石墨化石油焦生产工艺

1. 概述

石墨化石油焦 (GPC) 是一种高纯度碳材料，通过在极端温度 (2,500–3,000°C) 下对石油焦进行热处理，将无定形碳转化为结晶石墨而产生。它广泛用于锂离子电池阳极、电极和高温应用。

2. 早期工艺

关键步骤 (Acheson 工艺)

1. 原材料准备：

• 原料：延迟焦化产生的高硫石油焦。

• 煅烧：在回转窑或竖窑中加热至 1,200–1,400°C，以去除挥发物和水分。

1. 石墨化炉：

• 艾奇逊炉：间歇式电阻加热炉，以焦炭床作为电阻器。

• 工艺：

• 将层状焦炭与石墨化剂（例如石英砂）混合，放入炉中。

• 施加电流（5,000–10,000 A），持续 20–50 小时。

• 温度：~2,800°C。

1. 冷却和后处理：

• 几天内缓慢冷却以防止开裂。

• 粉碎、研磨和净化（酸洗）。

技术挑战

• 能耗高（6,000–8,000 kWh/吨）。

• 温度分布不均匀。

• 周期长（每批 5-7 天）。

• 由于氧化和杂质导致产量低。

3. 现代先进工艺

关键创新

1. 纵向石墨化 (LWG) 技术：

• 带受控气氛（氩气/氮气）的连续垂直炉。

• 优势：

• 加热/冷却速度更快（循环时间：24-48 小时）。

• 节能（~3,500 kWh/吨）。

• 纯度更高（灰分含量 <0.1%）。

1. 感应加热：

• 电磁感应炉可精确控制温度。

• 降低热应力并提高结晶度。

1. 连续石墨化反应器：

• 带自动进料的旋转管式炉。

• 通过 AI 和 IoT 传感器进行实时监控。

设备

• 现代炉:

• LWG 炉（例如西门子式）。

• 感应石墨化炉。

• 带惰性气体保护的隧道窑。

• 辅助系统:

• 气体净化装置（去除 HCl/Cl₂）。

• 高效除尘器。

4. 技术参数

CTE：热膨胀系数

5. 主要挑战与解决方案

1. 温度均匀性：

• 问题：传统炉中的热点/冷区。

• 解决方案：多区域感应加热 + 基于 AI 的热管理。

1. 能源效率：

• 解决方案：废热回收系统（例如预热原料）。

1. 氧化和污染：

• 解决方案：惰性气体保护（N₂/Ar）和真空炉。

1. 原料质量：

• 要求：低硫（<0.5%）和金属（Ni、V <50 ppm）。

• 创新：使用催化添加剂的高级煅烧。

6. 操作步骤（现代工艺）

1. 原料制备：

• 粗焦 → 煅烧（1,400°C）→ 粉碎（D50：10–20 μm）。

1. 炉料：

• 使用石墨坩埚自动将材料送入 LWG 炉。

1. 石墨化：

• 以 100°C/小时的速度升温至 2,800°C；保持 10-15 小时。

1. 冷却和提取：

• 在惰性气体下进行控制冷却（50°C/小时）。

1. 后处理：

• 研磨、筛分和表面涂层（沥青/化学气相沉积）。

7. 未来趋势

• 微波石墨化：超快速加热（<1 小时），具有目标能量。

• 可持续工艺：氢气作为还原剂，减少二氧化碳排放。

• 纳米结构 GPC：增强电池的电化学性能。

8. 江西豫达：开创石墨化石油焦的未来

在江西豫达，我们不仅仅是石墨化石油焦的制造商——我们是创新者、工程师和梦想家，致力于重新定义先进碳材料的界限。凭借数十年的专业知识和对卓越的不懈追求，我们已成为高性能 GPC 生产的全球领导者，为钢铁、铸造等行业提供动力。