增碳劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鑄造用增碳劑及其制備方法，特別是一種石墨增碳劑及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鑄造過程中，需要對鐵水進(jìn)行增碳，W滿足不同規(guī)格的鐵質(zhì)材料對固定含碳量 的要求，主要W添加增碳劑的方式實現(xiàn)。目前市售增碳劑有生鐵、漸青焦增碳劑、石墨電極 增碳劑、石油焦增碳劑、煤質(zhì)增碳劑、人造石墨增碳劑等，但各自都存在性能缺陷，市場認(rèn)可 度有待提高。生鐵價格較高，而且含硫量和含娃量較高，碳吸收率低。石油焦、漸青焦等通過 化石燃料般燒而成的增碳劑所含雜質(zhì)難W除盡，結(jié)構(gòu)過于緊密，導(dǎo)致吸收率較低，生產(chǎn)過程 會造成極大的污染。人造石墨是目前品質(zhì)最好的增碳劑，但造價十分昂貴，同樣在生產(chǎn)過程 中也會對環(huán)境造成極大污染。
[0003] 隨著新能源純電動、混合動力汽車，W及分布式風(fēng)力發(fā)電、儲能基站等動力及儲能 電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，W石墨為代表的裡離子電池負(fù)極材料受到科研院校和企業(yè)的廣泛關(guān) 注。然而，裡離子電池負(fù)極材料所用的石墨和其它負(fù)極材料在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量尾料， 不僅降低了石墨原料的利用率，提高了裡離子電池材料的生產(chǎn)成本，甚至加重了生產(chǎn)環(huán)境 的污染問題。現(xiàn)有技術(shù)通過粘合、造粒工藝合成增碳劑，能夠?qū)⒏鞣N石墨類尾料重新利用， 達(dá)到節(jié)能減排的效果。雖然具有生產(chǎn)成本較低、工藝較簡單的特點。但是，石墨類增碳劑也 存在明顯的缺陷。一方面，增碳劑中粘接劑用量過大，導(dǎo)致含碳量較低。另一方面，鑄造過 程中有機(jī)粘接劑與與鐵件、鋼件存在相容性問題，并受到熱脹冷縮產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和能量不均 勻傳遞的限制，在成型鑄件表面和實體內(nèi)產(chǎn)生大量氣孔和銀紋。容易造成因局部應(yīng)力產(chǎn)生 的缺口斷裂現(xiàn)象，影響鑄件的使用效果，運樣，對增碳劑的質(zhì)量提出了更高的要求。針對現(xiàn) 有技術(shù)增碳劑W及鑄件表面的缺陷問題，相關(guān)研究者提出了許多解決途徑。
[0004] 中國專利公開號CN103205530A公開了一種由高溫煤焦油或高溫煤焦油漸青制得 的富碳?xì)堅苽湓鎏紕┑姆椒ǎ脷堅械闹饕煞钟坞x炭W及富含碳元素大分子稠環(huán) 芳控，從資源利用和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，采用惰性氣氛下的高溫炭化和石墨化，脫除哇嘟 和甲苯不溶物，制備出的增碳劑固定含碳量為95~99%，且雜質(zhì)含量較低。但殘渣的提取率 只有20~30%，導(dǎo)致煤焦油漸青的利用率較低，而且工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本較高。
