煤制炭素材料

以無煙煤或焦炭為原料經特殊加工獲得能夠滿足高溫條件下使用要求的炭質材料。其制品主要包括各種炭磚(磚制品)、炭塊和各種炭糊類制品。

工業(yè)用粒狀吸附劑的一般特性

生產工藝炭素耐火材料的制造方法與一般炭素制品基本相同。

(1)煅燒。目的是排除原料中的揮發(fā)分，提高原料的密度、強度和熱穩(wěn)定性，降低比電阻。

(2)破碎與篩分。煅燒后的原料應破碎成適當粒度再篩分成不同的粒級，以實現(xiàn)正確的配料。

(3)配料。顆粒與粉末的配比須以混合料的視密度達到最大值為宜。

(4)混捏。將配合好的原料和預先準備好的粘結劑一起放在混捏機里加熱到120～160℃進行混捏，以使各種不同骨料均勻混合提高糊料的密實程度。

(5)成型。將混捏好的糊料用加壓設備壓制成所需要的形狀和尺寸。炭磚、炭塊類制品一般采用振動成型。

(6)焙燒。除糊類產品外，為使炭素制品具備使用時所需要的一系列物理化學性能，必須將生制品按一定的工藝條件進行焙燒，最高溫度為1200～1750℃，通常在倒焰式焙燒爐、隧道式焙燒爐、環(huán)式焙燒爐中焙燒。生制品周圍用焦粉或石英砂等材料作為保護介質，在隔絕空氣的條件下按一定的升溫速度進行間接加熱。

(7)加工。焙燒后的一些炭素制品，根據使用要求再機械加工成必要的形狀，尺寸。

(8)應用。炭素耐火材料能耐高溫，在化學性質上是穩(wěn)定的，耐酸堿浸蝕，熱導率高，熱膨脹系數小，而且熱變形少，在高溫下抗碎強度大，廣泛用于砌筑各種冶金爐的內襯。例如用炭塊砌筑高爐的爐底、爐缸及爐腹等。

以無煙煤和冶金焦為主要原料制成的炭質導電材料。其制品有用于電弧冶金爐的石墨化電極，用于鋁電解槽的炭塊，用于中、小型電爐及鐵合金爐冶煉一些普通電爐鋼及鐵合金的炭素電極。炭素電極比電阻要比石墨化電極大一些，但導熱性及抗氧化性均不如石墨化電極。炭素電極的生產工藝與炭素耐火材料基本相同，成型采用擠壓成型，此外還有屬自熔電極的電極糊等。

中國寧夏汝箕溝無煙煤是優(yōu)質炭素電極材料的原料。

煤或其他含碳物質經過炭化和活化得到的具有多孔結構的炭質材料，是具有一定形狀、不溶于水和有機溶劑的黑色固體，有很強的吸附性能。

種類按制造活性炭的原料可分為植物性原料活性炭，如木質炭、果殼炭等;礦產性原料活性炭，如煤質炭、石油質炭等;動物性原料活性炭，如骨炭、血炭等;有機合成原料活性炭，如合成樹脂炭、有機廢料炭等。市場上常見的活性炭主要是煤質炭、木質炭和果殼炭。按制造方法不同可分為氣體活化炭和化學活化炭。按用途可分為脫色炭、糖用炭、藥用炭、凈化炭、黃金炭、空氣凈化炭、溶劑回收炭、脫硫炭、催化劑載體炭等。按外觀形態(tài)可分為顆粒炭(定型炭和破碎炭)和粉狀炭。按活性炭處理的對象是液相還是氣相，又可分別概括為液相用活性炭和氣相用活性炭。

生產工藝主要有氣體活化法和化學活化法2種。化學活化法是將含碳材料用化學藥品浸漬后在適當的溫度下，經過炭化、活化制取活性炭的一種方法，它適用于泥炭、木屑等植物性原料制成粉狀炭。常用的化學藥品是氯化鋅、磷酸、硫酸鉀和硫化鉀，其中氯化鋅應用最廣?；瘜W活化法具有產品收率高、活化溫度低、能制得具有獨特性能(過渡孔發(fā)達)的活性炭的特點，但對環(huán)境污染和對設備的腐蝕比氣體活化法嚴重。

