DE2132492A1

DE2132492A1 - Verfahren zur herstellung von kunstgraphiten oder graphitaehnlichen werkstoffen durch kontinuierliches mischen von bindemittel und fuellerkorn

Info

Publication number: DE2132492A1
Application number: DE19712132492
Authority: DE
Inventors: Francesco Dias; Hartmut Dueren Dr Luhleic; Hubertus Dr Nickel; Peter Pflaum
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1973-01-25
Also published as: FR2143742B1; FR2143742A1; DE2132492B2; DE2132492C3; US4009143A; GB1395339A; JPS5216471B1

Description

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen durch kontinuierliches Mischen von Bindemittel und Füllerkorn

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen, insbesondere von Feinkorngraphiten aus einer Mischung von als Füller verwendeten Stoffen, wie gemahlenem Koks, Naturgraphit, Ruß oder dergleichen und einem die Korner oder Partikel des Füllers umgebenden Bindemittel wie Pech, Teer, Kunstharz oder dergleichen, wobei das Bindemittel zunächst in einer Flüssigkeit wie Methanol ganz oder zum Teil gelost wird, in welcher der Füller anschließend in an sich bekannter Weise aufgeschlämmt wird, worauf die Aufschlämmung in einer Trägerflüssigkeit, mit der das Lösungsmittel Riechbar , in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer loslich ist, wie Wasser oder eine sonstige geeignete Flüssigkeit oder ein geeignetes Flüssigkeitsgemisch eingegeben wird.

Derartige Graphite werden insbesondere bei der Herstellung von Brennelementen oder Bauteilen für. gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren verwendet. Zu diesem Zweck wird die Mischung anschließend durch Erhitzen auf etwa 800 C verkokt und anschließend hochtemperaturbehandelt oder graphitiert.

209884/0351

Bei den zahlreichen, zur Herstellung derartiger Stoffe bekannten Verfahren besteht eine Verfahrensstufe darin, die Körner des Füllers mit einem möglichst gleichmäßigen Film aus Bindemittel zu überziehen (zu vergleichen "Carbon and Graphite Handbook", Charles L. Mantell, Interscience Publ. Hew York I968, - Seite 266). '

Nach diesem bekannten Verfahren wird das Bindemittel im allgemeinen bei einer Temperatur, die oberhalb Raumtemperatur liegt, in mehr oder weniger flüssiger Form erweicht oder zunächst in einem Lösungsmittel gelöst und dann mit den Füllerkörnern mechanisch vermischt. Dies geschieht mittels Rühr- und Knetmaschinen, mit deren Hilfe eine möglichst gleichmäßige Verteilung der beiden t wesentlichen Bestandteile innerhalb der gebildeten Masse erreicht werden soll. Diese Verfahren sind jedoch zeitraubend und wegen der Verwendung der zum Rühren und Kneten erforderlichen Einrichtungen verhältnismäßig aufwendig. Wird nach einem bekannten Verfahren das Bindemittel in gelöster Form zugegeben, so muß das Lösungsmittel nach der Vermischung wieder abgedampft werden. Dabei kristallisiert das Bindemittel vorwiegend auf der Oberfläche der Körner des Füllers aus. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß die angestrebte gleichmäßige Verteilung des Bindemittels auf der Oberfläche der Körner des Füllers nicht au erreichen ist₉ da vielmehr im Verlauf des Äbdampfprosesses eine Konsentration des Bindemittels in bestimmten bevorzugten Bereichen der Oberflächen der Körner des Füllers stattfindet.

Nach einem nicht veröffentlichten Vorschlag ist auch schon die Herstellung von W Kunst graphit oder graphit ähnlichen Werkstoffen in der Weise , daß zunächst eine Aufschlämmung des dabei verwendeten Füllers in der Flüssigkeit, in der das Lösungsmittel aufgelöst ist, vorgesehen. Diese Aufschlämmung wird nach die sera Verfahren sodann 5.n eine Flüssigkeit mit der das Lösungsmittel mischbar5 in der jedoch das Bindemittel nicht oder nur schwer lösbar ist, so eingegeben, daß sich eine Emulsion bildet, worauf die sich infolgedessen mit mit dem Bindemittel überziehenden, zu Boden sinkenden und dadurch eine schlagartige Masse bildenden Körner oder Partikel des Füllers durch Dfkantieren der überstehenden Flüssigkeit zurückgehalten und anschließend getrocknet

