Способ получения расширенного графита и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области получения расширенного графита, применяемого при изготовлении гибких элементов для машиностроения, теплоизоляции для высокотемпературных печей и в других отраслях техники. Цель изобретения состоит в повышении производительности процесса. Для достижения цели порошок окисленного графита подают в подогретый до 100 - 200С поток газа-носителя (воздуха или азота), расширяют поток в 10 - 25 раз с одновременной термообработкой до 600 - 1000С. Устройство для осуществления способа, содержащее обогреваемую цилиндрическую камеру, средства для подачи окисленного графита и удаления расширенного, дополнительно снабжено последовательно установленными и соединенными подогревателем газа-носителя, емкостью для смешения окисленного графита с подогретым газом-носителем и трубкой для подачи смеси окисленного графита с газом-носителем в цилиндрическую камеру. Нижний торец трубки установлен на расстоянии от нижнего торца камеры, равном 0,3 - 0,5 ее высоты, при отношении внутреннего диаметра камеры к внутреннему диаметру трубки 3,16 - 5. Производительность процесса 2,8 - 8 кг/ч, плотность расширенного графита 0,002 - 0,01 г/см³. 2 с. п. ф-лы, 1 з. п. ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к области получения расширенного графита, применяемого при изготовлении гибких элементов для машиностроения, теплоизоляции для электротехники и других отраслей. Цель изобретения заключается в повышении производительности. На чертеже представлена схема устройства для получения расширенного графита. Устройство содержит цилиндрическую камеру 1 с электронагревателем 2, последовательно установленные и соединенные источник сжатого газа 3 с расходомером газа 4, подогреватель газа-носителя 5, смеситель 6 газа-носителя с окисленным графитом с установленным на нем питателем 7 окисленного графита и трубку 8 для подачи смеси окисленного графита с подогретым газом-носителем в цилиндрическую камеру, приемник-накопитель 9 для расширенного графита, снабженный газопроницаемой мембраной 10. Устройство работает следующим образом. Высушенный окисленный графит загружают в шнековый питатель 7. Газ-носитель подают от источника сжатого газа - компрессор или баллон (3) через подогреватель газа 5 в смеситель 6, где окисленный графит смешивается с подогретым до 100-200^оС газом-носителем. Из смесителя смесь окисленного графита с подогретым газом-носителем подают в трубку 8, установленную по оси цилиндрической камеры 1, нагреваемую до 600-1000^оС. Окисленный графит, распыленный в потоке газа-носителя, нагревается с высокой скоростью, вспенивается и выбрасывается из трубки в цилиндрическую камеру. На этой стадии термообработки происходит резкое расширение потока газа-носителя с графитом, обеспечивающее дополнительный эффект вспенивания графита. Далее вспененный материал выносится расширенным потоком газа-носителя из цилиндрической камеры и попадает в приемник-накопитель 9, снабженный газопроницаемой мембраной 10 для отделения газа-носителя и дымовых газов. П р и м е р 1. 1 кг графита марки ГСМ (ГОСТ 18191-78) дисперсностью более 50 мкм загружают в кислотостойкий реактор и обрабатывают 2 л концентрированной Н₂SO₄ (d = 1,83 г/см³) и 150 г К₂Cr₂O₇ в течение 30 мин при перемешивании. Затем добавляют 10 л холодной воды, перемешивают и отфильтровывают окисленный графит с одновременным промыванием горячей воды до нейтральной реакции фильтрата и высушивают. Окисленный графит, содержащий ионы SO₄^2-, HSO₄^- и поверхностные гидроксильные и карбоксильные группы, загружают в шнековый питатель и подают со скоростью 3 кг/ч в емкость-смеситель, где окисленный графит смешивают с подогретым до 200^оС газом-носителем (воздухом, расход 0,6 л/с) при отношении расхода окисленного графита к расходу газа, равном 1. Смесь окисленного графита и газа-носителя подают в трубку диаметром (d_т) 10 мм, установленную нижним торцом на расстоянии 0,3 высоты камеры от нижнего торца камеры диаметром (d_к) 50 мм. Высота камеры h_к 900 мм, температура камеры 600^оС. Окисленный графит, распыленный в потоке газа, нагревается до 600^оС, вспенивается и выносится из трубки в камеру. В момент выброса материала из трубки в камеру происходит расширение потока газа с материалом в 25 раз. Материал, попав в рабочее пространство камеры, дополнительно расширяется за счет расширения потока и перепада давления в нем и выносится в приемник-накопитель, где расширенный графит освобождается от газа-носителя и дымовых газов, выделяющихся при термообработке. Время термообработки 20 мин. Плотность расширенного графита 0,01 г/см³. Производительность процесса 3 кг/ч. П р и м е р 2. 