第八章煤的碳素制品.pptx

1、8 煤的碳素制品8.1碳素制品的性质、种类、用途和发展碳素材料8.1.1.1 热性能（1）耐热性（2）热传导性（3）热膨胀率小8.1.1.2 电性能电阻介于金属和半导体之间各向异性8.1.1.3 化学稳定性8.1.1.4 自润滑性和耐磨性8.1.1.5 减速性和反射性8.1.2 碳素制品的种类和用途电极炭8.1.2.1 电热、电化学品和电机用碳素制品（1）电加热用电极（2）电化学用石墨阳极（3）电工和电子工业用碳素制品8.1.2.2 冶金、化工和机械设备用材料（1）冶金工业（2）化学工业（3）机械工业8.1.2.3 其他（1）原子反应堆用的高纯石墨材料（2）碳质吸附剂（3）生物碳制品8.1.3

2、 碳素制品的发展8.1.3.1 发展简史8.1.3.2 我国碳素工业的发展8.2 电极炭8.2.1 原材料及其质量要求8.2.1.1 骨料（1）沥青焦（2）石油焦（3）针状焦（4）无烟煤（5）天然石墨 （6）冶金焦8.2.1.2 粘合剂煤沥青、煤焦油及合成树脂（1）对粘合剂的要求焦产率高润湿性和粘着性软化性含灰、硫少来源充沛、价格便宜（2）主要的粘合剂煤沥青石油醚苯喹啉煤焦油合成树脂8.2.2 石墨化过程石墨化：固体炭进行2000以上高温处理，使炭的乱层结构部分或全部转变为石墨结构的一种结晶化过程。8.2.2.1 石墨化的目的（1）提高制品的导热性和导电性（2）提高制品的热稳定性和化学稳定性（

3、3）提高制品的润滑性和耐磨性（4）去除杂质，提高纯度（5）降低硬度，便于机械加工8.2.2.2 石墨化的三个阶段（1）第一阶段10001500（2）第二阶段15002100（3）第三阶段2100以上8.2.2.3 石墨化过程的影响因素（1）原始物料的结构（2）温度2200（3）压力加压有利（4）催化剂熔解-再析出形成-分解Fe、Co、NiB、Ti、Cr、V8.2.2.4 石墨化程度的测定（1）测定碳质材料石墨化后的真比重2.266（2）测定材料的比电阻（3）利用x射线测定晶恪参数8.2.3 电极炭生产的工艺过程8.2.3.1 原料的煅烧（1）煅烧的作用将骨料加热到1100的热处理过程增大密度、

4、减少成品的开裂和变形提高机械强度便于破碎、磨粉和筛分提高导电性、导热性提高抗氧化性（2）煅烧温度1100 1400 （3）煅烧炉回转炉 电热炉 罐式炉 8.2.3.2 粉碎、筛分和破料（1）最大颗粒度Dd51015（2）配料原材料种类、质量指标和配比干料的粒度组成粘合剂种类、质量指标和配比8.2.3.3 混合和成型（1）混合或混捏混合机Z型双搅刀混合机螺旋连续混合机鼓形混合机（2）成型模压成型挤压成型其他8.2.3.4 焙烧和石墨化（1）焙烧是将成型的毛坯加热到1300时的热处理过程。炭化炉型 连续多室环式焙烧炉 隧道炉 倒焰炉最终温度升温速度（2）石墨化电热炉直接加热法间接加热法半成品焦粒8

5、.2.3.5 浸渍（1）目的降低孔隙腊，提高视比重和机械强度提高导热和导电性制取不透性材料赋予制品特殊性能（2）浸渍剂合成树脂生产不透性石墨金属铅锡合金和巴氏台金)等煤沥青电极的浸渍溶有石蜡的煤油和硬脂酸铅的机油溶液提高制品的抗磨性能（3）注意的问题预热至规定温度抽真空施外压迅速冷却（1）主要技术指标8.2.4 碳电极和不透性石量材料8.2.4.1 碳电极（2）超高功率石墨电极比电阻低机械强度高允许的电流密度高主要骨料是针状焦，沥青作粘合剂，石墨化温度控制在2500以上8.2.4.2 不透性石墨浸渍型，模压型，浇注型（1）常用的合成树脂酚醛树脂、糠酮树脂和糠醇树脂等耐腐蚀性耐强酸和更高的温度（

