Senk­ero­dieren

Aktuellster Beitrag

Herstellung von Graphit

Herstellung von Graphit - Herstellungsprozess - Mersen

Rohmaterialien

Synthetischer Graphit wird aus zwei Grundmaterialien hergestellt: Petrolkokspartikel als Füllstoff und Steinkohlenteer als Bindemittel. Der gängigste Füllstoff, kalzinierter Petrolkoks, ist ein Nebenprodukt der Destillation und Verkokung von Rohöl bei der Herstellung von Treibstoffen in der Ölindustrie. Verkokung ist ein thermischer Prozess, in dem Rück­stände von Erdöl zersetzt und die flüchtigen Bestandteile entfernt werden. Der dabei erzeugte Petrol­koks ist ein festes, poröses Kohlen­stoffmaterial und wird normalerweise bei Temperaturen oberhalb von 1000° C kalziniert, bevor es den Einsatz in der Graphitindustrie findet.

Das Kalzinieren ist ebenfalls ein ther­mischer Prozess, wird jedoch bei weit höheren Temperaturen durchgeführt, um alle verbleibenden flüchtigen Bestandteile zu entfernen, die bei der Verkokung nicht ausgetrieben wurden. Nicht jeder Petrolkoks ist für die Herstellung von Graphit geeignet. Um die besten Rohmaterialien zu finden, unternehmen die Hersteller deshalb große Anstrengungen.

Das Bindemittel Steinkohlenteer ist eine glasähnliche, unterkühlte Flüssigkeit, die als Nebenprodukt der zersetzenden Destillation von Koks­kohle anfällt. Obwohl die Industrie große Mengen davon herstellt, sind nur wenige Fraktionen des Stein­kohlenteers für die Produktion von synthetischem Graphit geeignet.

Zerkleinerung

Nach Eingangskontrolle und Prüfung der physikalischen Eigenschaften der gelieferten Rohstoffe wird in einem ersten Schritt das Füllmaterial Petrolkoks auf die vorge­schriebene Korngröße zermahlen. Die winzigen, staubfeinen Partikel, die hierbei entstehen, fängt eine große Absaug­anlage ein und sammelt sie in einem Behälter.

Mischen

Nach dem Mahlvorgang kommen die Kokspartikel und der Steinkohlenteer, zusammen mit Spurenzusätzen für eine leichtere Verarbeitung, in einen beheizten Mischer. Hier schmilzt der Teer und wird intensiv mit dem Koks durchmischt. Abhängig von den Spezifikationen und den Prozess­anforderungen der jeweiligen Qualitäten kommen unterschiedliche Mischzeiten und Parameter zum Einsatz. Nach dem Abschluss dieses Verfahrensschritts wird die Mischung abgekühlt und verfestigt sich in sogenannten „Mischkugeln“.

Zerkleinern und Malen

Die Mischkugeln werden im nächsten Schritt wieder zerkleinert und danach in einem Pulverisierungsvorgang zum sogenannten „Mehl“ gemahlen.

Sieben

Zu diesem Zeitpunkt fällt die Entschei­dung über die letztendliche Graphit­qualität, aber noch besteht das Material aus Kokspartikeln, die mit Teer überzogen sind. Die noch rohe oder „grüne“ Mischung, wie man sie in der Industrie nennt, wird dann für das Formen vorbereitet. Gelegentlich wird noch einmal grob gesiebt, um alle Partikel aus dem Mehl zu entfernen, die nicht vollständig pulverisiert wurden.

Pressen

Das kaltisostatische Pressen ist die bevorzugte Methode zum Formen von fein­körnigen Spezialgraphiten. In diesem Prozess wird das Mahlgut in einen elastischen Behälter gefüllt, der mit stabilen Stützen Form und Größe bestimmt. Diese Form wird dann in der isostatischen Presse bei einem Druck von bis zu 1.400 Bar verdichtet. Die isostatische Presse ist ein großer Druckbehälter, in dem der Druck von allen Seiten gleichmäßig durch eine Hydraulikflüssigkeit wirkt. Deshalb zeigt der Rohling fast keine Korn­orientierung und hat nahezu identische und von der Orientierung unabhängige Eigenschaften, wenn er zu Graphit umgewandelt ist.