[0005] 中國專利公開號CN104962686A公開了一種重利用廢舊石墨電極的多孔高效增碳 劑的制備方法，W廢石墨電極、碳納米管為原料，娃酸鋼、碳酸氨錠、玉米賴桿灰、多孔沸石、 聚乙二醇400為粘接劑，W及可控固含量的娃溶膠作為巧料表面噴涂劑。該方法制備的的增 碳劑雜質(zhì)含量低，高溫?zé)坪缶哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)，巧料表面的硅膠干燥后能夠促進(jìn)烙煉液的石 墨化過程，利于增碳劑的均勻分散，提高了增碳劑的固定含碳量，且形態(tài)穩(wěn)定、流動性好、烙 入鐵水速度快、碳吸收率達(dá)到95 % W上，有效提高了鑄件質(zhì)量。但存在工藝過程設(shè)及到酸化 除雜、超聲處理和粉碎，對設(shè)備的耐酸性提出了較高要求，且生產(chǎn)周期長，單批次產(chǎn)量低，難 W滿足大規(guī)模鑄件用需求。
[0006]中國專利公開號CN101775462A公開了一種微粉石墨類增碳劑的制備和使用方 法，增碳劑W微粉石墨為原料，淀粉與簇甲基纖維素或簇甲基纖維素鋼為粘接劑，解決了裡 離子電池電極加工過程中的石墨尾料所致的環(huán)境污染問題。但該方法制備的增碳劑固定含 碳量不易控制，而且使用有機(jī)物作為粘接劑容易導(dǎo)致增碳劑在冶煉過程中分解產(chǎn)生水蒸汽 與二氧化碳C〇2氣體，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量，同時在冶煉過程中容易使鋼水噴瓣，存在巨大的 安全隱患。
[0007]中國專利公開號CN1523122A公開了一種鑄造用增碳劑及其制備方法，將碳材料、 比重調(diào)節(jié)劑及粘接劑組分先后進(jìn)行粉碎、篩分、混合處理，將0~6mm的小顆粒與0~250目粉 料混合、粘結(jié)，用造粒機(jī)制成固體顆粒，干燥烘干后得到所需增碳劑。但存在工藝較為復(fù)雜 的不足，設(shè)及到碳固體顆粒的比重調(diào)節(jié)、脫氧除雜、破粒分級多道工序，同時，在鋼水精煉過 程中存在界面和烙化，W及防氧化工工序的惰性氣氛保護(hù)問題。
[000引可見，國內(nèi)有能夠生產(chǎn)高固定含碳量增碳劑的廠家，雖有利用裡離子電池的石墨 尾料生產(chǎn)增碳劑，但存在產(chǎn)品質(zhì)量不高，工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長，或原料利用率高、環(huán)境污染 小，但產(chǎn)品質(zhì)量無法滿足高端裝備和鑄件要求的矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種增碳劑及其制備方法，要解決的技術(shù)問題是提高增碳劑 的質(zhì)量。
[0010] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:一種增碳劑，按質(zhì)量百分比，由95~98.5%的石墨料與 1.5~5.0%的粘接劑組成，所述石墨料由微粉石墨與電極粉末混合后得到，粒度不超過 74. Ομπι，微粉石墨與電極粉末的質(zhì)量比為41~65:40~65;所述粘接劑由無機(jī)粘接劑和有機(jī) 粘接劑按質(zhì)量比1:0.75~1.4組成;所述無機(jī)粘接劑為原娃酸、娃酸鹽和粘±中的一種W上 與純水的溶液，質(zhì)量濃度為40.0~50.0%，娃酸鹽為娃酸鋼、娃酸鐘、娃酸儀和娃酸巧中的 一種W上;所述有機(jī)粘接劑由淀粉、簇甲基纖維素、簇甲基纖維素鋼、下苯橡膠和聚四氣乙 締中的一種W上與水的溶膠，質(zhì)量濃度為2.5~15.0%。
[00川本發(fā)明的粘接劑的粘度為950~1563cP，pH值為6.5~10.2。
[0012] 本發(fā)明的微粉石墨為裡離子電池負(fù)極石墨材料加工過程中產(chǎn)生的石墨尾料，裡離 子電池負(fù)極石墨材料為天然鱗片石墨、石油針狀焦制人造石墨、煤系針狀焦制人造石墨和 中間相碳微球中的一種W上;所述電極粉末為廢石墨電極的粉末料，廢石墨電極為鑄造用 電爐回收的石墨電極、電解侶回收的廢石墨電極、石墨冷鐵回收料和廢石墨相蝸料中的一 種W上。
