生產石墨的方法以及用于石墨生產的顆粒的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種生產人造石墨的方法及其使用的顆粒材料。更具體來說，本發明 涉及一種通過立式連續石墨化爐生產石墨的方法，該方法高效并且防止損傷石墨化爐；本 發明還涉及該方法使用的顆粒。
【背景技術】
[0002] 石墨具有優良的潤滑性、導電性、耐熱性以及耐酸耐堿性，所以長久以來它被用在 各種應用中，例如電極的漿料、模具涂劑、干電池、鉛筆、耐火材料、煉鋼用的保溫材料、橡膠 樹脂、固體潤滑劑、坩堝、填料、熱阻、熱阻產品、導電涂料、鉛筆、電刷、潤滑脂、粉末冶金、剎 車片、襯套、離合器、機械密封件以及諸如橡膠樹脂等添加劑。因此，石墨具有非常廣闊的應 用范圍。
[0003] 近年來，已經有利用鋰離子進入石墨晶體的分層結構部分這一現象將石墨用作鋰 離子電池的電極材料的案例。
[0004] 如上所述，石墨被用在各種領域中，并且可以說，高效生產方法的制定是非常重要 的。
[0005] -般來說，在生產人造石墨時，必須將包含諸如焦炭的碳物質的可石墨化材料粉 末化，并且在約2200°C以上長時間加熱該粉末化材料。能夠經受2200°C以上加熱的材料一 般是石墨，并且通常使用石墨化爐或者石墨構件來生產人造石墨。
[0006]在工業上，通常在用于分批處理的艾奇遜（Atchison)爐中將原料石墨化，但是也 可以通過連續地將原料石墨化來高效地生產石墨。有一種方法用于連續地將原料石墨化， 在該方法中，爐被安裝在水平方向上，在該石墨化爐中使用傳輸帶在水平方向上移動并且 加熱加載有可石墨化材料的托盤。在高溫進行上述工作的必然性要求挑選設備部件的材 料，并且產生針對廢氣或者入口或出口處的熱管理的對策的問題。因此，存在結構變得復雜 并且需要在安裝或操作付出努力的問題。
[0007]近來使用爐部件豎直放置的立式連續石墨化爐，可石墨化材料從爐的上部下落并 且在其中被加熱，然后從爐的下部取出石墨（專利文獻1)。在該方法中，材料從爐的下部向 上部累積的同時被加熱，并且從爐的下部的開口取出石墨，同時從爐的上部的開口導入與 取出的石墨相對應的量的材料，從而始終有恒定量的材料在爐中存在并被石墨化。
[0008]在該方法中，由于只有爐的內部被加熱，并且不需要能夠耐加熱的托盤或傳輸帶， 所以結構相對簡單。另外，由于不需要移動用的設備或電力，所以不需要過量的線纜，并且 因此操作也簡單。
[0009]現有摶術f獻
[0010] 專利f獻
[0011] 專利文獻 1:JPll_2〇9114A
【發明內容】
[0012] 本發明要解決的問題
[0013]在立式連續石墨化爐中，由于經歷石墨化的材料與石墨化爐的壁表面接觸，并且 與其產生摩擦，所以根據材料的狀態，壁表面可能受損。另外，存在于材料中的雜質，特別是 硫化物，被氣化并且使爐的內表面惡化。特別是當粉末形式的材料被石墨化時，存在不能保 證惰性氣體的循環通路的情況，使得循環變得不均勻并且源自雜質的氣體在局部以高濃度 碰撞爐的壁表面，導致爐的內表面顯著惡化。此外，在使用可石墨化材料粉末的方法中，如 何均勻加熱可石墨化材料粉末已經成為問題。
[0014] 根據本發明，提供一種通過立式石墨化爐生產人造石墨的方法，在該方法中，惰性 氣體的循環變得容易，能實現均勻加熱，并且爐不受損壞；還提供在該方法中使用的顆粒。
[0015] 解決尚題的方案
[0016] 在本發明中，提供一種生產石墨的方法，該方法包括以下步驟：將平均粒徑為3至 30mm的可石墨化材料顆粒從立式石墨化爐的上部導入到其內部；在2200°C至3200°C加熱 所述可石墨化材料顆粒，同時使惰性氣體從所述立式石墨化爐的下部向其上部流動以使所 述可石墨化材料顆粒石墨化；以及從所述立式石墨化爐的下部取出獲得的石墨。
