CN111302753A - 一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，选择一种成本低、粘性大、无毒无气味、绿色环保的粘结剂来代替煤沥青，将炭素固废经过破碎筛分、提纯、搅拌混捏、压型、烘干冷却包装一系列工序，经过锁水的步骤，使得炭素固废成型便利、韧性好、强度高。

Description

一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺。
背景技术
传统的增碳剂是以人造石墨、煅烧石油焦、石墨化石油焦、天然石墨、焦炭、无烟煤等为原料进行简单的破碎筛分加工而成，而这些原料做为矿产资源，面临着资源日益枯竭的威胁，优质的无烟煤等矿产已经日渐稀少；另外，在传统的制备过程中煤沥青在使用过程中需要加热融化，造成成本增加，同时还会产生大量的有害物质，造成环境污染；同时，随着工业的发展，废弃炭素制品量呈迅猛增加的势头，造成巨大的环境污染和资源浪费，因此，将废弃的碳素制品进行再开发利用具有重要的经济价值和环保意义。目前国内外关于增碳剂的各种研究，多以增碳工艺为主，研究已有的几种增碳剂的增碳工艺实验。对于新的增碳剂产品的开发，增碳材质的选择、制备，以及影响增碳效果因素的研究较少，对增碳剂本身特性的研究也不够深入。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种强度高、韧性好、成型性好的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：
一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，步骤如下：
S1、破碎分筛：将碳素固废原料进行破碎分筛；
S2、提纯：将原料进行提纯净化，提升原料品质；
S3、搅拌混捏：将提纯后的原料与粘结剂进行混合后送入混捏机进行搅拌混捏，得到糊料；所述原料与粘结剂的质量比为5:1；所述粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶20至30份、聚阴离子纤维素15至25份、六方氮化硼5至8份、玻璃纤维3至5份；
S4、锁水：将亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:1～4:3进行混合加入水中，静置5至10min后，将亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌；
S5、压型：将混捏搅拌均匀的糊料利用传送带传入成型机，挤压成型或振动成型，按照实际需求可压制成不同尺寸的球形、砖形、圆柱形；
S6、烘干冷却包装：将成型的产品外边面进行涂刷树脂表面层，然后导入烘干机中进行烘干；将烘干的产品在干燥环境下自然冷却；将冷却的产品称量装包。
进一步，所述步骤S2中提纯包括如下步骤：S21、包括磁选提纯：将破碎筛分后的原料通过粉矿强磁干式磁选装置，将其中的磁性金属杂质去除，提升原料品质；S22、比重分选提纯：将上一步骤提纯过的原料经过比重筛选提纯装置，利用原料和杂质比重不同的原理将其中不同比重的碳化硅、石子杂质去除，进一步提升原料品质；S23、颜色分选提纯：将上一步骤提纯过的原料通过色选提纯设备，根据颜色差异将杂质进一步去除，再一次提升原料品质。
进一步，所述步骤S3中粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶25份、聚阴离子纤维素120份、六方氮化硼6份、玻璃纤维4份。
进一步，所述步骤S3中搅拌混捏的时间为30至40min。
进一步，所述步骤S3中硅溶胶液体的浓度为30至40％。
进一步，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:2进行混合加入水中，静置8min。
进一步，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝均为短纤维丝，长度为0.8至1.2cm。
进一步，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌的时间为5至10min；搅拌转速为30至40r/min。
