DE1193853B - Verfahren zum Graphitieren von Kohle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4WIWt- PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/10

1193 853
S77610VIb/80b
18. Januar 1962
26. Mai 1965

Die künstlichen amorphen Kohlen bestehen aus verschiedenen natürlichen oder künstlichen, durch ein karbonisiertes Bindemittel zusammengefügten Kohlenstoffkörpern, und die so gewonnenen Körper besitzen eine mehr oder weniger feine und beachtliehe Porosität. Das Brennen dieser Kohlen bei Temperaturen über 1800° C ergibt graphitierte Körper, deren Härte und elektrischer Widerstand sehr gering, deren Reibungseigenschaften jedoch verbessert sind.

Die Entwicklung des Kohlenstoffes in einen besser kristallisierten Zustand kann bekanntlich durch das Vorhandensein verschiedener Elemente, insbesondere durch Siliziumoxyd und Eisen, beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Graphitierung künstlicher Kohlen zu schaffen, das den Graphitierungsgrad erhöhen sowie gleichzeitig die mechanischen, physikalischen und elektrischen Eigenschaften der erzielten Erzeugnisse im Hinblick auf bestimmte Anwendungen verbessern läßt. Diese Aufgabe ist .mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren zum Graphitieren von Kohle vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in das zu graphitierende Material ein Katalysator eingeführt wird, welcher aus der Gruppe der Seltenen Erden in Form eines Salzes, eines Oxyds oder eines Gemisches Seltener Erden, wie diese natürlich vorkommen, ausgewählt ist.

Es wurde festgestellt, daß die Anwesenheit Seltener Erden, selbst in einem sehr kleinem Gewichtsverhältnis, wirkungsvoller als die Anwesenheit bereits bekannter Katalysatoren, wie z. B. Aluminium, Eisen, Titan oder Vanadium, ist. Vergleicht man nämlich bei gleicher Graphitierungstemperatur die Graphitierungsgrade von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren graphitierten Kohlen mit den gleichen Kohlen, die mit anderen bereits bekannten Katalysatoren imprägniert sind, so sieht man, daß die erfindungsgemäß graphitierten Kohlen einen weitaus höheren Graphitierungsgrad besitzen.

Unter den zu den Seltenen Erden gehörenden Elementen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, wählt man vorzugsweise Cer, welches man leicht in die künstlichen Kohlen einführen kann, sei es in Form eines zersetzbaren Cersalzes, in Form von Ceroxyd oder in Mischung mit den anderen Elementen Seltener Erden, mit denen es normalerweise vergesellschaftet ist.

Der Katalysator kann mit den verschiedenen Bestandteilen der puderf örmigen künstlichen Kohle vermischt werden. Da jedoch seine Wirkung auf die Graphitierung von Bedeutung ist, selbst wenn er sich Verfahren zum Graphitieren von Kohle

Anmelder:

Societe Le Carbone-Lorraine, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:
Jacques Millet, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 19. Januar 1961 (850 114)

in der Mischung in sehr geringer Menge befindet, wird er vorzugsweise durch Imprägnierung des zu graphitierenden Kohlenstoffmaterials eingeführt.

Nachstehendes Beispiel erläutert die Erfindung näher:

Man imprägniert das Kohlenstoffmaterial mittels einer wässerigen Lösung von Cerkarbonat und Salzsäure. Das zu imprägnierende Kohlenstoffmaterial kann aus verschiedenartigen Kohlen auf der Grundlage von Petrolkoks oder von Schwarzkohlen bestehen und die Form von Platten, Stangen, verarbeiteten Stücken besitzen. Gewöhnlich ist das Material einem Brennprozeß bei Temperaturen unter 1200° C ausgesetzt gewesen. Die Zusammensetzung der Imprägnierungslösung enthält ungefähr 50 g Cerkarbonat auf 0,51 konzentrierte Salzsäure und 0,5 1 Wasser.

