СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДНОЙ МАССЫ
METHOD OF PRODUCING BINDER FOR ELECTRODE MASS

Способ относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к альтернативному получению связующего для производства электродной массы.
Известен способ производства анодной массы (патент РФ № 2080418, C25C 3/12, 27.05.97), заключающийся в том, что в производстве анодной массы в качестве углеродсодержащего связующего используют гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1-2:1. Смешивание каменноугольного пека с нефтяным пеком выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю из расчета 1-3-кратного обмена общим потоком в турбулентном режиме.
Недостатком данного способа является сложность его реального технологического осуществления, так как авторы, заявляя для гомогенной смеси достаточно широкий диапазон соотношений различных пеков (19:1-2:1), не конкретизировали, по какому принципу выбирается то или иное соотношение, по какому параметру осуществляется контроль, на стабилизацию какого технологического показателя направлена заявленная технология.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства анодной массы (патент RU №2196192, дата публикации 2003.01.10, МПК C25C 3/12), включающий подготовку шихты из пековых и/или нефтяных коксов, термостатирование, гомогенизацию углеводородного связующего из смеси каменноугольных и/или нефтяных пеков, дозирование коксов и пеков и смешивание их при нагреве.
Широкого распространения использование нефтяных пеков не получило, так как нефтяной пек обладает низкими пластифицирующими и спекающими свойствами из-за низкого коксового остатка, что затрудняет смешивание пека с коксовой шихтой и прессование коксопековой композиции, так же высокое содержание серы и связанного с нею ванадия в альтернативных пеках увеличивало экологические и технологические риски в производстве.
Задачей изобретения является разработка технологии смешения, обеспечивающей не только однородность конечного продукта, но и его химическую гомогенность на молекулярном уровне, а также снижение расхода каменноугольного пека при производстве анодной массы и выбросов канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), источником которых и является каменноугольный пек.
Достигается это тем, что в способе получения связующего для анодной массы, включающем подготовку шихты из продуктов нефтепереработки, термоокисление и гомогенизацию, согласно изобретению, подготовку шихты осуществляют путем предварительного термоокисления и гомогенизации продукта нефтепереработки тяжелой смолы пиролиза при температуре 170-200°С в гидроударно-кавитационном импульсном эмульгаторе с частотой импульсов обработки 9,5 тыс об/сек в течение 3-4 часов, затем добавляют каменноугольный пек в соотношении 1:1 и проводят совместное перемешивание там же при температуре 200-250°С в течение 4-5 часов.
Тяжелая смола пиролиза обладает высоким содержанием ароматических углеводородов, высоким значением коксуемости 14-16%, склонностью к реакциям уплотнения с образованием продуктов, обладающих высокими связующими и спекающими свойствами.
Предлагается технология смешения с использованием следующих устройств: для интенсивного смешивания тяжелой смолы пиролиза и каменноугольного пека, а также коксообразующих добавок используется центробежный гидроударно-кавитационный эмульгатор с генерацией импульсов частотой 2-10 кГц, с которым через пекопровод соединена рециркуляционная емкость для загрузки и снятия пробы. Конструктивно данная установка собрана в лабораторных условиях на базе центробежного одноступенчатого насоса.
3
Наличие эмульгатора с плавной регулировкой частоты вращения обеспечивает интенсивное разрушение углерод-углеродных связей алифатических молекул с одновременным окислительным дегидрированием, что приводит к конденсации радикалов в ароматические соединения и увеличению коксового остатка. Предварительное термоокисление тяжелой смолы пиролиза производится при температуре 170-200°С в течение 3-4 часов, т.к. именно при данной температуре и времени проявляются значительные изменения свойств смолы, таких как: повышение вязкости с 2 до 200 сП, плотности с 1,046 до 1,078 г/см, коксового остатка с 9,1 до 14,3%, а также выхода легких фракций, которые препятствуют достижению оптимального температурного диапазона для совместного окисления ТСП и КУП. Поэтому проведена предварительная подготовка смолы термоокислением. Совместное термоокисление тяжелой смолы пиролиза и каменноугольного пека производим при температуре 200-250°С в течение 4-5 часов, т.к. именно такая температура и время обеспечивают увеличение коксообразующих свойств (содержание а-фракции с 15,3 до 31,1% и коксового остатка с 38,6 до 50,2%) с сохранением вязкости продукта, приемлемой для технологии, а также гомогенизацию конечного продукта. Дальнейшее увеличение времени и температуры приводит к повышению вязкости, плотности, а следовательно, и к закоксованию смеси, чего нельзя допустить в данных технологиях.
Способ осуществляют следующим образом.
Тяжелая смола пиролиза (ТСП) заливается в рециркуляционную емкость гидроударно-кавитационного эмульгатора с подачей воздуха 100-200 л/ч с частотой импульсов обработки 9,5 тыс об/сек, и с помощью нагревателей разогревается до температуры 170-200°С, происходит окисление смолы в течение 3-4 часов. После окисления смолы (повышения вязкости и плотности) производим загрузку каменноугольного пека при соотношении смолы и пека 1:1 в емкость, и производим совместное перемешивание при температуре 200-250°С в течение 4-5 часов, по истечению которых свойства массы стабилизируются и получается связующее.
Представленная технология получения связующего для электродной массы позволяет:
- уменьшить расход каменноугольного пека;
- снизить количество выбросов канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), источником которых и является каменноугольный пек;
- обеспечить получение не только однородности конечного продукта, но и его химическую гомогенность на молекулярном уровне.