进一步，所述步骤S5中烘干温度为180至220摄氏度；所述烘干时间为2至4h。
本发明的有益效果
1.本发明在步骤S4中增设了锁水步骤，因为在步骤S3的粘结剂中加入了增加表面积的六方氮化硼以及增加强度的玻璃纤维，进而使得粘结剂的锁水性能极大的削弱了，如此在原料与粘结剂进行充分搅拌得到糊料时，使得糊料中的水分流失很快，进而使得整个糊料更加容易硬化，进而使得步骤S5中的压型受阻、效率低下，而步骤3中利用亚麻纤维丝和竹纤维丝的吸湿性能够将水分进行封锁于糊料上，提高了糊料的软化性能，如此使得后续步骤S5的压型能够高效顺利的进行，另外加入的亚麻纤维丝和竹纤维丝可以在糊料中形成断断续续的网体结构，配合六面网体叠加晶体结构的六方氮化硼，形成交错的网络体系，使得粘结剂与糊料的粘结的更加稳固，提高了本发明的结构强度，所以本发明的亚麻纤维丝和竹纤维丝不仅仅能够提高整个糊料的锁水能力，而且增加了本发明的结构强度，同时利用亚麻纤维丝的韧性好的特点增加了本发明的韧性。
2.本发明开发了粘结剂，通过粘结剂中的硅溶胶液体、瓜尔胶、聚阴离子纤维素进行有机和无机的融合，极大提升了粘结剂的水溶性和粘黏性；同时在粘结剂中加入了少量的六方氮化硼以及玻璃纤维，六方氮化硼呈六面网体叠加的晶体结构，极大地拓展了粘结剂的接触面积，再通过玻璃纤维可以增加整个糊料的强度。
3.本发明自主调配出一种成本低、粘性大、无毒无气味、绿色环保的粘结剂来代替煤沥青，该粘结剂不会增加产品中的有害杂质，不增加硫含量、氮含量，还能保证成品的机械强度，使用时无需加热。而煤沥青在使用过程中需要加热融化，造成成本增加，同时还会产生大量的有害物质，造成环境污染。
具体实施方式
下面对本发明内容作进一步详细说明。
实施例1
一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，步骤如下：
S1、破碎分筛：将碳素固废原料进行破碎分筛。
S2、提纯：将原料进行提纯净化，提升原料品质；提纯包括如下步骤：S21、包括磁选提纯：将破碎筛分后的原料通过粉矿强磁干式磁选装置，将其中的磁性金属杂质去除，提升原料品质；S22、比重分选提纯：将上一步骤提纯过的原料经过比重筛选提纯装置，利用原料和杂质比重不同的原理将其中不同比重的碳化硅、石子杂质去除，进一步提升原料品质；S23、颜色分选提纯：将上一步骤提纯过的原料通过色选提纯设备，根据颜色差异将杂质进一步去除，再一次提升原料品质。
S3、搅拌混捏：将提纯后的原料与粘结剂进行混合后送入混捏机进行搅拌混捏，得到糊料；搅拌混捏的时间为30 min；所述原料与粘结剂的质量比为5:1；所述粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶20份、聚阴离子纤维素15份、六方氮化硼5份、玻璃纤维3份；硅溶胶液体的浓度为30％。
S4、锁水：将亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:1进行混合加入水中，静置5min后，将亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌；搅拌转速为30r/min；亚麻纤维丝和竹纤维丝均为短纤维丝，长度为0.8cm；亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌的时间为5min；亚麻纤维丝和竹纤维丝的总质量与糊料质量比为1:50。
S5、压型：将混捏搅拌均匀的糊料利用传送带传入成型机，挤压成型或振动成型，按照实际需求可压制成不同尺寸的球形、砖形、圆柱形；烘干温度为180摄氏度；所述烘干时间为2。
S6、烘干冷却包装：将成型的产品外边面进行涂刷树脂表面层，然后导入烘干机中进行烘干；将烘干的产品在干燥环境下自然冷却；将冷却的产品称量装包。
实施例2
S1、破碎分筛：将碳素固废原料进行破碎分筛。
S2、提纯：将原料进行提纯净化，提升原料品质；提纯包括如下步骤：S21、包括磁选提纯：将破碎筛分后的原料通过粉矿强磁干式磁选装置，将其中的磁性金属杂质去除，提升原料品质；S22、比重分选提纯：将上一步骤提纯过的原料经过比重筛选提纯装置，利用原料和杂质比重不同的原理将其中不同比重的碳化硅、石子杂质去除，进一步提升原料品质；S23、颜色分选提纯：将上一步骤提纯过的原料通过色选提纯设备，根据颜色差异将杂质进一步去除，再一次提升原料品质。