Man taucht die zu imprägnierenden Stücke in die Lösung unter Anwendung der bereits bekannten Technik zur Imprägnierung unter abwechselndem Vakuum und Druck. Die imprägnierten Teile werden herausgezogen und trocknen gelassen. Das Cersalz wird darauf bei einer Temperatur von 480° C zersetzt, und bei Erhöhung der Temperatur auf 800° C erhält man ein beständiges Ceroxyd.

Die Eigenschaften der imprägnierten und bei Temperaturen von etwa 1800° C gebrannten Kohlen sind gegenüber denen nichtimprägnierter, bei gleicher Temperatur gebrannter und ansonst gleicher Kohlen völlig unterschiedlich. Nachstehende Tabelle zeigt die Erhöhung des Graphitierungsgrades bei zwei Sorten imprägnierter Kohlen. Die Sorte 1 bezieht sich auf eine Kohle auf der Grundlage von Petrolkoks, Sorte 2

509 577/396

auf eine Kohle auf der Grundlage von Schwarzkohle. Der Graphitierungsgrad ist nach der R. E. Franklin-Methode bestimmt.

Tempe	Sorte 1	Sorte 1	Sorte 2	Sorte 2
raturen		imprägniert		imprägniert
0C	0	mit Cer	0	mit Cer
1400	0	0	0	0
1600	—	0,09	0,10	0
1800	0,13	0,12	0,13	0,05
2000	0,35	0,18	0,19	0,07
2200	0,45	0,41	0,19	0,18
2400	0,65	0,72	0,19	0,30
2600	—	0,30

Die Einführung kleiner Mengen von Cer allein oder in Mischung mit anderen Seltenen Erden in die Poren des Kohlenstoffs in irgendeiner Form vermindert die Kosten der Graphitierungsvorgänge. Mit dem ao hier vorgeschlagenen Katalysator läßt sich nämlich der Graphitierungsgrad wesentlich und bei niedrigeren Temperaturen erhöhen, woraus sich bei der Herstellung Brennkosten einsparen lassen.

Cer ist selbstverständlich nur beispielsweise hier genannt, denn jedes zu den Seltenen Erden gehörende andere Element kann unter den gleichen Bedingungen bei ebenso zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet werden.

Von Wichtigkeit ist hier noch die Entwicklung der Kristallstruktur des Kohlenstoffs auf die physikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Das Verfahren gemäß der Erfindung führt zu einer Erhöhung des Graphitierungsgrades und hat zur Folge, daß die graphitierten Kohlen über bemerkenswerte Güten in der Dichte, Verschleißfestigkeit, elektrischen und thermischen Leitfähigkeit und bezüglich der Reibungseigenschaften verfügen und sich auf einen sehr großen Anwendungsbereich erstrecken. Die Sorten erfindungsgemäß erzielter graphitierter Kohlen sind hervorragende chemische Baustoffe für Wärmeaustauscher, für Reibungsstücke, Elektroden, Kohlebürsten u. a.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Graphitieren von Kohle unter Erhöhung des Graphitierungsgrades bei gleichzeitiger Herabsetzung der Graphitierungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man in das zu graphitierende Material einen Katalysator einführt, welcher aus der Gruppe der Seltenen Erden in Form eines Salzes, eines Oxyds oder eines Gemisches Seltener Erden, wie diese natürlich vorkommen, ausgewählt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in die künstliche Kohle in Puder- oder Lösungsform eingeführt und darauf durch entsprechende Behandlung in eine stabile Form übergeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffmaterial mit einer Lösung imprägniert wird, die Cer enthält, welches in bei 800° C beständiges Oxyd umgewandelt wird und bei Temperaturen von 1800 bis 2600° C graphitiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierungslösung aus einem Cersalz oder einem Oxyd besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierungslösung aus einem Karbonat Seltener Erden und einer Mischung von Wasser und Salzsäure zubereitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Oxyd einer Seltenen Erde zwischen 0 und 10 Vo, vorzugsweise bei 2% liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 542363;
Trans, of the Metal Soc. AIME, 215 (2), S. 192 bis 199 (1959).

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