Backen

Der nächste Schritt bei der Her­stellung ist das Backen des noch „grünen“ Rohlings. In Wirklichkeit sind auch diese Rohlinge mehr oder weniger schwarz, sie werden nur als „Grünling“ bezeichnet, weil sie noch nicht gebacken sind. Hierbei werden die vorge­formten Rohblöcke nach einer genauen Zeitvorschrift in sehr großen, elektronisch gesteuerten und mit Erdgas befeuerten Öfen auf Temperaturen um 1.000° C erhitzt.
Im Prozess wird das Bindemittel Teer in einen festen Kohlenstoffkitt umgewandelt. Ganz entscheidend ist hierbei, dass die Zeit-Temperatur­kurve genau eingehalten wird, da sonst Risse entstehen können. In der Praxis kann die Prozesszeit für feinstkörnige Graphite ein bis zwei Monate betragen. Danach ist das Material ein hochfester, harter und abrasiver gebrannter Kohlenstoff mit geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Es gibt einige mecha­nische Anwendungen dafür und das Material hat schon jetzt einen kommerziellen Wert.

Graphitisierung

Nach der Umwandlung in einen festen Block kann die Hochtemperatur­behandlung durchgeführt werden, die in der Industrie als Graphitisierung bezeichnet wird. In diesem Prozess wird der Kohlenstoff durch elektrische Widerstandsheizung auf Tempera­turen von annähernd 3.000° C erhitzt. Das Graphitisieren verbraucht sehr große Mengen elektrischer Energie, daher hat Mersen auch seine eigene Umspann­station direkt am Netz angeschlossen. Das elektrische Aufheizen bis zur Höchst­temperatur geht relativ schnell, aber sehr viel mehr Zeit ist für die Abkühlung des Graphits notwendig. Normalerweise dauert der gesamte Prozess ein bis drei Wochen.
Im Verlauf des Hochtemperatur­prozesses wandelt sich der amorphe Kohlenstoff radikal. Kleine Kristall­keime wachsen und ordnen sich neu in wesentlich größere hexagonale Ringebenen, die man üblicherweise mit der theoretischen Graphit­struktur verbindet. Diese Umbildung erzeugt synthetischen Graphit, mit hoher thermischer und elektrischer Leit­fähigkeit und einer hervorragenden Bearbeitbarkeit. Alles Eigenschaften, die für seinen Einsatz absolut entscheidend sind.

Qualitätskontrolle

Die Prüfung der physikalischen Eigenschaften und das Entfernen der äußeren Kruste sind die letzten Arbeitsschritte vor dem Verkauf. Zur Charakterisierung des Graphits werden in der Qualitätskontrolle Rohdichte, elektrischer Widerstand, Biegefestigkeit, Härte und Restasche gemessen. Für besondere Anwen­dungen werden oft noch zusätzliche Tests durchgeführt, die den EDM Verschleißfaktor, CTE, Druckfestigkeit und Oxidationsrate mit einschließen.
Nach der Freigabe durch die Qualitätskontrolle durchläuft der Block häufig noch eine Reinigungs­stufe, in der die äußeren Oberflächen bearbeitet und letzte Verunreini­gun­gen entfernt werden.

Alle Beiträge

– Schnellübersicht –

Herstellung von Graphit

Rohmaterialien Synthetischer Graphit wird aus zwei Grundmaterialien hergestellt: Petrolkokspartikel als Füllstoff und Steinkohlenteer als Bindemittel. Der gängigste Füllstoff, kalzinierter Petrolkoks, ist ein Nebenprodukt der Destillation und Verkokung von Rohöl bei...

Kontakt­formular

Kontakt

Kontaktformular - Kachel