Procédé de fabrication d'agglomérés en carbone. La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'agglomérés en car bone.
Elle a pour but de procurer des agglomé rés en carbone de très haute pureté et ayant, pour autant que de besoin, une forte com pacité.
A cet effet, un hydrocarbure gazeux est soumis à décomposition thermique dans une enceinte dont la paroi interne demeure inerte en présence de carbone, le dépôt produit par cette opération est ensuite recueilli, broyé et imprégné d'un liant carboné à fort pouvoir agglutinant, après quoi le mélange ainsi ob tenu est successivement malaxé, mis sous forme compacte, séché à une température inférieure à 120 C, fortement comprimé à chaud à moins de 250 C pour former un agglomérat, celui-ci est refroidi sous pression incomplètement, soumis à un séchage com plet sous une température de plus en plus élevée et progressivement croissante entre 100 et 200 C, cuit lentement jusqu'à cokéfaction du liant susdit et refroidi lentement.
L'invention est décrite ci-après dans une réalisation détaillée.
Un hydrocarbure gazeux est soumis à dé composition thermique dans une enceinte, par exemple un four, dont la paroi interne demeure, à. l'occasion de la chauffe, inerte en présence du carbone dégagé. De préférence, on emploiera du méthane qui sera traité dans un four intérieurement revêtu de gra phite industriel de meilleure qualité ou d'un réfractaire tel due l'alumine. L'hydrocarbure utilisé sera avantageusement purifié préa lablement. Pour sa décomposition, le méthane est porté à une température supérieure à 1350 C.
Il se produit ainsi, sur la paroi du four; un dépôt de coke de gaz ou graphite de cornue présentant une très grande pureté et un degré de graphitisation avancé. Ainsi, la teneur en cendre de ce dépôt est inférieure à un cent-millième de son poids. Du carbone amorphe ou noir de fumée est également pro duit dans les parties les plus froides du four; on peut également 1e recueillir. Tout le dé pôt est repris, broyé et amené à bonne com position granulométrique, ces opérations étant effectuées au moyen d'engins ne pou vant nuire à la pureté de la matière traitée. Le broyage sera, par exemple, réalisé pour obtenir un produit passant au tamis de 50 mailles, mais dont un tiers environ est retenu au tamis de 100 mailles.
Ce produit est imprégné d'un liant carboné à fort pou voir agglutinant. Ce liant sera, avantageuse ment, -un goudron épuré. Ce dernier peut être épuré par distillation sous vide ou entraînement de vapeur ou encore dissolu tion dans un dissolvant organique tel que le benzol ou la pyridine, l'opération étant suivie d'un filtrage et d'une distillation fractionnée du produit filtré.
La quantité de liant est de l'ordre de 20 à 30 % de celle du carbone traité. Le mélange obtenu est malaxé et mis sous forme compacte, après avoir été, pour autant que nécessaire, fluidifié par une addi tion de dissolvant, en l'occurrence de l'huile de goudron ou de la pyridine de préférence. La, mise sous forme compacte est effectuée en passant à plusieurs reprises, dans une presse à filière, le mélange susdit pour obtenir des boudins d'aspect homogène.
Ceux-ci sont ensuite séchés à une température inférieure à 120 C, par exemple dans une étuve où on les laisse séjourner pendant quelque 24 heures. Les boudins se débarrassent ainsi de leurs matières les plus volatiles. Ils sont alors forte ment comprimés à chaud à moins de 250 C et sous des pressions de l'ordre de 500 kg par cm2 pour former des agglomérats. La température nécessaire est naturellement fonction du degré de siccité préalable. Les agglomérats formés sont ramenés, sous pres sion, à refroidissement incomplet pour être extraits aisément de l'appareil de compres sion. A ce stade du procédé, le liant est soli difié.
Les agglomérats sont ensuite soumis à un . séchage prolongé, à une température qui atteint 200 C; ce séchage est progressif entre 100 et 200 C pour permettre un dégagement lent des matières volatiles et éviter ainsi la fissuration desdits agglomérats. Ceux-ci sont alors cuits lentement jusqu'à cokéfaction du liant et refroidis lentement dans le four de cuisson.
A ce stade de la fabrication, le produit obtenu, qui est un carbone de très haute pureté, peut servir à la confection d'objets divers: électrodes, briques, etc.
