石墨化石油焦生產(chǎn)工藝

1. 概述

石墨化石油焦 (GPC) 是一種高純度碳材料，通過在極端溫度 (2,500–3,000°C) 下對石油焦進(jìn)行熱處理，將無定形碳轉(zhuǎn)化為結(jié)晶石墨而產(chǎn)生。它廣泛用于鋰離子電池陽極、電極和高溫應(yīng)用。

2. 早期工藝

關(guān)鍵步驟 (Acheson 工藝)

1. 原材料準(zhǔn)備：

• 原料：延遲焦化產(chǎn)生的高硫石油焦。

• 煅燒：在回轉(zhuǎn)窯或豎窯中加熱至 1,200–1,400°C，以去除揮發(fā)物和水分。

1. 石墨化爐：

• 艾奇遜爐：間歇式電阻加熱爐，以焦炭床作為電阻器。

• 工藝：

• 將層狀焦炭與石墨化劑（例如石英砂）混合，放入爐中。

• 施加電流（5,000–10,000 A），持續(xù) 20–50 小時。

• 溫度：~2,800°C。

1. 冷卻和后處理：

• 幾天內(nèi)緩慢冷卻以防止開裂。

• 粉碎、研磨和凈化（酸洗）。

技術(shù)挑戰(zhàn)

• 能耗高（6,000–8,000 kWh/噸）。

• 溫度分布不均勻。

• 周期長（每批 5-7 天）。

• 由于氧化和雜質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)量低。

3. 現(xiàn)代先進(jìn)工藝

關(guān)鍵創(chuàng)新

1. 縱向石墨化 (LWG) 技術(shù)：

• 帶受控氣氛（氬氣/氮氣）的連續(xù)垂直爐。

• 優(yōu)勢：

• 加熱/冷卻速度更快（循環(huán)時間：24-48 小時）。

• 節(jié)能（~3,500 kWh/噸）。

• 純度更高（灰分含量 <0.1%）。

1. 感應(yīng)加熱：

• 電磁感應(yīng)爐可精確控制溫度。

• 降低熱應(yīng)力并提高結(jié)晶度。

1. 連續(xù)石墨化反應(yīng)器：

• 帶自動進(jìn)料的旋轉(zhuǎn)管式爐。

• 通過 AI 和 IoT 傳感器進(jìn)行實時監(jiān)控。

設(shè)備

• 現(xiàn)代爐:

• LWG 爐（例如西門子式）。

• 感應(yīng)石墨化爐。

• 帶惰性氣體保護(hù)的隧道窯。

• 輔助系統(tǒng):

• 氣體凈化裝置（去除 HCl/Cl?）。

• 高效除塵器。

4. 技術(shù)參數(shù)

CTE：熱膨脹系數(shù)

5. 主要挑戰(zhàn)與解決方案

1. 溫度均勻性：

• 問題：傳統(tǒng)爐中的熱點/冷區(qū)。

• 解決方案：多區(qū)域感應(yīng)加熱 + 基于 AI 的熱管理。

1. 能源效率：

• 解決方案：廢熱回收系統(tǒng)（例如預(yù)熱原料）。

1. 氧化和污染：

• 解決方案：惰性氣體保護(hù)（N?/Ar）和真空爐。

1. 原料質(zhì)量：

• 要求：低硫（<0.5%）和金屬（Ni、V <50 ppm）。

• 創(chuàng)新：使用催化添加劑的高級煅燒。

6. 操作步驟（現(xiàn)代工藝）

1. 原料制備：

• 粗焦 → 煅燒（1,400°C）→ 粉碎（D50：10–20 μm）。

1. 爐料：

• 使用石墨坩堝自動將材料送入 LWG 爐。

1. 石墨化：

• 以 100°C/小時的速度升溫至 2,800°C；保持 10-15 小時。

1. 冷卻和提取：

• 在惰性氣體下進(jìn)行控制冷卻（50°C/小時）。

1. 后處理：

• 研磨、篩分和表面涂層（瀝青/化學(xué)氣相沉積）。

7. 未來趨勢

• 微波石墨化：超快速加熱（<1 小時），具有目標(biāo)能量。

• 可持續(xù)工藝：氫氣作為還原劑，減少二氧化碳排放。

• 納米結(jié)構(gòu) GPC：增強(qiáng)電池的電化學(xué)性能。

8. 江西豫達(dá)：開創(chuàng)石墨化石油焦的未來

在江西豫達(dá)，我們不僅僅是石墨化石油焦的制造商——我們是創(chuàng)新者、工程師和夢想家，致力于重新定義先進(jìn)碳材料的界限。憑借數(shù)十年的專業(yè)知識和對卓越的不懈追求，我們已成為高性能 GPC 生產(chǎn)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為鋼鐵、鑄造等行業(yè)提供動力。