氣體活化法是將煤等含碳材料炭化后用水蒸氣、二氧化碳氣等氣體或它們的混合物進行高溫活化制取活性炭的一種方法。它主要適宜用煤、果殼等硬質含碳材料制取顆粒炭。氣體活化法生產工藝的基本內容包括原料的制備、炭化、活化和產品的后序處理。一般工藝流程如圖1所示。

原料制備包括原料的破碎、篩選和變性處理，對于無煙煤或弱粘結性的煙煤，只須破碎、篩選出合適粒度的顆粒，經炭化、活化即可。若生產定型顆?；钚蕴?，破碎之后還要將煤磨至180目以下，再加粘結劑混捏成型;若用粘結性煙煤制定型顆?；钚蕴?，就須對原料進行變性處理，目的是降低煤的粘結性，避免炭化時原料膨脹變形，影響產品質量。通?？刹捎茫孩俚蜏乜諝庋趸?②加破粘劑破粘;③低溫干餾成半焦進行變性處理。

混捏成型將制備好的煤粉加入適當比例的粘結劑和水混捏成稠度均勻的膏料，用成型設備加工成所需要的形狀和尺寸。中國、日本和原蘇聯(lián)國家多采用液壓和螺壓式成型機，生產直徑在1.5～5.0mm的圓柱狀活性炭; 美國采用無粘結劑高壓成型技術，將1～150μm的粉煤在1400kg/cm壓力下擠壓成直徑20cm的壓塊，然后將壓塊破碎成尺寸合適的不定型顆粒，再炭化、活化生產破碎炭。

炭化生料在隔絕空氣的低溫條件下的干餾過程。目的是趕出生料中的部分揮發(fā)物，以形成具有初步孔隙度、致密度和足夠強度的炭化料(半成品)。炭化速度和炭化最終溫度須根據原料煤的性質選擇，一般無煙煤可采用較快的炭化速度和較低的炭化終溫(550～600℃)，高揮發(fā)分煙煤宜慢速炭化，炭化終溫在600～700℃。炭化設備可選用回轉爐、流動爐或多段炭化爐等。

活化活化的目的是使炭化料的孔隙進一步發(fā)展、擴大，以獲得具有發(fā)達孔隙結構和一定強度要求的活性炭產品。活化的實質是水蒸氣和二氧化碳氣同碳的氧化反應。

后處理是對活化后的產品進行再加工過程。包括活性炭的脫灰、浸漬及再破碎、篩分。脫灰通常采用酸洗或堿洗方法，一般可脫除原灰分的30%～50%。浸漬是將活性炭表面均勻地浸漬上一定重量的金屬鹽類，以改變活性炭的表面化學性質，提高去除或分離某種物質的能力。

結構與性質活性炭屬微晶質碳，根據X射線的研究，賴利 (Riley)提出兩種活性炭結構類型。第一種結構類型是由類似石墨的基本微晶構成，這些基本微晶多數是由六角形排列的碳原子的平行層片組成，各層片的排列是不規(guī)則的、紊亂的，有人把這種排列稱為“亂層結構”。第二種結構類型為不規(guī)則的交聯(lián)碳六角形空間格子，這是由類石墨層片扭曲造成的。

以煤或有機化合物為原料加工制成孔徑為分子級的多孔含碳物質。一般要求原料煤的灰分和硫分愈低愈好。

炭分子篩制造工藝有熱分解法、氣體活化法、熱收縮法和堵孔法。

(1) 熱分解法。將煤等含碳物質在惰性氣氛中進行適宜的炭化。

(2) 氣體活化法。將煤等炭化物進行有控制的活化。

(3) 熱收縮法。將活性炭、焦炭等含有細孔結構的含炭材料在惰性氣氛中于1200～1800℃的溫度下煅燒，使孔隙收縮。

(4) 堵孔法。將活性炭、煤的炭化物浸漬于含有樹脂或焦油之類的高分子物質中，然后加熱處理;或是將多孔性炭質材料先加熱至400～900℃，并使其與含有苯、乙烯等碳氫化合物的惰性氣體接觸一定時間，使熱解炭沉積在孔壁或孔口上以減小孔隙直徑。

這幾種方法既可單獨使用也可配合使用。例如熱分解法同堵孔法相結合通常比單獨熱解法效果更好。圖2是德國B. F公司以煙煤為原料制取炭分子篩的工藝圖。

中國多使用非粘結性煤磨粉加粘結劑成型、炭化和堵孔的方法生產炭分子篩。由于各種煤的煤階性質不同，制得的分子篩孔徑大小及篩分效果也不相同，應根據原料性質通過實驗選擇合適的制造工藝。

