[发明专利]一种改善煤沥青流变性和提高煤沥青结焦值的方法及其改性剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解用炭阳极粘结剂煤沥青的改性方法及其改性剂。

背景技术

铝电解过程中，阳极的综合质量对电流效率、电解能耗、电解生产稳定性及成本均具有重 要影响。作为炭素阳极的粘结剂，煤沥青的使用性能与阳极质量密切相关。煤沥青关键的性能 包括流变性、结焦值、粘结性等，在使用过程中，一个值得关注的问题是，如何确保煤沥青在 具有良好的粘结性能的前提下，既能有好的流变性(能在有效的时间内充分包裹炭素骨料并渗 透到骨料颗粒的孔隙中)，又不影响它的结焦值(防止阳极密度和强度的降低)。随着阳极原 料石油焦质量的不断下降，这个问题显得越来越突出。要改善煤沥青的流变性首先必须寻找有 效的性能表征方法。煤沥青是由大量的具有不同聚合程度的芳烃分子组成，其分子量和分子结 构各不相同，沥青的性质是这些不同组分的综合反映，这使得煤沥青流变性的表征有些困难。 但是，煤沥青流变性受特定流动范围和有效粘度所控制，许多研究早已证明，提高煤沥青受热 温度时，煤沥青逐渐会变成牛顿型流体状态，其流变性能只取决于沥青体系的粘度，在此温度 区间，我们就可以通过粘度的形式来表征和控制煤沥青的流变性。

国内外许多文献报道了沥青中添加一些有机物能有效改善其流变性。其中文献【1～5】与 本发明有关联。文献【1】采用苯乙烯低聚物和a一甲基苯乙烯低聚物来作为中温煤沥青的改 性剂，结果表明，添加5～10％的改性剂对煤沥青的改性效果十分显著。文献【2，3】研究了 油酸、硬脂酸等表面活性剂改性煤沥青的流变性能，结果表明，表面活性剂的加入有效地改善 了煤沥青的高温流变性能，达到相同粘度时，改性沥青所需温度可降低10℃左右。文献【4，5】 研究了对苯二甲醛(TPA)改善沥青的流变性能，结果表明，TPA改性煤沥青的粘度与温度关系 曲线呈现W型，并且在200～225℃之间处于低粘流区，表观粘度值约200～400mPa·s，可以作 为浸渍剂使用；文献【6～9】也如上述一样，这些研究都是针对改善道路沥青和浸渍沥青流变 性而开展的，它们的一个共同点就是可以忽略沥青高温结焦值的降低。

但是，铝用炭素阳极所用煤沥青的改性就不同，在这里，我们既希望改善沥青的流变性， 同时要保证它的结焦值不受影响。因此，要同时满足上述的两个条件就必须研究新型的多组分 改性剂，这正是本发明需要解决的问题。

本发明是针对铝用炭素厂生产预焙阳极用沥青进行改性，通过向沥青中加入多组分改性 剂，使得沥青与阳极骨料石油焦的混捏过程中的流变性得到改善，同时又不会影响沥青的结焦 值，最终实现改善铝用炭素阳极阻抗空气和CO₂反应性的目标。

从“中外专利数据库服务平台”查询可知，与炭阳极有关的沥青发明有7个，其中3个(专 利申请号分别为：CN200410060935.5【10】、CN02155280.0【11】和CN200610047890.7【12】) 是关于沥青烟气的治理专利技术；专利号为：CN03133972.7【13】的专利是制备碳纳米管的技 术发明；其余三个发明具体描述如下。

1、专利“一种改性沥青及其生产方法”【14】(专利号：03133782.1)公开了一种改性沥青 及其生产方法，其生产步骤是：原料选择；精细蒸馏；加入聚合物；调整pH值；缩合反应；中 和反应；真空排气、卸压排料。该发明生产的改性沥青，可广泛用于石墨化碳素电极的粘结剂； 预焙阳极、阴极炭块结合剂；铺路、建筑施工防水；取代含碳耐火材料包括镁质定型或不定形 产品结合剂树脂等，而且效果优于现有各种沥青产品。该专利虽然可以用于预焙阳极，但它是 通过改变沥青的制备工艺而实现改性，并不是采用改性剂直接改性。

2、专利“炼铝用阳极沥青的生产方法”【15】(专利号：CN01144146.1)涉及一种炼铝用阳 极沥青的生产方法。该方法包括液体原料中温沥青进行热聚合，加入闪蒸油配混匀，混配后经 冷却成型，包装成品等步骤。本发明方法采用单釜热聚合工艺及回兑闪蒸油混配技术，也是采 用改变沥青生产工艺的方式达到制备改性沥青的目的，同样与改性剂无关。