S3、搅拌混捏：将提纯后的原料与粘结剂进行混合后送入混捏机进行搅拌混捏，得到糊料；搅拌混捏的时间为35min；所述原料与粘结剂的质量比为5:1；粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶25份、聚阴离子纤维素120份、六方氮化硼6份、玻璃纤维4份；硅溶胶液体的浓度为35％。
S4、锁水：将亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:2进行混合加入水中，静置8min后，将亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌；搅拌转速为35r/min；亚麻纤维丝和竹纤维丝均为短纤维丝，长度为1.0cm；亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌的时间为8min。亚麻纤维丝和竹纤维丝的总质量与糊料质量比为1:70。
S5、压型：将混捏搅拌均匀的糊料利用传送带传入成型机，挤压成型或振动成型，按照实际需求可压制成不同尺寸的球形、砖形、圆柱形；烘干温度为200摄氏度；所述烘干时间为3h。
S6、烘干冷却包装：将成型的产品外边面进行涂刷树脂表面层，然后导入烘干机中进行烘干；将烘干的产品在干燥环境下自然冷却；将冷却的产品称量装包。
实施例3
S1、破碎分筛：将碳素固废原料进行破碎分筛。
S2、提纯：将原料进行提纯净化，提升原料品质；提纯包括如下步骤：S21、包括磁选提纯：将破碎筛分后的原料通过粉矿强磁干式磁选装置，将其中的磁性金属杂质去除，提升原料品质；S22、比重分选提纯：将上一步骤提纯过的原料经过比重筛选提纯装置，利用原料和杂质比重不同的原理将其中不同比重的碳化硅、石子杂质去除，进一步提升原料品质；S23、颜色分选提纯：将上一步骤提纯过的原料通过色选提纯设备，根据颜色差异将杂质进一步去除，再一次提升原料品质。
S3、搅拌混捏：将提纯后的原料与粘结剂进行混合后送入混捏机进行搅拌混捏，得到糊料；搅拌混捏的时间为40min；所述原料与粘结剂的质量比为5:1；所述粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶30份、聚阴离子纤维素25份、六方氮化硼8份、玻璃纤维5份；硅溶胶液体的浓度为40％。
S4、锁水：将亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:3进行混合加入水中，静置10min后，将亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌；搅拌转速为40r/min；亚麻纤维丝和竹纤维丝均为短纤维丝，长度为1.2cm；亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌的时间为10min。亚麻纤维丝和竹纤维丝的总质量与糊料质量比为1:100。
S5、压型：将混捏搅拌均匀的糊料利用传送带传入成型机，挤压成型或振动成型，按照实际需求可压制成不同尺寸的球形、砖形、圆柱形；烘干温度为220摄氏度；所述烘干时间为4h。
S6、烘干冷却包装：将成型的产品外边面进行涂刷树脂表面层，然后导入烘干机中进行烘干；将烘干的产品在干燥环境下自然冷却；将冷却的产品称量装包。
本发明的碳素固废原料包括用过的石墨电极残留物、废弃高纯石墨异形件、预焙阳极在铝厂电解槽使用后的残余部分、炭素厂家在生产时布袋除尘器收集的粉尘；所述用过的石墨电极残留物的破碎粒径为0～5mm和5～15mm，在产品中作为骨料，可以增加产品的机械强度、导电性和热稳定性；所述废弃高纯石墨异形件破碎粒径为0～2mm，在产品中作为骨料，因其碳含量高，可以用来调节产品的碳含量；所述预焙阳极在铝厂电解槽使用后的残余部分破碎粒径为0～5mm和5～15mm，在产品中作为骨料，可以增加产品机械强度。炭素厂家在生产时布袋除尘器收集的粉尘，无需经过破碎，通常回收的粉尘粒度为150目以细，用来填充大颗粒的间隙，减少孔隙率，增加产品机械强度。
本发明的结构强度和韧性测试如下表。
实施例 抗压强度MPa 抗折强度MPa
实施例1 57.3 8.6
实施例2 60.5 8.9
实施例3 59.1 8.5
