Микропористый углеродный кирпич заводы

Речь сейчас везде идет о новых материалах для электролиза, и логично, что кирпич из микропористого углерода занимает центральное место. Но часто вижу некоторую наивность в оценках, как будто это просто 'большой углеродный блок'. На самом деле, это химия, физика и огромный опыт в области углеродных материалов. Попытаюсь поделиться своими наблюдениями, в том числе и о тех моментах, где, казалось бы, все четко, а потом возникают неожиданные трудности. Посмотрим, что получается, и что еще нужно улучшить на наших заводах.

Что такое микропористый углеродный кирпич и зачем он нужен?

Начнем с basics. Микропористый углеродный кирпич - это не просто спрессованный уголь. Это сложная структура, созданная с целью максимизации поверхности. Это критически важно для электролиза алюминия. Чем больше площадь контакта анода с электролитом, тем выше эффективность процесса и ниже энергозатраты. Мы часто сталкиваемся с тем, что производители сосредотачиваются только на углеродном материале, забывая о структуре пор, их распределении и размере. Это, как минимум, снижает эффективность.

Основная задача – добиться высокой пористости (обычно 80-95%), равномерного распределения пор и контролируемого размера пор. Это достигается различными методами – от пиролиза биомассы до химического осаждения из газовой фазы (CVD). Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, свои особенности обработки и свои требования к сырью. Мы в ООО Шаньси Санли Углерод активно используем различные подходы, отталкиваясь от конкретных требований заказчика к конечному продукту.

И вот тут возникает первая проблема: совсем разные требования к кирпичу для разных конфигураций электролизеров. Кирпич для нижних блоков (lower blocks) должен обладать высокой механической прочностью, чтобы выдерживать давление электролита, а кирпич для боковых и угловых блоков – высокой электропроводностью и устойчивостью к коррозии. И, конечно, необходимо учитывать специфику используемой катодной пасты.

Производственные процессы: от сырья до готового продукта

По сути, весь процесс можно разделить на несколько ключевых этапов. Первый – это подготовка сырья. Используется, как правило, углеродсодержащее сырье: древесная щепа, кокосовая скорлупа, пульпа от переработки биомассы. Важно контролировать состав сырья, т.к. это напрямую влияет на свойства конечного продукта. Некачественное сырье приводит к образованию большого количества примесей и снижению электропроводности кирпича из микропористого углерода. Мы постоянно работаем над оптимизацией состава сырья и внедряем систему контроля качества на каждом этапе.

Следующий этап – это активация. Это критически важный процесс, в ходе которого создается структура микропор. Используются различные активаторы: CO2, H2O, steam. Интенсивность активации, температура и время обработки – все это параметры, которые необходимо тщательно контролировать. Слишком сильная активация может привести к разрушению структуры, а слишком слабая – к недостаточной пористости. Мы экспериментируем с разными режимами активации, стремясь найти оптимальный баланс.

Затем происходит формирование кирпича. Это может быть прессование, формование методом экструзии или другие методы. Важно обеспечить равномерное распределение углерода и активатора в брикете и избежать образования трещин и пустот. После формирования кирпич проходит обжиг в контролируемой атмосфере. Температура и время обжига – еще один важный параметр, который влияет на свойства конечного продукта. Неправильный обжиг может привести к деформации, снижению электропроводности и ухудшению механической прочности углеродных блоков.

Проблемы масштабирования и контроля качества

Переход от лабораторных образцов к промышленному производству всегда связан с определенными трудностями. Особенно это касается производства микропористого углеродного кирпича, т.к. необходимо обеспечить воспроизводимость процесса и стабильность качества. В частности, мы столкнулись с проблемой неоднородности структуры пор в больших партиях продукции. Причина, как правило, кроется в неравномерном распределении температуры и давления в печи обжига. Для решения этой проблемы мы внедрили систему автоматического контроля и управления температурой и давлением, а также оптимизировали конструкцию печи.

Контроль качества – это отдельная тема. Недостаточно просто измерить электропроводность и пористость. Необходимо проводить комплексный анализ материала, включающий в себя микроскопическое исследование структуры пор, определение химического состава и механических свойств. Мы используем различные методы анализа: сканирующую электронную микроскопию (SEM), рентгеновскую дифракцию (XRD), термогравиметрический анализ (TGA).

Важно отметить, что качество сырья играет огромную роль. Некачественное сырье, с большим содержанием примесей, требует более сложной и дорогостоящей обработки, а конечный продукт все равно может оказаться ненадлежащего качества.

Практический опыт: попытки и ошибки

Мы однажды пытались использовать метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) для производства углеродных кирпичей. Теоретически, это очень перспективный метод, позволяющий получать материалы с очень однородной структурой пор. Но на практике оказалось, что этот метод очень сложен в управлении и требует специального оборудования и квалифицированного персонала. Кроме того, стоимость оборудования и сырья была слишком высокой. В итоге мы отказались от этого метода и вернулись к более традиционным способам производства.

Еще одна интересная попытка – это использование 3D-печати для создания кирпичей из микропористого углерода. Это позволило нам создавать сложные геометрические формы и оптимизировать структуру пор. Но 3D-печать оказалась слишком медленной и дорогой для промышленного производства. Кроме того, качество материала, полученного с помощью 3D-печати, было не всегда стабильным.

В итоге, мы пришли к выводу, что оптимальным решением является сочетание различных методов производства, с учетом конкретных требований к конечному продукту. И, конечно, постоянная работа над оптимизацией процессов и улучшением качества сырья.

Перспективы развития

Я уверен, что производство кирпича из микропористого углерода – это перспективное направление. С развитием технологий электролиза алюминия и увеличением спроса на энергоэффективные материалы, рынок углеродных блоков будет расти. Мы планируем расширять производственные мощности, внедрять новые технологии и совершенствовать существующие процессы. Особое внимание будем уделять автоматизации производства и внедрению системы контроля качества на каждом этапе. Также, активное исследование и внедрение новых видов сырья – это ключ к снижению себестоимости продукции и повышению ее конкурентоспособности.

В будущем, нам предстоит решить еще много задач: улучшить механические свойства кирпича, повысить его устойчивость к коррозии, снизить стоимость производства. Но я уверен, что у нас есть все необходимые ресурсы и опыт для достижения этой цели.