CN115057438A - 一种连续高温石墨化及提纯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨制造技术领域，并公开了一种连续高温石墨化及提纯的方法，通过石墨化炉实现对石墨提纯，通过冷却石墨罐内的低温石墨对提纯后的高温石墨热量进行稀释，实现石墨温度降低到1000°以下，以达到进入到废热锅炉内的温度，再通过废热锅炉实现余热转化，转化的能量反馈到石墨生产过程，而经废热锅炉后的石墨一部分作为产品，去收集包装，另一部分进入到冷却石墨罐内，循环使用。本方法通过低温石墨对高温石墨热量稀释的方式快速降低石墨提纯后的温度，再经过缓冲罐和废热锅炉实现对余热温度转化利用，实现石墨提纯中快速降温和能量转化的一体化连续生产过程。
Description
技术领域
本发明涉及石墨制造技术领域，尤其涉及一种连续高温石墨化及提纯的方法。
背景技术
炭-石墨材料具有优良的化学稳定性、力学性能和导电导热性能，在电工电子、机械、化工、冶金、核能、军工、航空航天等领域有着广泛的应用，在一些尖端领域占有重要的地位。炭－石墨材料在家用电器、医疗器材等领域也有广泛的应用。太阳能产业对特种石墨材料的需求颇为旺盛；核用石墨材料的研究开发与生产日益迫切；电动汽车的兴起也大大带动了锂离子电池等动力电池用炭材料及高性能添加剂的发展；高性能电极、电刷、高速铁路导电滑块、炭块等传统炭材料也随着人们对高性能产品的开发仍在继续研发和生产；不管是大规格的各向同性石墨，还是小规格的电刷、导电滑块，甚至是锂离子电池负极材料等一系列的炭-石墨制品，石墨化都是其工业生产过程的一个关键技术环节。
石墨化工艺按照加热方式可分为直接法和间接法，按照运行方式可分为间歇式和半连续式；间歇石墨化是指生产过程中不连续的石墨化工艺，其特点是石墨化过程中物料装炉后不移动，经过升温、石墨化、降温等过程后断电出炉，半连续式（内串式石墨化）工艺与艾奇逊石墨化工艺的主要区别是产品加热直接通过电极本身，而不需电阻材料发热；由于内串式石墨化工艺没有填充料，因而可以减少热量的带出。但上述两种方式均存在一系列问题，具体为：间歇式以间歇的方式生产石墨，耗电3000度/吨左右，严重浪费能源、设备效率极低、产品质量不稳定、劳动强度大、污染严重、工人普遍患有矽肺、投资大。半连续（内串炉）：以半连续的方式生产石墨，耗电较间歇略有减少，浪费能源、设备效率低、劳动强度中等、污染严重、工人普遍患有矽肺、自动化程度低、投资大，并且两者均存在高温的石墨无法快速降温，往往通过自然冷却会需要15-30天，设备使用率降低，延长生产时间；
综上所述，现有高温石墨提纯技术中的生产方式存在成本高、劳动强度大、（自动化程度低）、环保差的问题，为此现提出一种连续高温石墨化及提纯的方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有石墨化生产中存在的一系列问题，而提出的一种连续高温石墨化及提纯的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种连续高温石墨化及提纯的方法，包括以下步骤：
S1、进料：将炭质原料按比例进行充分混合后加入到进料罐中；
S2、石墨化处理：位于进料罐内的炭质原料会从进料罐的下部进入到石墨化炉内，在石墨化炉的2200-3200℃的高温下，位于石墨化炉内的炭质原料会发生石墨化；
S3、稀释降温处理：将石墨化炉内的2200-3200℃石墨输送到混合器内，并与来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨进行混合，通过来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨对2200-3200℃石墨热量进行稀释，经过混合器混合后，位于混合器内的2200-3200℃石墨热量被稀释，温度降到1000℃以下，实现热量稀释后的石墨温度达到进入之后工序中废热锅炉内的条件；
S4、余热利用处理：将热量稀释后，将温度达到1000℃以下的石墨经缓冲罐进入到废热锅炉内，通过废热锅炉将石墨的热量转化成电能或机械能中的至少一种，实现石墨的热量转化后利用，利用的能量反馈到整个系统中，经过废热锅炉的能量转化可将1000℃以下的石墨温度降低到100℃以下；
S5、出料：废热锅炉出来的100℃以下石墨分成两部分，一部分输送到冷却石墨罐内用以对S3中2200-3200℃石墨热量进行稀释，另一部分直接输出，得到石墨产品。
优选地，所述S2中在炭质原料进行石墨化过程中会产生大量杂质气体，杂质气体通过气体回收管道进行收集处理。
优选地，所述S4中废热锅炉对1000℃以下的石墨的热量进行利用，产生水蒸气可驱动蒸汽发电机进行发电。
