DE2132492C3

DE2132492C3 - Verfahren zur Herstellung von als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen dienendem Mischpulver

Info

Publication number: DE2132492C3
Application number: DE2132492A
Authority: DE
Inventors: Francesco Dias; Hartmut Dr. 5160 Dueren Luhleich; Hubertus Dr. Nickel; Peter Pflaum
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2143742A1; DE2132492A1; JPS5216471B1; DE2132492B2; FR2143742B1; GB1395339A; US4009143A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen, insbesondere von Feinkorngraphiten, dienendem Mischpulver aus einer Mischung von als Füller verwendeten Stoffen, wie gemahlenem Koks, Naturgraphit. Ruß, und einem die Körner oder Partikeln des Füllers umgebenden Bindemittel, wie Pech, Teer, Kunstharz, wobei das Bindemittel zunächst in

mit dem Bindemittelfilm überzogenen Körner oder Partikeln des Fü'Iers durch Dekantieren von der Trägerflüssigkeit abgetrennt und anschließend getrocknet werden.

Nach derartigen Verfahren hergestellte Werkstoffe werden insbesondere bei der Herstellung von Brennelement- oder Bauteilen für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren verwendet. Zu diesem Zweck wird die aus Füller, Bindemittel, Trägerflüssigkeit und Lösungsmittel gebildete Mischung durch Erhitzen auf etwa 800^r· C verkokt und anschließend einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen oder graphitiert.

Bei den zahlreichen, zur Herstellung derartiger Stoffe bekannten Verfahren besteht eine Verfahrensstufe darin, die Körner des Füllers mit einem möglichft gleichmäßigen Film aus Bindemittel zu überziehe ^C(zu vergleichen »Carbon and Graphite Handbook« Charles L. M an teil, Interscience Pubi. New York 1968, S. 266).

Nach diesem bekannten Verfahren wird das Bindemittel im allgemeinen bei einer Temperatur, die oberhalb Raumtemperatur liegt, in mehr oder weniger flüssiger Form erweicht oder zunächst in einem Lösungsmittel gelöst und dann mit den Füllerkörnern mechanisch vermischt. Dies geschieht mittels Rühr- und Knetmaschinen, mit deren Hilfe eine möglichst gleichmäßige Verteilung der beiden wesentlichen Bestandteile innerhalb der gebildeten Masse erreicht werden sol! Diese Verfahren sind jedoch zeitraubend und wegen der Verwendung der zum Rühren und Kneten erforderlichen Einrichtungen verhältnismäßig aufwendig. Wird nach einem bekannten Verfahren das Bindemittel in gelöster Form zugegeben, so muß das Lösungsmittel nach der Vermischung wieder abgedampft werden. Dabei kristallisiert das Bindemittel vorwiegend auf der Oberfläche der Körner des Füllers aus. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß die angestreb'e gleichmäßige Verteilung des Bindemittels auf der Oberfläche der Körner des Füllers nicht zu erreichen ist, da vielmehr im Verlauf des Abdar;.pfprozesses eine Konzentration des Bindemittelf, in bestimmten bevorzugten Bereichen der Oberflächen der Körner de;» Füllers stattfindet.

Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist auch schon die Herstellung von Kunstgraphit oder graphitähnlichen Werkstoffen in der Weise vorgesehen, daß zunächst eine Aufschlämmung des dabei verwendeten Füllers in der Flüssigkeit, in der das Lösungsmittel aufgelöst ist, hergestellt wird. Diese Aufschlämmung wird nach diesem Verfahren sodann in eine Flüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der jedoch das Bindemittel nicht oder nur schwer lösbar i.tf, so eingegeben, daß sich eine Emulsion bildet, worauf die si_h infolgedessen mit dem

gelöst wird, in weicher der Füller anschließend in an sich bekannter Weise aufgeschlämmt wird, worauf die Aufschlämmung zur Bildung eines Binr'emittelfilms auf den Körnern oder Partikeln des Füllers in eine Trägerflüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, wie Wasser, eine sonstige Flüssigkeit oder ein Flüssigkcitsgemisch, eingegeben wird, wobei der Bindemittellösung das Lösungsmittel weitgehend entzogen wird, die Körner oder Partikeln des Füllers mit einer Bindemittelhaut überzogen werden, worauf die eine schlammige Masse bildenden, dadurch eine schlammige Masse bildenden Körner oder Partikeln des Füllers durch Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit zurückgehalten und anschließend getrocknet werden. Der Ablauf dieses Verfahrens ist jedoch diskontinuierlich und bei der Herstellung von größeren Mengen von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen nicht wirtschaftlich genug.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von aus Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen dienendem Mischpulver zu schaffen, das

erheblich wirb-chaftlicher ist als die bisher bekannten Verfahren, bei dem jedoch zugleich gewährleistet wird, daß auch ein für die hohen Anforderungen, wiesie an einem im Kernreaktor verwendeten Werkstoff zu stellen sind, entsprechender Kunstgraphi' hersteli bar wird

