煤炭的工业焦化会产生煤气、焦炭和焦油。煤焦油是在将煤炭干馏或焦化 制成焦炭的过程中产生的主要副产物材料。虽然焦炭产品在冶金工业中用作燃 料和反应物源，但煤焦油材料可以蒸馏成一系列馏分。蒸馏过的煤焦油材料的 主要部分是沥青残余物。这种材料被用来制造用于铝精炼的阳极，以及钢铁工 业使用的电弧熔炉的电极，以及其他用途。煤焦油沥青的一个众所周知的应用 是作为适于传输足够的电流的用于电解法生产铝的碳电极的粘结剂。用于这种 用途的沥青被称为电极沥青。这些碳电极所需的性质是高密度、高弹性模数、 高电导率等。
在电极生产中会形成多孔和孔道结构，从而使得碳元件密度减小，而且碳 元件传输电流的能力降低。使用浸渍沥青来填充这些孔和孔道，以增大碳的密 度，从而提高这些电极的电流传输能力。
在评价沥青材料的品质特性的时候，现有技术的主要注意力集中在煤焦油 沥青材料提供适用于阳极和电极生产工艺的粘结剂的能力上。通过各种特征， 例如软化点、比重、不溶于喹啉的挥发性物质(α-馏分)的百分数、不溶于甲苯 的物质(α1-馏分)的百分数以及焦化值来表征煤焦油沥青在各种生产工艺和工 业中的实用性。软化点是用来决定煤焦油沥青生产中的蒸馏过程终点以及确定 碳产品生产中的混合、成形或浸渍温度的基本测量。
在本领域已知的方法中，通过将在管式加热炉内加热的煤焦油在390-410 ℃进行闪蒸而生产电极沥青。然而，该方法无法显著地影响沥青的质量或特性， 例如α-馏分和α1-馏分的含量等，这些质量或特性极大地依赖于煤焦油的特性。
为解决这种问题，通常对沥青或煤焦油混合物或沥青馏出物进行另外的处 理。这些处理能够提高软化温度、增大α-馏分的含量并减少挥发。
USSR发明人证书第166,300号(1964)揭示了一种这样的处理沥青的方法。 该文献揭示了用蒽馏分稀释的中沥青。然后，所得的混合物连续通过管式加热 炉时，在360-380℃下对所得的混合物热处理5-7小时。该方法将沥青中的α-馏 分的含量增至高达30-35％，使α1-馏分增至高达15％，软化温度为80-104℃。
Holdsworth在英国专利第1,249,569号中揭示了另一种改进沥青的特性的方 法。根据该方法，将中沥青以9∶1至1∶1的比例加入沸程为210-320℃的煤焦油 馏分中。该混合物在370-390℃的温度处理6-8小时。结果，将软化点为60℃、α- 馏分含量为21％，α1-馏分含量为6％的沥青转化为沸程为93-104℃、α-馏分含量 为30-36％、α1-馏分含量为15％的沥青。
这些现有技术方法的主要缺点在于它们的低效率。由于沥青中的热转化速 率很慢，这些工艺必须进行许多个小时。另外，在许多现有技术的方法中，这 些热处理过程必须在减压条件下进行，以保持焦油馏分的沸点低于热处理温 度。因此必须使用复杂而昂贵的设备以满足这些条件。
俄罗斯专利第2,241,016号描述了另一种方法，在此方法中，用空气对煤焦 油沥青或其与煤焦油馏出物馏分的混合物或其与沥青馏出物的混合物进行处 理。该处理是在温度为350-380℃、空气流速小于10米3/小时的条件下进行的。 在该处理之后，在350-380℃下对沥青进行5-12小时的热处理。
该方法的缺点在于，热处理的过程很长(5-12小时)，起始材料必须在等于 或高于350℃的高温下用空气处理。在这样的温度下，在水蒸气介质(蒸气相) 中氧化煤焦油沥青的过程中，存在高分子量的碳水化合物。这种碳水化合物的 缩聚会形成具有双苯交联键的大低聚物。随着氧化过程温度的升高以及氧化时 间的延长，这些低聚物的可流动性会减小。由于这些碳水化合物占主导地位， 在自焙阳极条件下会增大沥青的粘度，并对阳极性质造成负面影响。通过对比， 低温(低于300℃)氧化和合成包含较小的低聚物，对自焙阳极环境下的沥青的粘 度和行为的影响极小。