6、2）应用换热器 降膜吸收塔 盐酸合成塔文丘利管生产三氯乙醛的氯化反应塔蒸发器（3）发展不透性石墨设备聚四氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等8.3 活性炭 无定形碳和数量不等的灰分构成在多孔性炭制品。优质吸附剂8.3.1 活性炭的孔结构和表面性质8.3.1.1 孔结构（1）孔的大小和形状微孔过渡孔大孔0.1202010001000孔隙 近圆形裂口状沟槽状 狭缝状 瓶颈状多层吸附吸附通道毛细管凝结吸附8.1.3.2 表面性质（3）孔径分布测定方法压汞法及毛细管凝结法（2）比表面积m2/kg测定方法BET法 8.3.2 活性炭的制造方法8.3.2.1 原料选择（1）煤煤化程度高气相吸附、净化水、催化剂载体煤

7、化程度低液相吸附、气体脱硫确 大孔径催化剂的载体原料煤灰分10%（2）木材和果壳（3）其他石油焦、泥炭、合成树脂、废塑料等8.3.2.2 炭化（1）成型粘合剂煤焦油、纸浆黑液、羟甲基纤维素 聚乙烯等挤条成型造球成型螺旋挤压机 柱塞挤压机圆盘造球机（2）炭化条件炭化：煤的有机质发生热分解和析出挥发分的过程。（3）炭化炉类型回转式炭化炉立式炭化炉多层耙式炭化炉其他8.3.2.3 活化气体活化法化学药剂活化法（1）气体活化的作用开孔作用扩孔作用形成新孔（2）气体活化的分类水蒸汽活化法C+H2OCO+H2-130kJ二氧化碳活化法C+CO2CO-170kJ混合气体活化法（3）影响气体活化的因素活化剂水

8、蒸汽活化剂流速活化温度活化时间和烧失率其他（4）活化炉斯普列活化炉回转活化炉多管活化炉其他（5）化学药刦活化法氧化锌、磷酸和硫酸钾等木屑8.3.2.4 煤制活性炭的主要品种和规格 8.3.3 活性炭的应用和再生8.3.3.1 活性炭的应用（1）活性炭的吸附特点疏水性的非极性吸附剂比表面积大，孔隙结构发达不同活化方法得到的活性炭的表面性质不同催化作用性质稳定、容易再生（2）活性炭的应用净化水催化剂载体气体脱硫空气净化 气相吸附其他8.3.3.2 活性炭的再生 吸附饱和后失去活性的活性炭用物理、化学或生物化学方法等将所吸附的物质脱除而使其活性恢复的过程。（1）再生方法（2）高温再生设备和再生条件斯

9、普列炉回转炉 多层耙式炉基本参照活化条件8.3.4 活性炭的发展前景8.4 碳分子筛具有特别发达的微孔结构的特种活性炭8.4.1 碳分子筛的分离原理和特点8.4.1.1 碳分子筛分离原理（1）扩散速度不同（2）分子大小和极性的不同8.4.1.2 碳分子筛的特点（1）与活性炭的区别孔径分布和孔隙率（2）与沸石分子筛 的区别8.4.2 碳分子筛的制备8.4.2.1 碳分子筛的主要制备工序原料煤粉碎、加粘结剂捏合、成型和炭化等原料煤破碎预氧化粉碎捏合成型黏合剂烘干炭化或加活化炭沉积烃类碳分子筛（1）预氧化（2）捏合成型（3）炭化（4）活化（扩孔）（5）碳沉积（堵孔）8.4.3 变压吸附 变压吸附（P

10、ressure Swing Adsoroption，PSA），是一种吸附分离新工艺。利用固体吸附剂通过压力变化对不同气体成分进行吸附分离。8.4.3.1变压吸附原理8.4.3.2变压吸附的工艺流程吸附、解吸（降压）、净化冲洗、升压（1）吸附压力压力吸附量 清洗用气量回收率（2）吸附时间时间吸附剂量吸附塔体积设备造价回收率 （3）操作条件举例（4）四塔变压-吸附装置的操作顺序8.5 碳素纤维含碳量大于90的具有很高强度和模量的纤维8.5.1 碳素纤维的种类和性能8.5.1.1 碳素纤维的种类生产原料（1）聚丙烯腈碳纤维（2）沥青基碳纤维（3）其他8.5.1.2 碳素纤维的性能乱层石墨结构（1）力学性能（2）形成层间化合物（3）化学稳定性（4）热性质8.5.2 沥青基碳素纤维的制造8.5.2.1 工艺流程高性能低性能中间相沥青纤维各向同性沥青纤维8.5.2.2 主要生产工序（1）沥青预处理热处理除杂后热缩聚加氢处理（2）熔融纺丝（3）不熔化处理（4）炭化（5）石墨化（6）后处理8.5.2.3 碳素产品的性能8.5.3 碳素纤维的应用8.5.3.1 碳素纤维增强复合材料的种类影响因素碳纤维含量碳纤维本身力学性能碳纤维排列碳纤维与基体相容性8.5.3.2 碳纤维增强复合材料的用途（1）航空和宇航（2）汽车（3）其他