炭分子篩的結構和性質與活性炭基本相似，同屬多孔性碳質吸附劑，有很強的吸附性能、良好的化學穩(wěn)定性和較高的抗碎強度。不同之處是炭分子篩的微孔孔徑分布在一個狹窄的范圍內，且微孔孔徑的大小與被分離的氣體分子直徑相當，通常在0.3～0.7nm，孔隙形狀為狹縫形。沸石分子篩的孔隙形狀為墨水瓶形。由于炭分子篩含有分子大小的均一微孔結構，只有較小分子氣體可以進入，而較大分子的氣體則進不去，因而可用于某些氣體的分離。工業(yè)用粒狀吸附劑的一般特性見下頁表。炭分子篩分離氣體的有效性取決于對某一組分的選擇性吸附和被分離組分的吸附速度比2個因素。

炭分子篩是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型吸附劑，主要用于各種氣體的分離和濃縮，已工業(yè)化的是以炭分子篩為吸附劑的變壓吸附工藝分離空氣中的氮和氧。

將煤磨細并加入適量的化學添加劑制取的橡膠補強填充材料。它可以代替半補強炭黑、通用炭黑、碳酸鈣、陶土、立德粉等，用于橡膠制品的生產。

制取橡膠填料用煤以較高可磨性的貧煤、貧瘦煤和瘦煤為宜。煤經磨細后其比表面積增加，加入的化學添加劑與煤發(fā)生作用;進一步提高了煤的表面活性，使其與橡膠分子的親合能力增加，從而具有增容、填充和補強作用。煤基橡膠填料與炭黑相比、經橡膠樣片測試具有密度小、彈性好、永久變形小、抗沖擊、耐低溫、電絕緣性能優(yōu)良等特點，而且在橡膠混煉和壓延過程中工藝性能良好，可用于輸水膠管、非機動車胎、密封墊圈、電纜、膠鞋和蓄電池外殼等的生產。