— O «

2098S4/0351

werden. Der Ablauf dieses Verfahrens ist jedoch diskontinuierlich und bei der Herstellung von größeren Mengen von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen nicht wirtschaftlich genug.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Kunstgraphiten und graphitähnlichen Werkstoffen zu schaffen, das erheblich wirtschaftlicher ist als die bisher bekannten Verfahren, bei dem jedoch zugleich gewährleistet wird, daß auch ein für die hohen Anforderungen, wie sie an einen im Kernreaktor verwendeten Werkstoff zu stellen sind, entsprechender Kunstgraphit hergestellt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Aufschlämmung in einer Mischkammer mittels einer Mischdüse in die Flüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, so eingespritzt wird, daß die Füllerkörner mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden, worauf die Füller-Bindemittelmischung in an sich bekannter Weise entweder mittels eines Filters oder eines Dekanters von dem Hauptteil der Trägerflüssigkeit abgetrennt und im Anschluß daran getrocknet wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es, in stetigem Ablauf große Mengen an Füller und Bindemitteln zu mischen. Diese kontinuierliche Arbeitsweise stellt einen großen Vorzug gegenüber den bisher bekannten Verfahren dar. Darüber-hinaus ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung den Anforderungen in der Praxis, hohe Bindemittelanteile gleichmäßig auf die Körner des Füllers zu verteilen und zwar - wie sich gezeigt hat - in Abhängigkeit von der Oberfläche der Körner des Füllers bis zu 70 Gew.-% des Bindemittelanteils.

Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß die in der Mischkammer gebildete Mischung aus Füller, Bindemittel, Trägerflüssigkeit und Lösungsmittel durch Erwärmen in eine Form überführt wird, in der die mit dem Bindemittel überzogenen Füllerkörner die Trägerflüssigkeit stark ab-

209884/0351

stoßen, wodurch die Trennung von Schlamm und Tragerflussigkeit erheblich erleichtert wird. Denn es kann durch Anwendung dieser Maßnahme das Aufmahlen ^v des für die weitere Verwendung anfallenden Erzeugnisses, das bei dem bisher bekannten Verfahren erforderlich war, entfallen. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung weiterhin in beachtlichem Maße erhöht .

Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt zweckmäßig mittels der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird die Aufschlämmung zunächst in dem Behälter A vorgenommen. Dabei ist ein Vibrator B so mit dem Behälter A verbunden, daß durch seine Wirkung verhindert wird, daß sich die in der Aufschlämmung enthaltenen Körner des Füllers

w absetzen. Außerdem'hat die Tätigkeit des Vibrators B die weitere Wirkung, daß die an den Oberflächen der Körner haftende Luft abgegeben wird und entweicht. Die Aufschlämmung kann in de-m Behälter A - wie in der Zeichnung nicht dargestellt ist - kontinuierlich eingegeben werden. Aus dem Behälter A gelangt die Aufschlämmung über den Drei-Wege-Hahn C in die in der Zuleitung D für die Trägerflüssigice it angeordnete Mischdüse E und wird-in dem Augenblick, in dem sie mit der Strömung der'Trägerflüssigkeit in Berührung kommt, fein verteilt. An dieser Stelle werden die Körner des Füllers somit mit dem Bindemittel überzogen. Außerdem ist an den Drei-Wege-Hahn C über den Hahn G das Gefäß F angeschlossen, das zur Aufnahme des reinen Lösungsmittels bestimmt ist. Dadurch wird ermöglicht, daß durch die Zugabe reinen Lösungsmittels etwaige während des Betriebes auftretende Verstopfungen der Mischdüse E suf einfache Weise

k behoben werden können. Um zu erreichen, daß die mit dem Bindemittel überzogenen Füllerkörner in eine Form überführt werden, daß sie die Trägerflüssigkeit stark abstoßen, wird für den Fall, daß der Mischprozess mit kalter Trägerflüssigkeit vorgenommen ist_s in der Rohrleitung D zur Zuführung der Trägerflüssigkeit eine Erwärmungsstrecke H angeordnet. Als geeignete Einrichtung hierfür kann beispielsweise eine sich über einen bestimmten vorgegebenen Rohrabschnitt der Rohrleitung D erstreckende Heizspirale vorgesehen werden.

