[发明专利]改进的碳电极制造

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造碳电极和其它碳人工制品的方法。

背景技术

碳阳极的主要用途是在根据霍尔电解法(Hall-Héroult)生产铝的工艺中用作还原剂。最初，索德别尔格(Soederberg)阳极是由阳极糊烧结和在电解池上碳化而生产。当碳化时，捕捉由环境保护署(EPA)定义的从粘结剂沥青排出的多环芳香烃(PAH)被证明是困难的。现在，现有阳极在碳工厂中通过从电解槽中分离而生产。通常，具有105-120℃的梅特勒软化点(SPM；ISO5940-2)的煤焦油沥青聚结石油焦炭。为了该目的，焦炭和沥青在超过沥青SPM 60-100℃混合。需要高温以允许沥青粘度变得足够低来润湿焦炭颗粒。用水将所得的糊状物冷却约40-60℃，并通过振动按压或压缩来形成生阳极(green anodes)。将生阳极从模具中取出，用水冷却并且储存，直至被包装在焙烧炉中进行碳化。

阳极的制造工艺代表了氧化铝减少成本的一个显著部分。即使是整个工艺的很小改进，仍然将对整体效率产生显著效果。这解释了投入的巨大努力来提高阳极生产的效率，例如，C.Lavoie,E.Bergeron,A.Proulx的“ALCAN ALMA New paste plant start-up and early operation,Light Metals，555-560(2003)”和M.Kempkes，W.Meier的“New concept for a green anode plant”,Light Metals，919-922(2008)。

尽管如此，当前工艺面临重大缺陷。用于将沥青和焦炭加热至混合温度的能量在生阳极形成之前和/或之后的随后的冷却中被再次放出。相同的能量，必须重新进入碳化(焙烧)炉中，仅阻断炉的部分生产能力。

众所周知，在形成碳电极的实验室工艺中，在生阳极形成之前和/或之后不使用冷却步骤。这就是为什么在出版物Light Metals 2011 TMS(The Minerals,Metals&Material Society,2011 by Winfried Boenigk,Claudia Boltersdorf,Falk Linder,Jens Stiegert和美国专利4,188,279中都没有描述冷却步骤的原因。在这样的实验工艺中，与针对工业规模形成的碳体相比，碳体具有低得多的重量(实验室规模<0.5kg；试点规模<6kg)。用于制造针对工业规模的碳电极的碳体具有超过500公斤的重量。这导致了在按压后被传送时，需要施加高得多的力(变形的风险)，以及来自沥青挥发物的高得多的内部气体压力(当保持(leaving)按压时膨胀的风险)。

在阳极形成蒸发之前，加水以进行糊状物冷却。蒸汽和含有PAH的沥青挥发物进入并且必须用热氧化作用进行PAH移除处理。但轴向按压前的糊状物冷却是必须的，以避免沥青粘附至模具，并确保压实的糊状物的机械稳定性。因为粘结剂沥青变软，热的生阳极对于处理来说太不牢固。

当对阳极使用振动压实机时，在按压之后，需要通过向生阳极喷雾或水浴生阳极形成冷却以确保足够高的阳极强度来进行运输和机械搬运。由于放置在焙烧(碳化)炉顶部的阳极层的负载，必须避免变形。此外，在生阳极中的热量不能被回收。

因此在工业规模的铝生产冷却步骤中，由于碳电极被制造为还原剂，在生阳极形成之前和/或之后执行冷却处理。这在工业规模的碳电极的生产工艺中，已经是被接受的处理措施。在这方面，它被称为Kirstine L.Hulse，Anode Manufacture(2000)R&D Carbon Ltd.(ISBN3-9521028-5-7)。此外，应该指出的是，在世界范围没有使用具有超过130℃的梅特勒软化点的沥青工业生产碳电极。

发明内容

非常期望的是消除冷却步骤，并简化公知的阳极模制制品的阳极形成工艺，特别是碳电极的阳极形成工艺。本发明的目的是提供一种能够避免在混合沥青糊状物/焦炭糊状物之后和/或生阳极形成之后的冷却步骤的工艺。

该目的是通过一种制造碳电极或其它碳体(人工制品)的工业工艺实现的，所述工艺包括以下步骤：

(a)在高于沥青的SPM50℃至120℃的温度将具有高于150℃的梅特勒软化点(SPM)的高熔点沥青和碳质固体混合，通过振动或挤压来按压或压缩，且在接近混合温度的温度不进行有意的冷却，

(b)将所述人工制品传送至碳化炉而不进行有意的冷却，

(c)碳化所述人工制品。