优选地，所述S5中，从废热锅炉出来且被输送到冷却石墨罐内的石墨比例能进行调控，以保证位于冷却石墨罐内的100℃以下石墨在与2200-3200℃石墨混合后，2200-3200℃石墨温度快速的降低到温度1000℃以下，实现快速有效的对2200-3200℃石墨热量稀释。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、本方法通过将经石墨废热利用后的部分低温石墨对刚经石墨化炉生成的高温石墨的热量进行稀释，经过混合器混合后，位于混合器内的高温石墨温度降低到温度1000℃以下，实现降温后的石墨温度达到进入之后工序中废热锅炉内的条件，进而保证石墨提纯的连续生产，采用低温石墨对高温石墨热量的稀释降温处理，其相比现有技术中自然冷却等方式大大加快其冷却速度，进而加快生产过程；
2、混合后的石墨温度降低到能直接作用在废热锅炉处的温度，进而通过废热锅炉对温度的利用产生电源等反馈到整个生产过程中，降低电资源的损耗，节省能源；通过热量中和的方式可保证石墨提纯质量；混合后的石墨温度降低到能直接作用在废热锅炉处的温度，进而通过废热锅炉对温度的利用产生电源等反馈到整个生产过程中，这样可对石墨生产过程中的热量进行利用，该利用的热量可反馈到石墨生产的工序中，进而避免能源浪费，节省能量资源；
3、本方法通过连续式生产，相比现有的间歇式和半连续式生产，大大降低电的损耗和劳动程度，具体的连续式生产不会出现预启动预热等过多电能源和热能损耗，而加工过程中是通过机械件的转移，无需人工转移和操作等，其不仅节省能源，其次还可以节省劳动力；
4、本方法通过进料罐、石墨化炉、混合器、缓冲罐和废热锅炉以及冷却石墨罐的设备连贯生产，减少投资成本；且在该连续生产过程中都是出于较为封闭的环境中进行，同时生产是连续的无需生产中物质转移，减少环境污染和避免工人矽肺的发生；
综上所述，本方法通过冷却石墨罐内的低温石墨对石墨化炉生成的高温石墨热量进行稀释，实现石墨温度降低到1000°以下，以达到进入到废热锅炉内的温度，进而通过废热锅炉实现余热转化，转化的能量反馈到石墨生产过程，整个过程连续化生产，降低劳动强度，同时通过余热能量转化和连续生产，大大降低生产成本，且该过程还可起到环保的效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种连续高温石墨化及提纯的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1流程示意图，一种连续高温石墨化及提纯的方法，包括以下步骤：
S1、进料：将炭质原料按一定的比例进行充分混合后加入到进料罐中，其混合是保证原料可被充分利用，而该过程中原料混合可在进料罐内实现也可在进料罐外实现；
S2、石墨化处理：位于进料罐内的炭质原料会从进料罐的下部进入到石墨化炉内，该过程是将石墨原料从进料罐内转移到石墨化炉内，转移过程中，石墨化炉与进料罐的连通口是可控的，这样保证石墨原料在石墨化炉内被充分利用，在石墨化炉的2200-3200℃的高温下，位于石墨化炉内的炭质原料会发生石墨化，即可生成99.9999%纯度的石墨；具体是因为：炭质原料在高温下进行石墨化过程中，杂质会变成杂质气体，其中杂质是石墨表面上的金属盐类，在高温作用下，石墨表面上的金属盐类会气化变成杂质气体，进而保证石墨的纯度，所述S2中在炭质原料进行石墨化过程中会产生大量杂质气体，杂质气体通过气体回收管道进行收集处理，即在该温度下，石墨原料可转化成石墨，而杂质在高温下变成杂质气体，提高石墨的纯度，而经试验验证，在该温度下，石墨的纯度可达到99.9999%。
S3、稀释降温处理：将石墨化炉内的2200-3200℃石墨输送到混合器内，并与来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨进行混合，本发明中，采用了生产后的低温石墨对高温石墨热量进行稀释，实现温度快速降低到1000°以下，其降温方式相比现有的风冷具有明显改进和加快冷却的优势，且该降温方式的原料可采用生产后的石墨原料，无需额外原料，节能环保，通过来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨对2200-3200℃石墨温度进行降温，经过混合器混合后，位于混合器内的2200-3200℃石墨温度降低到1000℃以下，实现降温后的石墨温度达到进入之后工序中废热锅炉内的条件，这样通过低温石墨对高温石墨热量的稀释，快速降低温度，进而方便被稀释后的石墨进入到废热锅炉内，进而通过废热锅炉实现余热利用转化，且可实现一体化连续生产，而通过低温石墨稀释高温石墨热量，这样方式可快速降低高温石墨温度，加快生产进程；
S4、余热利用处理：将2200-3200℃石墨热量稀释后，温度达到1000℃以下的石墨经缓冲罐进入到废热锅炉内，通过废热锅炉将石墨的热量转化成电能或机械能中的至少一种，实现石墨的热量转化后利用，利用的能量反馈到整个系统中，具体的可为整个石墨生产过程中提供电能，进而可对生产的余热利用，减少能源的损耗，其次转化的能源可反馈到整个系统中，可减少石墨提纯过程中的能源消耗，在余热利用和转化中实现对能源的充分利用，不仅可降低生产损耗，其次还可降低环境污染，经过废热锅炉的能量转化可将1000℃以下的石墨温度降低到100℃以下；所述S4中废热锅炉对1000℃以下的石墨热量进行利用，产生水蒸气可驱动蒸汽发电机进行发电。
