گرافیت با خلوص بالا و فرآیند تولید آن

گرافیت با خالصیت بالا با محتوای کربن > 99.99٪ گرافیت با خالصیت بالا دارای مزایای مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر شوک حرارتی،ضریب کوچک گسترش حرارتی، خود روان کننده، مقاومت کوچک و ماشینکاری آسان، و غیره به طور گسترده ای در فلزات، ماشین آلات، حفاظت از محیط زیست، پزشکی، نظامی، هوافضا و زمینه های دیگر استفاده می شود،نقش بسیار مهمی در اقتصاد ملی داردبه خصوص در صنعت خورشیدی فتوولتائیک. متوسط نرخ رشد سالانه صنعت خورشیدی فتوولتائیک جهانی 40 درصد است و چین 70 درصد از جهان را به خود اختصاص می دهد.به عنوان بزرگترین تولید کننده خورشیدی فتوولتائیک در جهان. این صنعت در سال 2011 مصرف مواد گرافیتی با کیفیت بالا تا 23000 تن یا بیشتر است.و انتظار می رود در صنعت فتوولتائیک آینده تقاضای سیلیکون مونو کریستال و پلی سیلیکون برای مواد گرافیتی با پاکیزه بالا نرخ رشد سالانه 20 تا 25 درصد داشته باشد.در حال حاضر، صنعت گرافیت چین هنوز در سطح پایین جهان است، محصولات عمدتا مواد اولیه و محصولات پردازش اولیه هستند.ناخالصی های زیاد در محصول باعث می شود که آن را به کاربردهای کمتر محدود کند.بنابراین، از یک طرف، قیمت پایین گرافیت چین منجر به حجم زیادی از صادرات شده است؛ از سوی دیگر، بازار داخلی نیاز به محصولات گرافیت فوق العاده نازک با پاکیزه بالا دارد.که عمدتاً از خارج وارد می شوندبه طور خلاصه، انجام تحقیقات تکنولوژی تولید گرافیت با پاکیزه ی بالا و بهبود کیفیت محصول، برای صنعت گرافیت با پاکیزه ی بالا در چین بسیار مهم است.

1 فرآیند تولید گرافیت با خالصیت بالا:

فرآیند تولید گرافیت با خلوص بالا و فرآیند تولید الکترود گرافیت متفاوت است. گرافیت با خلوص بالا به مواد خام ایزوتروپ نیاز دارد،باید مواد خام را به پودر ظریف تر خرد کند، نیاز به استفاده از تکنولوژی فشار ایزواستاتیک، چرخه پخت طولانی است، به منظور رسیدن به تراکم های خیس شده، نیاز به تزریق چندگانه دارد چرخه پخت،و چرخه گرافیتیزه شدن نیز بسیار طولانی تر از گرافیت معمولی است.

1.1 مواد اولیه

مواد اولیه برای تولید گرافیت با خلوص بالا، از جمله سنگ شکن ها، چسب ها و مواد تزریق کننده. سنگ شکن ها معمولا از کوکس نفتی سوزن و کوکس پیچ ساخته می شوند.این به این دلیل است که کوکس نفتی مانند سوزن دارای محتوای خاکستری کم است (معمولا کمتر از 1٪)، به راحتی در دمای بالا گرافیتیزه می شود، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، ضریب انبساط خطی کوچک و غیره؛ با کوکس پیچ،حتی گرافیت که در همان دمای گرافیتیزه شدن به دست می آید، مقاومت بالاتری دارد و قدرت مکانیکی بالاتری دارد، بنابراین تولید کلی محصولات گرافیتی شده، علاوه بر کوکس نفتی،همچنین درصد خاصی از کوکس گندم برای بهبود مقاومت مکانیکی محصول وجود دارد.. بسته کننده معمولا از قیر زغال سنگ استفاده می کند ، این فرآیند تقطیر قیر زغال سنگ محصول است ، در دمای اتاق برای جامد سیاه ، هیچ نقطه ذوب ثابت نیست.با توجه به شرایط مختلف تجهیزات و الزامات تکنولوژیکی هر شرکت، نقطه نرم شدن قیر زغال سنگ از 50 °C تا 250 °C است. به طور کلی، قیر زغال سنگ با خلوص بالا یا درجه حرارت بالا برای تولید محصولات گرافیتی با خلوص بالا انتخاب می شود.ماده دارنده اساساً با ماده دارنده یکسان است. این مورد نیاز است برای افزایش تراکم عمده، عدم نفوذ، روان کننده، قدرت و دیگر خواص خاص محصول است.گرافیتی یا ماشینکاری.