Di. . Aufgabe wird bei einem Verfahren de- eingang> .-zeichneten Art dadurch gelöst, daß die Aufschlämmung in einer Mischkammer mittels einer Mischdüse in die Tragerflüssigkeit so eingespritzt wird, daß die Füllerkönier mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es. in stetigem Ablauf große Mengen an Füller und Bindemitteln zu mischen. Diese kontinuierliche Arbeitsweise stellt einen großen Vorzug gegen L. ι*·· den bisher bekannten Verfahren dar. Darübc hinaus ermöglichst das Verfahren gemiiä tk. Γ "indung den Anforderungen in der Praxis, η■■]- · i>indemitteianteile gleichmäßig auf die Korn., aes Füllers zu verteilen, und zwar — wie si ^%. iie/eigt hat — in Abhängigkeit \on der Oberflacne ,' Körner des Füilers bis zu 70 Gewichtsprozeni des Bindemittelanteils.

Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß die in der Mischkammer gcb.idete Mischung aus Füller, Bindemittel. Tragerflüssigkeit und Lösungsmittel durch Erwärmen in eine Form überführt wird, in der die mit dem Bindemittel überzogenen Füllerkörner die Tragerflüssigkeit stark abstoßen, wodurch die Trennung von Schlamm und Trägerflüssi^keit erheblich erleichtert wird. Denn es kann durch Anwendung dieser Maßnahme das ΛιιΓ-rnahlen de-, für die weitere Verwendung anfallend :n Erzeugnisses, das bei dem bisher bekannte·! Verfahren erforderlich war. entfallen. Dadurch wird d;>? Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung weiterhin in beachtlichem Maße erhöht.

Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt zweckmäßig mittels der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung. W ie aus der Zeichnung her irgeht. wird die Aufschlämmung zunächst in dem Behälter A vorgenommen Dabei ist ein Vibrator/? so mit dem Behälter A verbunden, daß durch seine Wirkung verhindert wird, daß sich die ir der Aufschlämmung enthaltenen Körner des Füllers absetzen. Außerdem hai die Tätigkeit des Vibrators/J die weuere Wirkung, daß die an den Oberflächen der Körner haftende Luft abgegeben wird und entweicht. Die Aufschlämmung kann in den Behälter A — wie in der Zeichnung nicht dargestellt ist — kontip'iierlich eingegeben werden. Aus dem Behälter/i gelangt die Aufscniämmung über den Dreiwtgehahn C in die in der Zuleitung D für die Trägerflussigkeit angeordnete Mischdüse E und wird in dem Augenblick, in dem sie mit der Strömung der Trägerflüssigkeit in Berührung kommt, fein verteilt. An dieser Stelle werden die Körner des Füllers somit mit dem Bindemittel überzogen. Außerdem ist an den Dreiwegehahn C über den Hahn G das Gefäß F angeschlossen, das zur Aufnahme des reinen Lösungsmittels bestimmt ist. Dadurch wird ermöglicht, daß durch die Zugabe reinen Lösungsmittels etwaige während des Betriebes auftretende Verstopfungen der Mischdüse/: aiif einfache Weise behoben werden können. Um zu erreichen, daß mit dem Bindemitte! überzogenen Füllerkörner in eine Form überführt werden, daß sie die Trägerflüssigkeit stark abstoßen, wird für den Fall, daß der Mischprozeß mit kalter Tragerflüssigkeit vorgenommen ist, in der Rohrleitung D zur Zuführung der Tragerflüssigkeit eine Erwärmungsstrecke// angeordnet. Als geeignete Einrichtung hierfür kann beispielsweise eine sich über ίο einen bestimmten vorgegebenen Rohrabschnitt der Rohrleitung D erstreckende Heizspirale vorgesehen werden.