生產工藝：原料煤經干燥、破碎、篩選、研磨至一定程度后，加入化學添加劑并混合均勻，再進行超細粉碎，直到粒度、碘吸附值、pH值等符合要求。2100433B

一、基礎標準

GB/T 1426—2008 炭素材料分類

GB/T 8170—2008 數值修約規(guī)則與極限數值的表示和判定

GB/T 8718—2008 炭素材料術語

GB/T 26297.1—2010 鋁用炭素材料取樣方法 笫1部分：底部炭塊

GB/T 26297.2—2010 鋁用炭素材料取樣方法第2部分：側部炭塊

GB/T 26297.3—2010 鋁用炭素材料取樣方法第3部分：預焙陽極

GB/T 26297.4—2010 鋁用炭素材料取樣方法第4部分：陰極糊

GB/T 26297.5—2010 鋁用炭素材料取樣方法第5部分：煤瀝青

GB/T 26297.6—2010 鋁用炭素材料取樣方法第6部分：煅后石油焦

YS/T 701—2009 鋁用炭素材料及其制品的包裝、標志、運輸、貯存

二、產品標準

GB/T 397—2009 煉焦用煤技術條件

GB/T 2290—2012 煤瀝青

GB/T 3518—2008 鱗片石墨

GB/T 3519—2008 微晶石墨

YB/T 2818—2005 石墨塊

YB/T 4035—2007 氮化硅結合碳化硅磚

YB/T 4226—2010 炭電極

YB/T 5075—2010 煤焦油

YB/T 5194—2003 改質瀝青

YB/T 5299—2009 瀝青焦

YS/T 9—2008 陽極炭塊堆垛機組

YS/T 65—2012 鋁電解用陰極糊

YS/T 285—2012 鋁電解用預焙陽極

YS/T 286—1999 鋁電解用普通陰極炭塊

YS/T 623—2012 鋁電解用石墨質陰極炭塊

YS/T 625—2012 預焙陽極用煅后石油焦

YS/T 6992009 鋁電解用石墨化陰極炭塊

YS/T 763—2011 電煅石墨化焦

YS/T 764—2011 鋁用炭素材料熱膨脹系數測定裝置

YS/T 842—2012 石墨化陰極炭塊用石油焦原料技術要求

YS/T 843—2012 預焙陽極用石油焦原料技術要求

三、能耗、安全、衛(wèi)生、環(huán)保標準

GB/T 5817—2009 粉塵作業(yè)場所危害程度分級

GB/T 11651—2008 個體防護裝備選用規(guī)范

GB 15600—2008 炭素生產安全衛(wèi)生規(guī)程

GB 17167—2006 用能單位能源計量器具配備和管理通則

GB 21370—2008 炭素單位產品能源消耗限額

GB 25324—2010 鋁電解用石墨質陰極炭塊單位產品能源消耗限額

GB 25325—2010 鋁電解用預焙陽極單位產品能源消耗限額

YS/T 124.1—2010 炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第1部分：回轉窯

YS/T 124.2—2010 炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第2部分：罐式煅燒爐

YS/T 124.3—2010 炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第3部分：電氣煅燒爐

YS/T 124.4—2010 炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第4部分：焙燒爐

YS/T 124.5—2010 炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第5部分：石墨化電阻爐