Mais il est avantageux de procéder à la graphitation des agglomérats de carbone pur par chauffage prolongé au four électrique à des températures de l'ordre de 2500 à 3000 C. On obtient alors un produit final dont la den sité apparente se situe entre 1,4 et 1,7 sui vant la composition granulométrique du mé lange, le malaxage et autres conditions opéra toires particulières. Il va de soi que les dépôts de coke de gaz et noir de f Lunée peuvent être recueillis séparément. Le coke de gaz, d'une part, et le noir de fumée, d'autre part, peuvent être traités suivant le procédé décrit ci-avant. Mais les agglomérats obtenus à partir du noir de fumée présentent souvent des fissures sur venant au cours des opérations.
Il est alors indiqué de broyer ces agglomérats et de les traiter à nouveau, isolément ou en mélange avec du noir de fumée, conformément audit procédé.
On pourrait, évidemment, former des agglomérats au moyen de moules.
Process for manufacturing carbon agglomerates. The present invention relates to a process for manufacturing carbon agglomerates.
Its aim is to provide carbon-res agglomerates of very high purity and having, as far as necessary, high compactness.
To this end, a gaseous hydrocarbon is subjected to thermal decomposition in an enclosure whose internal wall remains inert in the presence of carbon, the deposit produced by this operation is then collected, crushed and impregnated with a carbonaceous binder with high binding power, after which the mixture thus obtained is successively kneaded, compacted, dried at a temperature below 120 C, strongly hot compressed to less than 250 C to form an agglomerate, the latter is cooled under pressure incompletely, subjected to a complete drying under an increasingly high and gradually increasing temperature between 100 and 200 C, slowly cooked until coking of the aforesaid binder and slowly cooled.
The invention is described below in a detailed embodiment.
A gaseous hydrocarbon is subjected to thermal decomposition in an enclosure, for example a furnace, the inner wall of which remains at. the occasion of heating, inert in the presence of the carbon released. Preferably, methane will be employed which will be treated in a furnace lined with better quality industrial graphite or with a refractory such as alumina. The hydrocarbon used will advantageously be purified beforehand. For its decomposition, methane is brought to a temperature above 1350 C.
It happens thus, on the wall of the furnace; a deposit of gas coke or retort graphite having a very high purity and an advanced degree of graphitization. Thus, the ash content of this deposit is less than one hundred thousandth of its weight. Amorphous or carbon black carbon is also produced in the cooler parts of the oven; it can also be collected. All the deposit is taken up, crushed and brought to a good particle size composition, these operations being carried out by means of machinery which cannot harm the purity of the material treated. The grinding will, for example, be carried out to obtain a product passing through a 50 mesh sieve, but about a third of which is retained in a 100 mesh sieve.
This product is impregnated with a carbonaceous binder with a strong clumping power. This binder will advantageously be a purified tar. The latter can be purified by vacuum distillation or steam entrainment or else dissolution in an organic solvent such as benzol or pyridine, the operation being followed by filtering and fractional distillation of the filtered product.
The amount of binder is of the order of 20 to 30% of that of the treated carbon. The mixture obtained is kneaded and put into compact form, after having been, as far as necessary, fluidized by an addition of solvent, in this case tar oil or preferably pyridine. The compacting is carried out by passing the aforementioned mixture several times through a die press to obtain strands of homogeneous appearance.
These are then dried at a temperature below 120 ° C., for example in an oven where they are left to stay for some 24 hours. The sausages thus get rid of their most volatile materials. They are then strongly hot-compressed to less than 250 ° C. and under pressures of the order of 500 kg per cm 2 to form agglomerates. The temperature required is naturally a function of the degree of previous dryness. The agglomerates formed are brought back, under pressure, to incomplete cooling in order to be easily extracted from the compression apparatus. At this stage of the process, the binder is solidified.
The agglomerates are then subjected to a. prolonged drying, at a temperature which reaches 200 C; this drying is gradual between 100 and 200 C to allow a slow release of volatile materials and thus prevent cracking of said agglomerates. These are then slowly cooked until the binder has coked and slowly cooled in the baking oven.
At this stage of manufacture, the product obtained, which is a very high purity carbon, can be used for making various objects: electrodes, bricks, etc.
However, it is advantageous to proceed with the graphitation of the agglomerates of pure carbon by prolonged heating in an electric furnace at temperatures of the order of 2500 to 3000 C. A final product is then obtained whose apparent density is between 1.4 and 1.7 depending on the particle size composition of the mixture, the mixing and other specific operating conditions. It goes without saying that the gas coke and black deposits of Lunée can be collected separately. The gas coke, on the one hand, and the carbon black, on the other hand, can be treated according to the process described above. But the agglomerates obtained from the carbon black often show cracks on coming during operations.
It is then advisable to grind these agglomerates and to treat them again, alone or as a mixture with carbon black, in accordance with said process.
One could, of course, form agglomerates by means of molds.