Beim Durchlaufen der Erwärmungsstrecke H erfolgt eine Umwandlung innerhalb des Schlamms, was durch Änderung der Färbung des Schlamms erkennbar wird, infoige dieser Umwandlung wird die Trennung von Schlamm und Trägerflüssigkeit erleichtert. Im Anschluß daran werden die Festbestandteile des bei dem Verfahren gemäß der Erfindung gebilüeten Gemischs mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Dekanters oder Filters vom Hauptteil der Flüssigkeit abgetrennt. Sie we^-den dann entweder im trockenen oder feuchten Zustar' je nach dem gewünschten Zustand je nach dem gewünschten Veras wendungszweck weiterverarbeitet, d. h. gepreßi, eingeschlämmt oder gesintert.

Ausführungsbeispiel

Es wurden A kg Füller mit 4 kg Bindemittel gemischt, bei dem der Anteil des Bindemittels 4Ü Gewichtsprozent der Zusammensetzung betrug. Als Lösungsmittel für das Bindemitte! wurde Methanoi und als Trägerflüssigkeit Wasser verwendet. Dabei wurde als Füller ein Feinkorn-Elektrographit mit einer Korngröße von etwa 0.06 mm und als Bindemitte! ein Phenolformaldehydharz eingesetzt. Das Bindeharz wurde zunächst unter Erwärmung auf etwa 40 C in 20 1 Methanol in dem in der Zeichnung mit/i bezeichneten Behälter gelöst, wobei der Dreiwegehahn C geschlossen war. Anschließend wurde de? Füller über eine Schüttelrinne in die Binderlösung eingegeben und mittels eines Vibrators B einvibnert. Im Anschluß daran wurde die Aufschlämmung auf etwa 5 ' C heruntergekühlt, sodann wurde das ais Lösungsmittel verwendete Methanol durch die Mischdüse E in die Tragerflüssigkeit eingegeben. Die Tragerflüssigkeit stand dabei unter einem Druck von 7 atm. Im Anschluß daran strömte die in dem Behälter A enthaltene Aufschlämmung in die Mischdüse £ ein, wobei sie sich mit der Trägerflüssigkeit vermischte. Dabei zeigte sich, daß für die oben angegebene Menge des Füllers und des Binden-.ittels etwa 100 1 T-ägerflüssigkeit erforderlich waren. Im Anschluß daran wurden Tragerflüssigkeit und Schlamm auf etwa 35 bis 40° C aufgewärmt. Dabei nahm die Aufschlämmung eine tiefschwarze Farbe an. Sie wurde in einem weiteren Verfahrensschritt durch einen Filter gegeben, in dem sich der Schlamm absetzte und zugleich abkühlte. Der abgesetzte Schlamm wurde getrocknet, ein Aufmahlen konnte entfallen, da die getrocknete Masse zu Pulver zerfiel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstgraphiten oder graphitähnlichen Werkstoffen, insbesondere von Feinkorngraphiten, dienendsm Mischpulver aus einer Mischung von als Füller verwendeten Stoffen, wie gemahlenem Koks, Naturgraphit, Ruß, und einem die Körner oder Partikeln des Füllers umgebenden Bindemittel, wie Pech, Teer, Kunstharz, wobei das Bindemittel zunächst in einer Flüssigkeit, wie Methanol, ganz oder zürn Τεϊί gelöst wird, in welcher der Füller anschließend in an sich bekannter Weise aufgeschlämmt wird, worauf die Aufschlämmung zur Bildung eines Bindemittelfilms auf den Körnern oder Partikeln des Füllers in eine Trägerflüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der das Bindemittel jedoch nicht oder nur schwer löslieh ist, wie Wasser, eine sonstige Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgem-sch. eingegeben wird, wobei der Bindemittellösung das Lösungsmittel weitgehend entzogen wird, die Körner oder Partikeln des Füllers mit einer Bindemittelhaut überzogen werden, worauf die eine schlammige Masse bildenden, mit dem Bindemittelfilm überzogenen Körner oder Partikeln des Füllers durch Dekantieren von der Trägerflüssigkeit abgetrennt und anschließend getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung in einer Mischkammer mittels einer Mischdüse in die Trägerflüssigkeit so eingespritzt wird, daß die Füllerkörner mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mischkammer aus Füller, Bindemittel. Trägerflüssigkeit und Lösungsmittel gebildete Mischung so weit erwärmt wird, bis die mit dem Bindemittel überzogenen Füllerkörner die Trägerflüssigkeit stark abstoßen.