YS/T 131—2010 炭素制品生產爐窯能耗限額

YS/T 664—2007 鋁用炭素生產專用設備熱平衡測定與計算方法 熱媒爐

四、分析檢測方法標準

GB/T 26293——2010 鋁電解用炭素材料冷搗糊和中溫糊未焙燒糊搗實性的測定

GB/T 26294—2010 鋁電解用炭素材料 冷搗糊中有效粘合劑含量、骨料含量及骨料粒度分布的測定喹啉萃取法

GB/T 26295—2010 鋁電解用炭素材料預焙陽極和陰極炭塊 四點法測定抗折強度

GB/T 26310.1—2010 原鋁生產用煅后石油焦檢測方法第1部分：二甲苯中密度的測定比重瓶法

GB/T 26310.2—2010 原鋁生產用煅后石油焦檢測方法第2部分：微量元素含量的測定火焰原子吸收光譜法

GB/T 26310.3—2010 原鋁生產用煅后石油焦檢測方法第3部分：表觀油含量的測定加熱法

GB/T 26310.4—2010 原鋁生產用煅后石油焦檢測方法第4部分：油含量的測定溶劑萃取法

GB/T 26310.5—2010 原鋁生產用煅后石油焦檢測方法第5部分：殘留氫含量的測定

GB/T 26930.1—2011 原鋁生產用炭素材料 煤瀝青第1部分：水分含量的測定 共沸蒸餾法

GB/T 26930.2—2011 原鋁生產用炭素材料 煤瀝青第2部分：軟化點的測定環(huán)球法

GB/T 26930.3—2011 原鋁生產用炭素材料 煤瀝青第3部分：密度的測定 比重瓶法

GB/T 26930.4—2011 原鋁生產用炭素材料 煤瀝青第4部分：喹啉不溶物含量的測定

GB/T 26930.5—2011 原鋁生產用炭素材料 煤瀝青第5部分：甲苯不溶物含量的測定

YS/T 63.1—2006 鋁用炭素材料檢測方法第1部分 陰極糊試樣焙燒方法、焙燒失重的測定。生坯試樣表觀密度的測定

YS/T 63.2—2006 鋁用炭素材料檢測方法第2部分 陰極炭塊和預焙陽極 室溫電阻率的測定

YS/T 63.3—2006 鋁用炭素材料檢測方法第3部分熱導率的測定比較法

YS/T 63.4—2006 鋁用炭素材料檢測方法第4部分熱膨脹系數的測定

YS/T 63.5—2006 鋁用炭素材料檢測方法第5部分有壓下底部炭塊鈉膨脹率的測定

YS/T 63.6—2006 鋁用炭素材料檢測方法第6部分 開氣孔率的測定 液體靜力學法

YS/T 63.7—2006 鋁用炭素材料檢測方法第7部分表觀密度的測定尺寸法

YS/T 63.8—2006 鋁用炭素材料檢測方法第8部分二甲苯中密度的測定 比重瓶法

YS/T 63.9—2012 鋁用炭素材料檢測方法第9部分：真密度的測定 氦比重計法

YS/T 63.10一2012 鋁用炭素材料檢測方法第10部分：空氣滲透率的測定

YS/T 63.11—2006 鋁用炭素材料檢測方法第11部分：空氣反應性的測定 質量損失法

YS/T 63.12—2006 鋁用炭素材料檢測方法第12部分：預焙陽極CO2反應性的測定 質量損失法

YS/T 63.13—2006 鋁用炭素材料檢測方法第13部分：楊氏模量的測定靜測法

YS/T 63.14—2006 鋁用炭素材料檢測方法第14部分：抗折強度的測定 三點法

YS/T 63.15—2012 鋁用炭素材料檢測方法第15部分：耐壓強度的測定

YS/T 63.16—2006 鋁用炭素材料檢測方法第16部分：微量元素的測定 X射線熒光光譜分析方法

YS/T 63.17—2006 鋁用炭素材料檢測方法第17部分：揮發(fā)分的測定

YS/T 63.18—2006 鋁用炭素材料檢測方法第18部分：水分含量的測定

YS/T 63.19—2012 鋁用炭素材料檢測方法第19部分：灰分含量的測定

YS/T 63.20—2006 鋁用炭素材料檢測方法第20部分：硫分的測定

YS/T 63.21—2007 鋁用炭素材料檢測方法第21部分：陰極糊 焙燒膨脹/收縮性的測定

YS/T 63.22—2009 鋁用炭素材料檢測方法第22部分：焙燒程度的測定 等效溫度法

YS/T 63.23—2012 鋁用炭素材料檢測方法第23部分：預焙陽極空氣反應性的測定熱重法

YS/T 63.24—2012 鋁用炭素材料檢測方法第24部分：預焙陽極二氧化碳反應性的測定熱重法

YS/T 63.252012 鋁用炭素材料檢測方法第25部分：無壓下底部炭塊鈉膨脹率的測定

YS/T 63.26—2012 鋁用炭素材料檢測方法第26部分：耐火材料抗冰晶石滲透能力的測定

YS/T 587.1—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第1部分 灰分含量的測定

YS/T 587.2—2007 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第2部分：水分含量的測定

YS/T 587.3—2007 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第3部分：揮發(fā)分含量的測定

YS/T 587.4—2006炭陽極用煅后石油焦檢測方法第4部分：硫含量的測定

YS/T 587.5—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第5部分：微量元素的測定

YS/T 587.6—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第6部分：粉末電阻率的測定

YS/T 587.7—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第7部分：CO2反應性的測定

YS/T 587.8—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第8部分：空氣反應性的測定

YS/T 587.9—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第9部分真密度的測定

YS/T 587.10—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第10部分：體積密度的測定

YS/T 587.11—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第11部分：顆粒穩(wěn)定性的測定

YS/T 587.12—2006 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第12部分：粒度分布的測定

YS/T 587.132007 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第13部分：LC（微晶尺寸）值的測定

YS/T 587.14—2010 炭陽極用煅后石油焦檢測方法第14部分：哈氏可磨性指數（HGI）的測定

YS/T 700—2009 鋁用陰極炭塊磨損試驗方法

YS/T 733—2010 鋁用石墨化陰極制品石墨化度測定方法

YS/T 734—2010 鋁用炭素材料粉料布萊因細度試驗方法

YS/T 735—2010 鋁用炭素材料炭膠泥中灰分含量的測定

YS/T 736—2010 鋁用炭素材料炭膠泥中揮發(fā)分的測定

YS/T 758—2011 鋁用炭素回轉窯直線度測量方法

附錄

附錄1 ISO/TC 226 鋁用炭素材料標準目錄

附錄2 ASTM D02.05石油、石油焦和炭素材料59項標準目錄

附錄3 鋁用炭素材料系列標準新進展2100433B

操作爐窯、加工設備，生產炭纖維、炭氈、炭/炭復合材料、特種石墨、石墨烯及負極材料等炭素特種材料制品的人員。

隨著鋁電解工業(yè)的飛速發(fā)展，作為鋁生產的第二大原材料——炭素材料的生產發(fā)展很快，煅燒炭素材料的主要設備就是回轉窯，它投資少，產能大，自動化程度高，適用于大規(guī)模煅燒。

公司在優(yōu)質炭素回轉窯研制過程中，充分總結了國內外同行業(yè)回轉窯的設計經驗，結合炭素窯的特點，自主研發(fā)設計、成功研制出新型優(yōu)質炭素回轉窯，這種新型優(yōu)質炭素回轉窯不僅產量高，而且能耗低，大大降低了生產成本。