因此，长期以来人们一直需要能够改进焦油沥青的特性、而且能够加快速 度和提高生产率的方法，而且一直未能实现，所述特性是例如软化点、α-馏分 含量和α1馏分含量。还需要在低温下进行该过程，以免沥青中的碳水化合物链 的化学组成发生改变。

本文提供了用于电极材料的粘结沥青的制备方法，该方法包括富集和暴露 的步骤。首先使基于液化煤沥青的组分富集空气。然后使富集后的组分暴露于 流体动力冲击(hydropercussion)和空化(cavitation)脉冲场。根据该方法，该方法还 包括在不超过240℃的温度下，对所述煤沥青基组分加热不超过1小时的步骤。
根据本发明另一方面，使所述富集后的煤沥青基组分暴露于频率不超过 4500脉冲/秒的流体动力和空化脉冲。通过提供所述流体动力和空化脉冲来加快 煤沥青基组分被所述空气氧化的过程。通过该方法在较低的温度下制得具有高 α-馏分含量而且挥发性减小的粘结沥青。
通过该方法可以在较低的温度下制得具有高α-馏分含量而且挥发性减小 的粘结沥青。
附图说明
图1是用来实施本发明方法的系统的示意图。

下面来看图1，图中显示了适合用来实施本发明方法的系统的示意图。在制备 粘结沥青中，提供了所需量的液化或熔融的煤焦油沥青。除了煤焦油沥青以外，还 可加入沥青馏出物和/或煤焦油馏分，从而形成初始煤焦油沥青基组分。将该组 分导向充气装置1，使其富集空气。然后通过管道5将富集空气的组分传输到乳化器 或流体动力冲击和空化设备2的制备室。
将初始组分导向充气装置1，在此装置中进行气体在液体中的分散，从而使所 述初始组分中富含空气或氧气。如图1所示，所述充气装置1可包括一个或多个旋 转叶轮，这些旋转叶轮适于移动并在熔融的或液化的煤焦油沥青基组分中引起 湍流。通过这种方式，促进了液化组分中整个介质内的气体在液体中的分散过 程。这种空气或氧气富集步骤的一个主要目的是为了强化煤焦油沥青基组分在 设备2的制备室内的氧化过程。
然后通过管道5将所得的富集空气的煤沥青基组分导向乳化器或流体动力冲击 空化设备2的制备室。尽管用具有至少一个制备室的设备2描述本发明的方法，但是 应当注意，也可采用具有多个制备室的设备。在下文中将详细描述到，在设备2内 进行处理之后，制得的产物可以收集在存储器3中供进一步的使用和分配，或者可以 使其再循环到充气装置1，进行进一步的空气富集和随后的处理。
在本发明的方法中，通过使用流体动力冲击和空化脉冲来改进煤沥青基产 物的特性。当设备2的制备室内的压力降低直至所述液化组分达到沸点的时候， 会形成大量被蒸汽填充的空穴和气泡。当(通过例如升温)使液化组分的压力 增大时，会使得空穴和气泡中的蒸汽冷凝。而冷凝会使得空穴和气泡破裂，产 生很高的压力推动力和温度。由于这种高能量，空化具有混合组分以及促进化 学反应的能力。
另外，通过液流中不同的速度产生流体切变，流体切变是由于流体在进入 空化室时，由于制备室内不同部分的速率差异而发生突然的加速、以及由于剧 烈的湍流造成的。在空化气泡破裂的过程中，产生极高的局部压力和温度。这 些高温和高压促进了各种化学反应的进程。
对于在设备2的制备室内从产生的流体动力冲击和空化脉冲，在制备室内 出现强大的加压-减压脉冲和流体动力冲击(hydroshock)波形式的强大的流体动力 学干扰。所述流体-空化脉冲使沥青产生化学变化，并加快了总体过程。相对于本 领域已知的方法，该过程在更低的温度下进行，且速率更快。