[0013] -種增碳劑的制備方法，包括W下步驟：
[0014] 一、將微粉石墨與電極粉末按照質(zhì)量比為41~65:40~65混合均勻，得到混合后的 石墨料；
[0015] 二、在保護(hù)性氣氛下，將石墨料W5.0~30.0°C/min的升溫速度，從室溫升溫至 1800~2800°C，保溫0.5~30.0 h，然后爐內(nèi)自然降溫至室溫，過200目篩，得到石墨原料；
[0016] Ξ、將原娃酸、娃酸鹽和粘±中的一種W上與純水混合，得到無機(jī)粘接劑，無機(jī)粘 接劑的質(zhì)量濃度為40.0~50.0%;所述娃酸鹽為娃酸鋼、娃酸鐘、娃酸儀和娃酸巧中的一種 社；
[0017] 四、將淀粉、簇甲基纖維素、簇甲基纖維素鋼、下苯橡膠和聚四氣乙締中的一種W 上的粉末，加入到100°c的純水中，80~20化pm轉(zhuǎn)速下攬拌0.1~2.化后，自然降溫至室溫， 配制成質(zhì)量濃度為2.5~15.0%的溶膠狀的有機(jī)粘接劑；
[0018] 五、按無機(jī)粘接劑與有機(jī)粘接劑的質(zhì)量比為1:0.75~1.4,將無機(jī)粘接劑緩慢加 入到有機(jī)粘接劑中，攬拌速度為400~lOOOrpm，加入完畢持續(xù)攬拌混合0.1~lOh，得到粘接 劑；
[0019] 六、按質(zhì)量百分比，將1.5~5.0%的粘接劑加入到95~98.5%的石墨原料中，直接 在80~150°C的溫度環(huán)境中處理，轉(zhuǎn)速為200~5000rpm，時間為0.1~30.0 h,得到造粒原料；
[0020] 屯、造粒，得到增碳劑。
[0021] 本發(fā)明的方法微粉石墨為裡離子電池負(fù)極石墨材料加工過程中產(chǎn)生的石墨尾料， 裡離子電池負(fù)極石墨材料為天然鱗片石墨、石油針狀焦制人造石墨、煤系針狀焦制人造石 墨和中間相碳微球中的一種W上，粒度不超過74.Ομπι;所述電極粉末為廢石墨電極的粉末 料，廢石墨電極為鑄造用電爐回收的石墨電極、電解侶回收的廢石墨電極、石墨冷鐵回收料 和廢石墨相蝸料中的一種W上，粒度不超過74. Own。
[0022] 本發(fā)明的方法步驟一混合轉(zhuǎn)速為200~lOOOrpm，混合時間為0.1~10.0 h。
[0023] 本發(fā)明的方法步驟二保護(hù)性氣氛為氮氣、氣氣中的一種或兩種混合氣，氣體的純 度為 99.9 ~99.999%。
[0024] 本發(fā)明的方法步驟五粘接劑的粘度為950~1563cP，pH值為6.5~10.2。
[00巧]本發(fā)明的方法步驟屯造粒，顆粒直徑為0.01~5.00mm，長度為0.10~10.0mm。
[00%]本發(fā)明的方法步驟屯后將增碳劑顆粒烘干或自然風(fēng)干干燥，所述烘干溫度為60~ 150°C，烘干時間為0.5~50.0 h。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，增碳劑的固定含碳量高，在鐵水鑄造工藝中與鐵件、鋼件 的吸容性高，提升了鑄件的質(zhì)量，克服了鑄件表面因產(chǎn)生大量氣孔和銀紋而造成局部應(yīng)力 集中，W及由此造成鋼鐵件抗沖擊初性差和斷裂吸收能量低容易發(fā)生斷裂的問題，本發(fā)明 方法增碳劑的造粒成型率高，生產(chǎn)成本低，同時解決了石墨電極在加工過程中產(chǎn)生石墨尾 料利用率低和環(huán)境污染較為嚴(yán)重的問題。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[00巧]本發(fā)明的增碳劑，按質(zhì)量百分比，由95~98.5%的石墨料與1.5~5.