Патент 2088694

Способ получения анодной массы

 

Изобретение относится к получению углеродных материалов и может быть использовано в процессах электролиза с расходуемым самообжигающимся угольным анодом, в частности в производстве алюминия. Способ получения анодной массы заключается в том, что в анодную массу, содержащую прокаленный электронный кокс и каменноугольный пек, добавляют адсорбенты со средним радиусом пор в интервале 2,6 -3,7 нм. В качестве добавки используют активированные угли при содержание в пеке 3,0-5,0 мас.%. Перед смешением с коксом добавку вводят в пек и выдерживают при 175-290 oC в течение 1,5-2,0 ч. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к получению углеродных материалов и может быть использовано в процессах электролиза с расходуемым самообжигающимся угольным анодом, в частности в производстве алюминия.

Известно, что для производства электродов используется масса, состоящая из 70-73 прокаленного нефтяного или угольного кокса и 27- 30каменного пека [1] Для получения обожженного электрода требуется 20-22 пека. Пек играет роль связующего и придает анодной массе необходимые пластические и текучие свойства. При использование электролизеров с самообжигающимся электродом формирование электрода происходит путем опускания анодной массы в стальном кожухе в электролизную ванну. При этом температура анодной массы повышается от 100oC вверху до 950-970oC при контакте с электролитом. В средней и нижней частях анода происходит карбонизация и графитизация массы и формирование собственно электрода. С верхней части жидкой анодной массы вместе с анодными газами происходит выделение паров и аэрозолей смолистых веществ, в том числе канцерогенных полициклических ароматических углеводов (ПАУ), входящих в состав пека. Пек содержит более 50% ПАУ и характеризуется выходом летучих веществ до 60% [2] Содержание канцерогенных ПАУ в каменноугольном пеке, в частности бенз(а)пирена может составить 2,0-10,0 в связи с чем эмиссия этих соединений в атмосферу достигает значительных величин.

Для снижения выделения смолистых веществ, в том числе канцерогенных, при формирование анодов алюминиевых электролизеров анодную массу после загрузки в стальной кожух покрывают слоем низкомолекулярных кремнийорганических соединений, в качестве которых используют жидкие металлоорганические соединения-полиэтилсилоксан и полиметилсилоксан. При увеличение толщины защитного слоя от 1 до 10 мм снижение выделения смолистых веществ с поверхности анода составляет 31,6-81,6 Недостатками данного технического решения являются большой расход дорогого полиэтилсилоксана (22,2 кг на один электрод при толщине слоя 1 мм) и невозможность полного удаления канцерогенных веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, в котором для уменьшения количества выделяющихся с поверхности жидкости анодной массы канцерогенных веществ в состав анодной массы, включающей основные компоненты - каменноугольный пек (связующее) и электродный кокс (наполнитель), вводят растворитель (0,5-4,5%) с температурой кипения 150-350oC (например, поглотительное масло). Введение такой добавки улучшает пластические свойства анодной массы, что позволяет уменьшить количество связующего пека с 26-33 до минимально допустимого содержания 20-24% и, как следствие, снизить выделение смолистых веществ.

К недостаткам следует отнести то, что введение растворителя не обеспечивает максимально возможного снижения выброса канцерогенных ПАУ, содержащихся в пеке и выделяющихся из жидкой части анодной массы. Способ выбран за прототип.

Целью изобретения, является снижение эмиссии канцерогенных ПАУ (бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена) в процессах электролиза с самообжигающимися анодами.

Это достигается тем, что в анодную массу, содержащую кокс и каменноугольный пек, добавляют адсорбенты со средним радиусом пор 2,6-3,7 нм. Другим отличием является то, что в качестве добавки используют активированный уголь при его содержание в пеке 3,0-5,0 Перед смешением с коксом добавку сначала вводят в пек и выдерживают при температуре 175-290oC в течение 1,5-2,0 ч.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем.

При введение в пек адсорбента, размеры которого соответствуют динамическому размеру молекул ПАУ, протекает избирательная адсорбция канцерогенных ПАУ; в частности бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена, т.е. происходит извлечение этих соединений из состава пека. В результате этого канцерогенные ПАУ, ранее содержащиеся в пеке, удерживаются адсорбентом в составе анодной массы до более высоких температур, чем без адсорбента и не выделяются в газовую среду в ходе формирования анода в электролизе. Кроме того, за счет увеличения времени пребывания ПАУ в зоне формирования анода повышается степень из карбонизации и графитизации. В качестве добавки предпочтительно использование низкозольных активированных углей, поскольку такие угли не будут вносить примесей, ухудшающих качество электрода.

Сущность предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В стеклянную ампулу помещают 90,0-99,0 г сухого каменноугольного среднетемпературного пека марки Б с температурой размягчения 70oC (содержание бенз(а)пирена 2,8 и бенз(а)антрацена 4,3%) и 1,0-10,0 г адсорбента. Смесь нагревают в изотермическом режиме до 175-290oC и выдерживают в течение 1,0-2,0 ч. Затем пек отделяют и анализируют на содержание бенз(а)пирена (Б(а)П и бенз(а)антрацена (Б(а)А) спектрофотометрическим методом. Результаты измерения приведены в таблице.

Пример 2. Обработку пека проводят как в примере 1, после чего смесь охлаждают до 80oC, добавляют прокаленный кокс и перемешивают. Ампулы нагревают до 300oC и выдерживают 1,0 ч при этой температуре. Выделившийся в ходе эксперимента ПАУ улавливают охлаждаемым фильтром, вставленным в открытый конец ампулы. При степени извлечения бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена из пека 90-100% выделения паров этих соединений в газовую фазу не наблюдалось.

Таким образом, высокой изобретательной способностью в отношение канцерогенных составляющих пека бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена обладают адсорбенты со средним радиусом пор 2,6-3,7 нм. Уменьшение или увеличения размера пор относительно оптимального приводит к потере адсорбционной способности по отношению к бенз(а)пирену и бенз(а)антрацену. В присутствие адсорбентов с оптимальной пористой структурой наблюдается рост степени извлечения бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена при увеличение времени адсорбции или содержание адсорбента в пеке. Оптимальное содержание адсорбента в пеке составляет 3,0-5,0% поскольку введение большего количества добавки не приводит к существенному повышению степени извлечения канцерогенных ПАУ. Повышение температуры адсорбции также увеличивает степень извлечения бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена.

Введение в состав однородной массы активных углей не оказывает заметное влияния на качественные характеристики однородных масс и обеспечивает сохранение высоких физико-механических показателей. Применение данного технического решения позволяет практически полностью устранить эмиссию канцерогенных ПАУ бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена и тем самым снизить степень загрязнения окружающей среды.

Формула изобретения

1. Способ получения анодной массы, включающий смешение прокаленного электродного кокса, каменноугольного пека и добавки, отличающийся тем, что в качестве добавки используют адсорбенты со средним радиусом пор в интервале 2,6 3,7 нм, которые вводят в пек перед смешением с коксом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют активированные угли при содержании в пеке 3 5 мас.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что смесь пека с добавкой выдерживают при 175 290oС в течение 1,5 2,0 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1