从上述实验数据可知本发明可全面提升结构强度和韧性，同时变废为宝。
本发明在步骤S4中增设了锁水步骤，因为在步骤S3的粘结剂中加入了增加表面积的六方氮化硼以及增加强度的玻璃纤维，进而使得粘结剂的锁水性能极大的削弱了，如此在原料与粘结剂进行充分搅拌得到糊料时，使得糊料中的水分流失很快，进而使得整个糊料更加容易硬化，进而使得步骤S5中的压型受阻、效率低下，而步骤3中利用亚麻纤维丝和竹纤维丝的吸湿性能够将水分进行封锁于糊料上，提高了糊料的软化性能，如此使得后续步骤S5的压型能够高效顺利的进行，另外加入的亚麻纤维丝和竹纤维丝可以在糊料中形成断断续续的网体结构，配合六面网体叠加晶体结构的六方氮化硼，形成交错的网络体系，使得粘结剂与糊料的粘结的更加稳固，提高了本发明的结构强度，所以本发明的亚麻纤维丝和竹纤维丝不仅仅能够提高整个糊料的锁水能力，而且增加了本发明的结构强度，同时利用亚麻纤维丝的韧性好的特点增加了本发明的韧性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，步骤如下：
S1、破碎分筛：将碳素固废原料进行破碎分筛；
S2、提纯：将原料进行提纯净化，提升原料品质；
S3、搅拌混捏：将提纯后的原料与粘结剂进行混合后送入混捏机进行搅拌混捏，得到糊料；所述原料与粘结剂的质量比为5:1；所述粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶20至30份、聚阴离子纤维素15至25份、六方氮化硼5至8份、玻璃纤维3至5份；
S4、锁水：将亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:1～4:3进行混合加入水中，静置5至10min后，将亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌；
S5、压型：将混捏搅拌均匀的糊料利用传送带传入成型机，挤压成型或振动成型，按照实际需求可压制成不同尺寸的球形、砖形、圆柱形；
S6、烘干冷却包装：将成型的产品外边面进行涂刷树脂表面层，然后导入烘干机中进行烘干；将烘干的产品在干燥环境下自然冷却；将冷却的产品称量装包。
2.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中提纯包括如下步骤：S21、包括磁选提纯：将破碎筛分后的原料通过粉矿强磁干式磁选装置，将其中的磁性金属杂质去除，提升原料品质；S22、比重分选提纯：将上一步骤提纯过的原料经过比重筛选提纯装置，利用原料和杂质比重不同的原理将其中不同比重的碳化硅、石子杂质去除，进一步提升原料品质；S23、颜色分选提纯：将上一步骤提纯过的原料通过色选提纯设备，根据颜色差异将杂质进一步去除，再一次提升原料品质。
3.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中粘结剂包括组分以及重量份为：硅溶胶液体100份、瓜尔胶25份、聚阴离子纤维素120份、六方氮化硼6份、玻璃纤维4份。
4.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中搅拌混捏的时间为30至40min。
5.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中硅溶胶液体的浓度为30至40％。
6.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝按照质量比为4:2进行混合加入水中，静置8min。
7.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝均为短纤维丝，长度为0.8至1.2cm。
8.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中亚麻纤维丝和竹纤维丝取出后放入步骤S3中的糊料中搅拌的时间为5至10min；搅拌转速为30至40r/min。
9.根据权利要求1所述的碳素固废材料制备新型增碳剂的生产工艺，其特征在于，所述步骤S5中烘干温度为180至220摄氏度；所述烘干时间为2至4h。
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