1.2 کالسیناسیون / تصفیه

سنگ شکن های انتخاب شده، به دلیل دمای کوکس شدن یا سن زغال سنگ متفاوت است، آب، ناخالصی ها یا مواد فرار در ساختار داخلی را تا حدودی شامل می شود.اگر ما این مواد را از پیش حذف نکنیم، و استفاده از آنها برای تولید مواد گرافیتی به طور مستقیم، این کیفیت محصول و عملکرد را تحت تاثیر قرار می دهد، بنابراین ما باید فرآیند سوختگی یا تصفیه را برای سنگ شکن انتخاب شده انجام دهیم.کالسیناسیون درمان گرمی برای انواع مواد خام کربن جامد در شرایط هوای جدا شده در دمای بالا است.در مرحله خشک کردن در دمای پایین، عمدتا برای حذف رطوبت؛ در مرحله فرار از مرحله تخلیه، عمدتا برای تکمیل تجزیه ترکیبات عطرآمیز در مواد اولیه،و به اتمام رساندن بعضي از ترکیبات. تصفیه عمدتا برای حذف برخی از ناخالصی ها است. در حال حاضر روش تصفیه گرافیت در داخل و خارج از کشور عمدتا شناور، اسید قلیایی، اسید هیدروفلوئوریک، سرخ کردن کلر،دمای بالا و غیره.

1.3 آسیاب

برای تولید گرافیت از مواد جامد، اگرچه کالسیناسیون یا تصفیه اندازه بلوک کاهش یافته است، اما اندازه ذرات هنوز نسبتا بزرگ است و فرسوده است،ترکیب غیر یکنواخت، نیاز به خرد کردن الزامات اندازه گرافیتی برای مواد تشکیل دهنده. اندازه گرافیتی با طهارت بالا معمولاً به 20μm می رسد. در حال حاضر،برای خرد کردن پودری که متوسط اندازه ذرات آن ۱۰ تا ۲۰ میکرو متری است از یک آسیاب قطری عمودی استفاده می شود.

1.4 گلوله

پودر خرد شده که قابل پراکندگی و غیر یکنواخت است. It needs to be mixed with the coal tar pitch binder according to a certain proportion and then put into the heating type kneading machine to mix and knead to make the material evenly distributed and make the adhesive evenly and thinly wrapped on the surface of the powder particle and penetrate and infiltrate into the surface of the powder particle .

1.5 قالب دهی

در حال حاضر، روش های شکل گیری کربن بسیاری وجود دارد، روش های اصلی قالب بندی اکستروژن، قالب بندی، قالب گیری لرزش، فشار ایزواستاتیک هستند.تولید گرافیت با استفاده از روش فشرده سازی ایزواستاتیک، دارای فشار ایزواستاتیک سرد و فشار ایزواستاتیک داغ است. قالب دهی ایزواستاتیک ماده ای است که در قالب نرم، متراکم، پس از خلاء بسته شده، در سیلندر فشار ایزواستاتیک قرار می گیرد،قالب خارج از مایع در همان فشار از تمام جهت ها بر روی نقش قالب، به شکل استوانه ای یا یک محصول مستطیل فشار داده می شود. محصول به دست آمده دارای ساختار و عملکرد ایزوتروپ است که بزرگترین مزیت محصولات گرافیت ایزوتاتیک است.

1.6 پختن

پس از سوزاندن محصولات کربن، به فرآیند پخت می رود، یعنی ساخت بلوک های مواد اولیه در محیط جداسازی، پس از درمان گرما (حدود 1000 °C) ،به طوری که باندر به کوک باندر تبدیل می شوداین یک فرآیند آهسته است، کل فرآیند به چندین مرحله تقسیم شده است، هر مرحله از یک سری واکنش های فیزیکی و شیمیایی،از جمله سطح سنگ شکن کربن برای تولید ضخامت خاصی از فیلم باندر، مهاجرت مایع اتصال دهنده، گازهای آسفالت، تهویه موی، گاز و پخش سطح.

1.7 تزریق

هدف از تزریق، تزریق ماده تزریق کننده مانند آسفالت ذوب شده،در منافذ کوچک تشکیل شده در محصول در طول فرآیند سوختگی و منافذ باز موجود در ذرات کوک سنگ برای بهبود تراکم عمده، رسانایی الکتریکی، مقاومت مکانیکی، خوردگی شیمیایی و غیره.و سپس تخلیه گاز در مخزن تزریق، پس از آن اضافه کردن خوب مخزن تزریق قیر زغال سنگ، فشار برای ایجاد تزریق عامل آسفالت به داخل

1.8 گرافیتیزه کردن

گرافیتیزاسیون به فرآیند درمان گرما در دمای بالا برای ایجاد کربن غیر گرافیتی با فعال سازی حرارتی به گرافیت اشاره دارد.محصولات پخته شده کربن توسط 2000 ~ 2800 °C گرافیتیزاسیون در دمای بالا، ساختار لایه ای هرج و مرج محصول کربن از شبکه اتم های کربن، به یک ساختار سه بعدی مرتب شده لایه دار، در حالی که حذف ناخالصی ها. روش های گرافیتیزه کردن روش Acheson است،روش سری حرارت داخلی، روش تحرک فرکانس متوسط