209884/0351

Beim Durchlaufen der Erwarmungsstrecke H erfolgt eine Umwandlung innerhalb des Schlamms, was durch Änderung der Färbung des Schlamms erkennbar wird. Infolge dieser Umwandlung wird die Trennung von Schlamm und Tragerflussigkeit erleichtert. Im Anschluß daran werden die Festbestandteile des bei dem Verfahren gemäß der Erfindung gebildeten Gemischs mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Dekanters oder Filters vom Hauptteil der Flüssigkeit abgetrennt. Sie ; -rden dann entweder im trockenen oder feuchten Zustand je nach dem gewünschten Verwendungszweck weiterverarbeitet, das heißt, gepreßt, eingeschlämmt oder gesintert.

2098Ö4/0351

Ausführungs"beJ5T3iel

Es wurden β kg Füller- sit h Jig Bindemittel geraiseht ₉ bsi asm dar Anteil des Bindemittels ^G GsTr₀ % iksr ZusaKässnsetau&g betrug_o Als Lösungsmittel für das Bindemittel mirds VhtchssisH miö. als TrägsrfiüssigSieit" Hasser verwendet. Dabei vjurde als Füller sin FsinSor-n-SisIrfcrograpiiit mit einer Korngröße ττοη etwa 0»06 EEa lind als Bindemittel ein Phenol-formaldehydharz eingesetzte Das Bindehars wurde zunächst wits? Sruämung aiif ett-ra kO G in 20 1 Methanol in dem in der Zeichnimg adt A bessiehnetesa Beliältei' gelöst _s -wobei dsr Drei-Wege-Hahn C geschlossen war. AnsehlieSend vTürde äsr Füllex¹ über eine Schüttelrinne in die Binder lösung eingegeben vzid jsittels eiaes Vibrators B einvibriert ₀ Im Anschluß daran i-mrde die Aufschlämmung sui" etwa 5 G heruntergekühlt, sodann ivoirde das fc als Lösungsmittel vsx^fendete Methanol dursh. die Mischdüse E in die Tragerflüssigkeit eingegeben. Die Trägsrflüssigbsit stand dabei unter einem Druck von 7 Atm. Isa Anschluß - daran strömte die in den Behälter A enthaltene Aufschlämmung in die Miseh&üse Ξ eis₃ wobai sie sich mit der Trägerflüssigkeit vesmschte. Dabei zeigte sieh_s daß für die oben angegebene Menge des Füllers und des Bindemittels etwa 100 1 frägerfliissigkeit erforderlich waren» Im Anschluß daran -wurden Tragerflüssigkeit und Schlamm, auf etwa 35 bis hO G aufgevfärart. Dabei nahm die Aufschlämmung eine tiefschwarss Farbe an, Sie -mirde in einem weiteren Verfahrensschritt durch eisen Filter gageben, in dem sieh der Schlamm absetzte uad zagleieh abkühlte₀ Der abgesetzte Schlamm, wurde getrocknet» ein Aufmahlen konnte entfallen₉ da die getrocknete Masse zu Pulver zerfiel.

η Q g' a /, / ω -τ? s %

%J ^j \Ji %di -.- :- "^' r^ K^J U

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen, insbesondere von Feinkorngraphiten aus einer Mischung von als Füller verwendeten Stoffen, wie gemahlenem Koks, Naturgraphit, Ruß oder dergleichen und einem die Körner oder Partikel des Füllers umgebenden Bindemittel wie Pech, Teer, Kunstharz oder dergleichen, wobei das Bindemittel zunächst in einer Flüssigkeit wie Methanol ganz oder zum Teil gelöst wird, in welcher der Füller anschließend in an sieh bekannter Weise aufgeschlämmt wird, worauf die Aufschlämmung in einer Trägerflüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, wie Wasser oder eine sonstige geeignete Flüssigkeit oder ein geeignetes Flüssigkeitsgemisch eingegeben wird, d adurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung in einer liischkammer mittels einer Mischdüse in die Flüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, so eingespritzt wird, daß die Füllerkörner mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden, worauf die Füller-Bindemittelmischung in an sich bekannter Weise entweder mittels eines Filters oder eines Dekanters von dem Hauptteil der Trägerflüssigkeit abgetrennt und im Anschluß daran getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch "!dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mischkammer gebildete Mischung aus Füller, Bindemittel, Trägerflüssigkeit und Lösungsmittel durch Erwärmen in eine Form überführt wird, in der die mit dem Bindemittel überzogenen Füllerkörner die Trägerflüssig-' keit stark abstoßen.

209884/0351

Leerseite