[0017]在本發明中，還提供一種在通過立式石墨化爐生產石墨中使用的顆粒，所述顆粒 具有3至30mm的平均粒徑，并且是通過將包含100重量份數的平均粒徑為10至20ym的 可石墨化碳質物質粉末、3至20重量份數的在低于1000°C的溫度可分解的粘合劑和5至30 重量份數的能溶解所述粘合劑的液體的混合物顆粒化獲得的。
[0018] 本發明的效果
[0019] 當使用通過顆粒化獲得的可石墨化材料顆粒時，惰性氣體從立式石墨化爐的下部 向上部的循環變得容易，石墨化能夠變得均勻，并且源自雜質的氣體被均勻排出，從而爐不 受損傷。
【附圖說明】
[0020] 圖1是示出立式石墨化爐的實例的截面圖。
【具體實施方式】
[0021] 根據本發明，通過立式連續石墨化爐將可石墨化碳質物質石墨化。該可石墨化碳 質物質可被獨自導入到該立式連續石墨化爐中。然而，優選導入包含該可石墨化碳質物質 和例如粘合劑的可石墨化材料。在本說明書中，"可石墨化材料"包括只由可石墨化碳質物 質組成的可石墨化材料。
[0022] 該立式連續石墨化爐是其中安裝有管狀加熱裝置的爐，管的縱向是直立的，并且 從管的上部開口自然下落的可石墨化碳質物質以底部上方的恒定體積保持在管中，同時被 加熱以石墨化。更具體來說，該立式石墨化爐包括具有石墨內壁表面的圓柱形內管以及在 該內管的外側或者在該外側之外的加熱器，其中該加熱器用于石墨化。
[0023]加熱器的典型實例是具有電熱絲的加熱器。也可以使用高頻加熱器。可選地，利 用絕熱材料等隔離電熱絲的外側。為了促進石墨化，利用該加熱器在2200°C至3200°C，典 型地在2400°C至3000°C，加熱可石墨化材料。
[0024] 管的內部優選地從管的上部到底部分成加熱區和冷卻區，并且可石墨化材料被導 入到管的加熱區的上部。在加熱區上或者其上方可以設置可選的預熱區。典型地通過安裝 于管的上部的開口處的料斗等導入可石墨化材料。
[0025] 加熱區是指可石墨化材料被加熱到例如2200°C至3200°C以獲得石墨的區域，而 冷卻區是指所獲得的石墨被冷卻到例如30°C至200°C的區域。加熱區與冷卻區的長度比優 選為 1: (0.2 至 0.5)。
[0026] 導入的可石墨化材料在加熱區中被石墨化，然后到達冷卻區。此時，后導入的可石 墨化材料累積在先導入的可石墨化材料上，保持在管中，并且移動到加熱區中以石墨化。此 時，為了安全，使諸如氮氣、氬氣或氦氣的惰性氣體從爐的底部向上部流入管中。惰性氣體 的流量例如在2至40L/分鐘的范圍內，優選在4至30L/分鐘的范圍內。
[0027] 從爐的底部取出所獲得的石墨。關于取出，可以連續而不間斷地取出石墨，或者可 以每次以一定的量間歇地取出石墨。
[0028] 圖1示出該立式石墨化爐的實例。在立式石墨化爐1中，可石墨化材料M從料斗2 導入到管3的上部，在惰性氣體IG穿過惰性氣體導入管4從下部向上部流動同時，導入的 可石墨化材料M在加熱區5中被加熱并石墨化，然后在冷卻區6中被冷卻。從底部取出所 獲得的石墨7。
[0029] 所述可石墨化碳質物質是主要包含碳氫化合物并且熱石墨化的物質。其典型實例 包括石油焦炭、煤焦炭和瀝青。該可石墨化碳質物質優選是通過原料油的延遲焦化獲得的 石油焦炭，該原料油是在原油處理期間從低壓餾分油獲得的，或者是從渣油流化催化裂化 裝置（residuefluidcatalyticcracker，RFCC)中的底油（bottomoil)獲得的，其中該 原料油尤其優選的是初餾點為300°C以上的重油、總含量為25%重量比以下的瀝青質成分 和膠質成分、含量為40%重量比以上的飽和成分以及芳香指數fa為