1 кг графита марки ГСМ дисперсностью 50 мкм загружают в реактор и обрабатывают смесью концентрированной Н₂SO₄ (2 л) и (NH₄)₂S₂O₈ (200 г) в течение 20 мин при перемешивании. Затем разбавляют 10 л холодной воды, отфильтровывают окисленный графит и высушивают. Далее загружают в питатель, смешивают с подогретым до 150^oС газом-носителем (азотом) при расходе окисленного графита 6 кг/ч и расходе газа 0,6 л/с. Отношение расхода окисленного графита к газу 2. Смесь подают в трубку диаметром 15,8 мм и термообрабатывают при 1000^оС. Диаметр камеры 50 мм, высота камеры 1000 мм, расстояние от нижнего торца трубки до нижнего торца камеры составляет 0,5 высоты камеры. Окисленный графит нагревается до 1000^оС, вспенивается и выбрасывается из трубки в камеру (при этом происходит расширение потока в 10 раз), дополнительно вспенивается в рабочей зоне камеры, выносится из камеры и накапливается в приемнике-накопителе. Время термообработки 10 мин. Плотность расширенного графита 0,003 г/см³. Степень расширения 330. Производительность 6 кг/ч. П р и м е р 3. 1 кг графита марки ГСМ обрабатывают, как в примере 1, за исключением того, что газ-носитель (воздух) подогревают до 100^оС, смешивают с окисленным графитом при расходе окисленного графита 2,5 кг/ч, расходе газа 0,19 л/с (отношение 1,5), подают смесь в трубку (d_т - 11,2, d_к - 50, h_к - 600 мм), нижний торец трубки находится на расстоянии 0,4 высоты камеры, и термообрабатывают при температуре 800^оС. На конечной стадии термообработки получают расширенный графит с плотностью 0,006 г/см³. Степень расширения графита 165. Производительность 2,5 кг/ч. Время термообработки 1 кг графита 2,4 мин. П р и м е р 4. 1 кг графита марки ГСМ обрабатывают, как в примере 1, за исключением того, что расход окисленного графита составляет 8 кг/ч, расход газа-носителя (азота) - 0,8 л/с (отношение 2: 1), температура газа - 200^оС. Смесь подают в трубку (d_т 15,8 мм, d_к - 50 мм, h_к - 900 мм, расстояние от торца трубки до торца камеры 0,35) и термообрабатывают при 900^оС (расширение потока на конечной стадии термообработки 10 раз). Время термообработки 7,5 мин. Получают 1 кг расширенного графита с плотностью 0,004 г/см³. Степень расширения 250. Производительность 8 кг/ч. П р и м е р 5. Проводят всю обработку 1 кг графита ГСМ, как в примере 1, за исключением того, что отношение расхода окисленного графита к расходу газа-носителя (азоту) составляет 2. Окисленный графит подают со скоростью 5 кг/ч, а термообработку ведут при 1000^оС при расширении потока газа-носителя с графитом 20 раз. Получают расширенный графит плотностью 0,002 г/см³, степень расширения 500. Время термообработки 1 кг графита - 12 мин. Производительность 5 кг/ч. Потери графита при термообработке на воздухе составляют 2-5% в зависимости от температуры обработки. Использование в качестве газа-носителя азота снижает потери графита при термообработке до 1-1,2% . В таблице представлены результаты опытов при обработке по предложенному способу (1-5), при отклонении от предельных значений предложенного способа (6-9) и по прототипу (10). Как видно из таблицы, отклонение параметров процесса от предложенного способа (примеры 7-9) приводит либо к получению расширенного графита с повышенной плотностью, причем степень расширения уменьшается в 2,5-12,5 раз, либо к снижению производительности процесса в 2,5-8 раз. По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет увеличить производительность процесса в 2-5 раз. Таким образом, использование предложенного способа и устройства обеспечивает повышение производительности процесса, устройство может работать непрерывно в автоматическом режиме, состоит из простых узлов и не требует дорогостоящих материалов на изготовление. Реализуемый устройством принцип расширения потока газа-носителя со вспениваемым материалом обеспечивает достаточную степень расширения графита при сравнительно низких температурах и малых временах термообработки. При необходимости легко можно регулировать газовую среду, в которой осуществляется термообработка. Замена воздуха азотом или другим некислородсодержащим газом уменьшает потери расширенного графита, возникающие за счет его окисления при высоких температурах на воздухе. (56) Фиалков А. С. , Малей Л. С. Некоторые аспекты технологии изготовления расширенного графита. Электроугольные и металлокерамические изделия для электротехники. М. : Энергоатомиздат, 1985, с. 65-72. Патент Франции N 1585066, кл. С 01 В, 1970.

Формула изобретения

1. Способ получения расширенного графита термообработкой порошка окисленного графита в газовой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, порошок окисленного графита предварительно распыляют в потоке газа-носителя, нагретого до 100 - 200^oС с последующей термообработкой распыленной смеси при 600 - 1000^oС и расширением ее в 10 - 25 раз. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют воздух или азот при массовом отношении расхода его и графита 1 : 1 - 2. 3. Устройство для получения расширенного графита, содержащее обогреваемую цилиндрическую камеру, средство для подачи порошка окисленного графита и удаления расширенного графита, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности процесса, оно дополнительно снабжено последовательно установленными и соединенными подогревателем газа-носителя, емкостью для смешения окисленного графита с подогретым газом-носителем и трубкой для подачи смеси окисленного графита с подогретым газом-носителем в цилиндрическую камеру, нижний торец трубки установлен на расстоянии от нижнего торца камеры, равном 0,3 - 0,5 ее высоты, при отношении внутреннего диаметра камеры к внутреннему диаметру трубки 3,16 - 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1