S5、出料：废热锅炉出来的100℃以下石墨分成两部分，一部分输送到冷却石墨罐内用以对S3中2200-3200℃石墨热量进行稀释，所述S5中，从废热锅炉出来且被输送到冷却石墨罐内的石墨比例能进行调控，以保证位于冷却石墨罐内的100℃以下石墨在与2200-3200℃石墨混合后，热量快速的稀释到1000℃以下，实现快速有效的对2200-3200℃石墨热量稀释，且该过程中可实现连续生产，即主要是通过低温石墨对高温石墨进行热量稀释，该方式降温速度快，相比现有技术中自然冷却的方式大大节省时间，进一步的加快生产和节省电资源；另一部分直接输出，得到石墨产品。
需要说明的是：经过计算表明，本发明连续高温石墨化及提纯的成本大约4000元/吨，是可实现零排放、零污染，全部自动化；而目前，其它技术生产的高纯石墨成本超过14000元/吨，且污染严重。本方法推广本后，每年全国可以节约电力超过100亿度/年
实施例：
将炭质原料按一定的比例进行充分混合后加入到进料罐中，与进料罐底部连通的石墨化炉能在实时将炭质原料输送到石墨化炉内，在石墨化炉的2200-3200℃的高温下，位于石墨化炉内的炭质原料在高温下会发生石墨化，生成纯度在99.9999%的石墨，炭质原料进行石墨化过程中会产生大量杂质气体，杂质气体通过气体回收管道进行收集处理；此时将石墨化炉内的2200-3200℃石墨输送到混合器内，将原先进行存储在冷却石墨罐内的100℃以下石墨输送到混合器内，实现与石墨化炉内的2200-3200℃石墨的混合，混合中低温石墨对高温石墨进行热量稀释，经过混合器混合后，位于混合器内的2200-3200℃石墨温度降低到1000℃以下，实现降低后的石墨温度达到进入之后工序中废热锅炉内的条件，将温度为1000℃以下的石墨经缓冲罐进入到废热锅炉内，实现对废热锅炉内介质加热后气化，进而实现对石墨废热的利用，废热锅炉对温度为1000℃以下石墨的热量进行利用，产生水蒸气可驱动蒸汽发电机进行发电，其中发电可进行转换直接运用在整个系统中，进而再次节省电源；
在废热锅炉内石墨温度被冷却到100℃以下时，将废热锅炉出来的100℃以下石墨分成两部分，一部分输送到冷却石墨罐内用以对S2中2200-3200℃石墨热量进行稀释，另一部分直接输出，得到石墨产品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种连续高温石墨化及提纯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、进料：将炭质原料按比例进行充分混合后加入到进料罐中；
S2、石墨化处理：位于进料罐内的炭质原料会从进料罐的下部进入到石墨化炉内，在石墨化炉的2200-3200℃的高温下，位于石墨化炉内的炭质原料会发生石墨化；
S3、稀释降温处理：将石墨化炉内的2200-3200℃石墨输送到混合器内，并与来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨进行混合，通过来自冷却石墨罐内的100℃以下石墨对2200-3200℃石墨热量进行稀释，经过混合器混合后，位于混合器内的2200-3200℃石墨热量被稀释，温度降到1000℃以下，实现热量稀释后的石墨温度达到进入之后工序中废热锅炉内的条件；
S4、余热利用处理：将2200-3200℃石墨热量稀释后，温度达到1000℃以下的石墨经缓冲罐进入到废热锅炉内，通过废热锅炉将石墨的热量转化成电能或机械能中的至少一种，实现石墨的热量转化后利用，利用的能量反馈到整个系统中，经过废热锅炉的能量转化可将1000℃以下的石墨温度降低到100℃以下；
S5、出料：废热锅炉出来的温度为100℃以下石墨分成两部分，一部分输送到冷却石墨罐内用以对S3中2200-3200℃石墨热量进行稀释，另一部分直接输出，得到石墨产品。
2.根据权利要求1所述的一种连续高温石墨化及提纯的方法，其特征在于，所述S2中在炭质原料进行石墨化过程中会产生大量杂质气体，杂质气体通过气体回收管道进行收集处理。
3.根据权利要求1所述的一种连续高温石墨化及提纯的方法，其特征在于，所述S4中废热锅炉对1000℃以下的石墨热量进行利用，产生水蒸气可驱动蒸汽发电机进行发电。
4.根据权利要求1所述的一种连续高温石墨化及提纯的方法，其特征在于，所述S5中，从废热锅炉出来且被输送到冷却石墨罐内的石墨比例能进行调控，以保证位于冷却石墨罐内的100℃以下石墨在与2200-3200℃石墨混合后，2200-3200℃石墨温度快速的降低到温度1000℃以下，实现快速有效的对2200-3200℃石墨热量稀释。
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