低QI浸渍沥青的制取(4)

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低QI含量的专用浸渍剂沥青在超高功率或者高功率的石墨电极和高密度细结构的石墨等类似的高性能炭材料的生产中尤其需要，在浸渍处理沥青使其密实化的过程中，努力降低沥青中的QI含量，使得达到工业生产技术需求是各个企业生产浸渍沥青的目标。因此在评价浸渍剂沥青质量时，通过对浸渍剂沥青中QI组分含量的检测来判断生产出的浸渍剂的质量好坏，低含量的QI对浸渍剂向炭材料微孔的内部进行渗透起到了非常重要的作用，同时，它也是开发沥青生产工艺调节浸渍剂沥青的主要目标。

1.3 低QI浸渍剂沥青的开发现状

从上个世纪70年代开始，随着对超高功率和高功率的石墨电极、高密度细结构的石墨等高性能有机炭材料的开发和利用，国外一些专门的生产炭材料的企业开始采用具有低QI含量的沥青作为浸渍材料[2]，逐渐研发，开始转变自己的生产技术，在炭材料浸渍密实化处理上进行技术革新。利用不同的方式对沥青进行净化处理，通过一些革新发展的新技术可以生产出低QI含量的净化沥青，利用这些净化沥青作为企业生产的原材料，从而大量生产出对炭材料生产专用的具有高性能的浸渍剂沥青[7]。

近年来，随着能源炭材料科学与技术的持续创新以及应用领域扩大，特别是石墨烯的发现，进一步催生能源炭材料的日益兴旺。从焦油加工出发就如何满足细分用户对沥青类产品的需求，如中温改质沥青、电极浸渍沥青、改质沥青（国内与国外高QI）、高软化点沥青等[4]。

目前国内外用于脱除QI的方法有以下几种：热溶过滤法、重力自然沉降法、离心分离法、改质法、压滤法、溶剂萃取法以及联合分离法等几种方法。在国内常用的主要是自然重力沉降法、加热过滤法、离心法和溶剂萃取法。我国有单位公司以焦油脱QI技术及浸渍沥青为切入点，实现沥青类产品的转型升级。一是为了用于细结构石墨（等静压）的低QI浸渍沥青，二是为了以此为原料进一步对中间相沥青、锂离子电池石墨负极包覆用沥青进行开发[26]。

1.4 QI的性质与分类

QI，即指那些不溶解于沥青中喹啉的那些物质，高分子α树脂是它其中一个别名。不溶物组分的平均分子量介于在1800到2600之间，在组分元素的质量分数占有率上，碳大约占百分之93%，氢元素占3%上下，炭氢原子的比应该大于1.67[24]。

不溶物的组分中通常由两种不同的粒子组成，一种是本身就存在在不溶物组分中，被称为原生QI。在煤沥青中的原生QI主要包含由无机QI和有机QI这两个部分组成，其中有机QI的占比占最主要的部分，其含量大约在98%上下[3]。原生有机QI是指那些在对沥青进行有关焦化的实验过程中，大分子的芳烃通过煤发生热解反应然后经过进一步发生的聚合反应所生成的物质，它的性质和炭黑相类似[6]。原生QI的颗粒经常会附着在属于煤沥青中的部分油脂上，从而使得QI在表面变现的非常活泼。无机QI的产生是由于沥青在焦化过程中，煤中灰分组分和一些其他的无机物杂质被上升煤气带入到煤焦油中（例如具有耐火性质的砖粉末或者氧化铁粉等成分）所组成。原生QI中有时还包含着少量的煤粉和焦粉（尺寸在10mm以上），原生QI粒子中的的炭氢原子的含量比介于3.5到4.0之间。综合以上所说，原生的有机QI它以极小极小的的炭粒的形状在煤焦油的各个部分中都有着分布，是由煤发生热解缩聚反应所形成的化合物（例如炭黑和热解炭等）以及煤粉或者焦粉组成[5]。

煤沥青中的次生QI是通过煤焦油在蒸馏过程中的芳烃类化合物高温的持续作用下发生了缩聚的化学反应从而形成了的粒子尺寸更大的芳烃类聚合物，次生QI的尺寸介于1mm-100mm之间，炭氢的原子比大概在2.0-2.5，是煤沥青在380℃的环境下发生热聚合化学反应产生出的中间液晶粒子，沥青生产厂家现在通过采用中等的真空蒸馏的新型科技能有效地控制住次生QI的大小和大小产量：由于次生QI的产生是由于蒸馏的温度过高，因此降低蒸馏时系统温度，能够有效的降低次生QI的含量，不同于次生QI，一定量的原生QI粒子均匀分布在材料中，能对制品的机械强度和导电的性能产生良好的效能提高，然而就是因为在对制品进行焙烧过程中的膨胀因为部分存在着次生QI的原因，使得膨胀有一定的限制，不太完全。对炭制品中增加一定量的QI，这样的方式可以使沥青焦炭结构得到增强，但是凡事都有一定的尺度，QI的含量太高也会对沥青的流动性产生巨大的影响，导致降低沥青的流动性；另一方面如果QI的含量又变的过低，这样会导致材料分层和偏析。