底，抗氧化性能强，比电阻值低，导电性能高，均质性好等优点，且制造成本低等优点。

5、由于本制备工艺是在煅后石油焦的温度在降至煤沥青粘结剂固化点以上温度后，直接连续的完成后续的制备工作，与现有技术相比，不仅可以减少物料冷却后二次升温加热的能耗，而且可以降低物料的输送和破碎过程中的能耗。

具体实施方式：本发明一种阳极炭块配料制备工艺的基本工艺流程是：

本发明一种阳极炭块配料制备工艺的主要工艺流程是：

工序1、在密闭的煅后石油焦冷却装置内，将出炉后高温在1200℃左右的各种不同粒度的煅后石油焦混合料，直接通过降温冷却装置，将其温度快速降温至160℃-200℃，平均温度在180℃

工序2、将温度降至180℃左右的各种粒度的煅后石油焦，加入至均料混捏装置内，在其温度180℃左右的工况条件下，加入定量的煤沥青粘结剂，使之与上道工序2导入的段后石油焦细颗粒粉料，进行充分的混合，产生粘结吸附效应，而后将含有煤沥青粘结剂的煅后石油焦均质混合料，导入到螺旋压力挤压机中。

工序4、在螺旋压力挤压机中，将温度≥160℃的均质混合料，进行挤压均质密实，并在螺旋压力挤压机的下端出口，设置挤压造粒压球装置，使得含有煤沥青粘结剂的煅后石油焦混合料，经过挤压造粒压球装置的压力作用，制备出高密骨料球，并将这些高密骨料球导入到下道配料工序中装置中。

工序5、对高密骨料球，进行筛分分类处理，，一部分根据生产配料需求量，直接连续的导入到二次混合配料装置中，一部分多余的高密骨料球导入生产储备料仓中。

连续导入到二次混合配料装置(即混捏锅内或螺旋混捏机)的高密骨料球，此时，依然保持着≥160℃温度的状态，在混合配料装置中，再按配比加入煅后石油焦细颗粒填充料粉，并二次加入的煤焦油粘结剂，进行均料混合，制备成能够满足震动成型所需的阳极炭块混合配料。

工序6、将二次混合配料制备出的阳极炭块混合配料，导入到配料储备仓内备用，尔后按所需的重量进行称重，将混合配料导入到震动成型料箱内，进行震动成型，制备成阳极炭块生块，进行冷却后，在进入焙烧工序，完成阳极炭块制备工艺。

上述实施例技术方案说明：

1、高密骨料球中粘结剂含量的比例≤整体阳极炭块配料中粘结剂含量的比例。其阳极炭块配料中粘结剂的总体含量≤13％

2、高密骨料球的体积密度≥整体阳极炭块的体积密度。

3、高密骨料球挤压成型时的温度≥160℃，高于粘结剂的熔化点的温度，以便粘结剂发挥其粘结功能。

4、上述工序4中，在螺旋压力挤压机下端出口设置的挤压造粒压球装置，其挤压造粒压球装置，可以设置成封盖孔盘式，亦可设置成震荡击打式，颚板对压式，或对辊压力机式。

5、高密骨料球的颗粒形状可以是圆柱形、球形、椭圆球形或矩形。

6、上述技术方案中所述的粘结剂，可以是煤焦油粘结剂，亦可是树脂粘结剂，或进行改性调配勾兑，以便获取更佳的粘结性能或较高的结焦值。

7、上述工序1所述的煅后石油焦，在由1200℃左右向低温180℃左右冷却过程中所释放的热能可以二次利用。

8、在配料制备过程中所添加的煤沥青粘结剂，可以直接添加固体煤沥青粘结剂，亦可添加熔化后的煤沥青粘结剂，由于工况温度≥160℃，固体煤沥青粘结剂添可在混合配料过程中进行熔解软化变成流体液态，实现其粘结功能。

Claims (4)

1.一种阳极炭块配料制备工艺，其特征是：将出炉后的高温煅后石油焦，冷却至煤沥青粘结剂软化点以上与粘结温度相匹配的温度时，便直接进行后续工序的制备加工，其后续工序的工况温度也控制在粘结剂大于软化点温度50℃～80℃以上，在阳极炭块配料混捏制备工艺过程中，分两次煤沥青将粘结剂加入到煅后石油焦配料中，一次在压制高密度骨料球前，另一次在压制高密度骨料球后的混合配料中；且在配料制备过程中有两次压力成型工序，一次是在制备高密度骨料压球时，另一次是在阳极炭块震动成型时。

2.依据权利要求1所述的一种阳极炭块配料制备工艺，其特征是：将出炉后的高温煅后石油焦，冷却至煤沥青粘结剂熔点以上的温度时，直接进行制备加工，在煅后石油焦中制备造粒压球前，先行加入定量的煤沥青粘结剂与煅后石油焦混合，致使煅后石油焦增加粘结性能后，再在温度≥160℃的工艺条件下，对含有煤沥青粘结剂的煅后石油焦颗粒实施机械挤压造型，制备出含有粘结剂的高密度骨料球，而后，在将这些含有粘结剂的高密度骨料球，导入到混捏配料设备中，与二次添加的煤沥青粘结剂和煅后石油焦填充料粉料进行均化混合，制备成阳极炭块混合配料，而后，再将这些混合配料，通过称重配料和震动成型，制备出生阳极炭块。

3.依据权利要求1所述的一种阳极炭块配料制备工艺，其特征是：阳极炭块配料制备的工艺流程是：

工序1、在密闭的煅后石油焦冷却装置内，将出炉后高温在1200℃左右的各种不同粒度的煅后石油焦混合料，直接通过降温冷却装置，将其温度快速降温至160℃-200℃，平均温度在180℃

工序2、将温度降至180℃左右的各种粒度的煅后石油焦，加入至均料混捏装置内，在其温度180℃左右的工况条件下，加入定量的煤沥青粘结剂，使之与上道工序2导入的段后石油焦细颗粒粉料，进行充分的混合，产生粘结吸附效应，而后将含有煤沥青粘结剂的煅后石油焦均质混合料，导入到螺旋压力挤压机中。

工序4、在螺旋压力挤压机中，将温度≥160℃的均质混合料，进行挤压均质密实，并在螺旋压力挤压机的下端出口，设置挤压造粒压球装置，使得含有煤沥青粘结剂的煅后石油焦混合料，经过挤压造粒压球装置的压力作用，制备出高密骨料球，并将这些高密骨料球导入到下道配料工序中装置中。

工序5、对高密骨料球，进行筛分分类处理，，一部分根据生产配料需求量，直接连续的导入到二次混合配料装置中，一部分多余的高密骨料球导入生产储备料仓中。

连续导入到二次混合配料装置(即混捏锅内或螺旋混捏机)的高密骨料球，此时，依然保持着≥160℃温度的状态，在混合配料装置中，再按配比加入煅后石油焦细颗粒填充料粉，并二次加入的煤焦油粘结剂，进行均料混合，制备成能够满足震动成型所需的阳极炭块混合配料。

工序6、将二次混合配料制备出的阳极炭块混合配料，导入到配料储备仓内备用，尔后，按所需的重量进行称重，将混合配料导入到震动成型料箱内，进行震动成型，制备成阳极炭块生块。

4.依据权利要求1所述的一种阳极炭块配料制备工艺，其特征是：在配料制备过程中所添加的煤沥青粘结剂，可以直接添加固体煤沥青粘结剂，亦可添加熔化后的煤沥青粘结剂，由于工况温度≥160℃，固体煤沥青粘结剂添可在混合配料过程中进行熔解转变成液态，实现其粘结功能。