另外，空化的气泡通过释放出包括含氧的空气的气体而发生破裂。结果， 使位于设备的空化区内或处于气泡卷流(plume)内的煤沥青与沥青馏出物和 煤焦油馏分的剧烈混合。所述流体动力冲击和空化脉冲明显促进了将煤沥青馏 出物和/或煤焦油馏分引入煤沥青结构的过程。这进一步促进了沥青粘结剂的制 备过程。
由流体动力冲击和空化脉冲形成的气泡极大地增大了沥青基组分的表面 积，从而可以促进气体在空气中的分散和/或液相与气相之间的扩散交换。该过 程又加快了化学反应。例如，在单原子氧作用下，高挥发性的碳水化合物被破 坏。单原子氧的活性以及高活性表面都显著缩短了空气或大气中的氧必须与煤 沥青或其混合物发生相互作用的时间。
高切变速度产生了流体动力冲击和空化脉冲场，这种脉冲场促进了沥青氧 化过程以及沥青用煤焦油和沥青馏出物馏分的乳化。对通过在空化区域形成活 性碳水化合物基团，促进用空气的氧气氧化沥青的过程。所述流体动力冲击和 空化脉冲确保了空气氧气有效地参与到碳水化合物氧化反应中。
如图1所示，在设备2中的处理结束之后，可将制得的粘结沥青产物导向储 存容器3或再循环到充气装置1进行进一步处理。很显然，在充气装置1之后，通 过管道5将刚富集空气的产物导向设备2，在流体动力冲击和空化脉冲场中进行 另一轮处理。在使用具有多个空化室或多段空化室的设备2的实施方式中，可以 再循环到一个或多个这样的室内。随着再循环周期的延长以及再循环次数的增 加，所得的粘结沥青产物通常具有更高的纯度，而且进一步改进了其他所需的 特性。为将最终的粘结沥青产物从设备2导向收集容器3，打开与管道6相连的出 口阀7。此时与管道4和充气装置1相连的阀8通常是关闭的。可以借助于泵、重 力或任意其他的常规手段，将最终制备的沥青粘结剂产物传输到收集容器3。 当沥青粘结剂产物需要进行再处理或再循环的时候，关闭出口阀7，打开阀8， 通过管道4将粘结沥青产物从设备2传输到充气装置1。
通过以上方法可以改进液态、气态以及研磨过的固态增塑剂和改性剂的供 应。从而可以在比现有技术已知方法更宽的范围内改进制得的粘结沥青的性 质。
实施例
在试验中测试了本发明的用来制备用于电极材料的粘结沥青的方法，在此 方法中使用软化点为92℃的煤焦油沥青。在离心流体动力空化设备中对沥青进行 处理，并使沥青在190-210℃下暴露于空气介质。下表1列出了在流体动力空化 设备中处理不同时间后制得的沥青的特性。
表1
   处理时间    分钟     软化温度     ℃     焦化值     ％     馏分含量     挥发性物质     (α1-馏分)     ％     甲苯不溶物     (α-馏分)     ％     0     92     56.0     56.2     30.8     10     96     58.1     54.7     33.5     30     101     59.2     53.2     37.0     50     104     60.1     51.4     37.3     60     107     61.0     51.1     37.7     70     107     61.1     5 1     37.8
本发明的制备粘结沥青的方法提高了该工艺的生产能力，减少了耗气量， 降低金属强度，而且在较低温度下制得粘结沥青。
根据本发明的制备煤焦油沥青的方法，所述煤焦油沥青任选地与煤焦油馏 分或沥青馏出物混合，经过富集空气或氧气的步骤，然后在不高于240℃的温度 下，用流体动力-空化脉冲对其处理不到1小时的时间。所述流体动力-空化脉冲 的频率不超过4500脉冲/秒。通过这些因素达到最佳的生产能力和沥青性能。制 得的沥青的性质如下：软化温度不低于85℃；α-馏分的质量分数不小于37％；挥 发分数不大于53％。