本发明涉及碳素材料加工，具体为一种利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法。
背景技术：
1、在炼钢生产过程中，需要向钢包内钢水进行增碳，以提高钢的性能。传统的增碳剂种类较多，主要包含石油焦、活性炭增碳剂、煅煤增碳剂以及石墨增碳剂等类型。其中，石油焦、活性炭增碳剂、煅煤增碳剂存在多种缺陷，例如种类繁多的杂质、较高的杂质含量、相对较低的固定碳含量以及较高的含水量，在炼钢增碳过程中，这些增碳剂的熔化性能不佳，导致碳吸收率或碳回收率并不理想。相较于前述的几种增碳剂，人造石墨增碳剂以其高度的石墨化程度、高含碳量、大密度、优异的纯度以及低杂质含量而脱颖而出。它易于被铁液吸收，碳吸收率可高达90％以上，展现出卓越的增碳效果，能够满足高质量钢材冶炼的需求。因此，在冶金行业中，人造石墨增碳剂已成为目前使用效果最佳的增碳剂。
2、在现有技术中，人造石墨增碳剂的制备主要采用粉状优质煅烧石油焦作为主要原料，并以沥青作为粘结剂。此外，还会添加少量其他辅助材料。通过将这些原材料和辅助材料均匀混合后，进行压制成型，并在2500～3000℃的非氧化性气氛中进行高温石墨化处理，从而得到最终产品。然而，这一过程存在制造工艺复杂、反应条件苛刻以及制造成本高昂等缺陷。因此，为了降低生产成本，通常会使用制造石墨电极时产生的切屑、废旧电极和石墨块等可循环利用的材料作为钢铁冶炼铸造用的人造石墨增碳剂。但在使用前，这些材料需要被破碎至适合冶炼的粒度。
3、生碎(green scrap)是指在碳素制品压型过程中，因技术检查不合格而产生的废品，以及成型过程中掉落的糊渣和挤压成型时切下的残头等物料的总称，在生产过程中通常被视作残废料进行处理。一般来说，生碎物料虽然含有较高比例的碳元素，但其碳结构相对而言较为疏松，这使得它们在工业应用上具有一定的局限性，尽管如此，生碎在工业上仍然具有一定的利用价值，它们通常被用作低价值的燃料，或者作为配料组份加入到同一种配方的产品中以降低生产成本。值得注意的是，某些类型的生碎中所含的碳元素实际上具有较高的潜在价值，如果能够通过改进工艺将其作为原料组份用于生产高附加值的石墨增碳剂，那么不仅能够显著提升生碎的经济价值，而且还能拓宽其在工业领域的应用范围，从而实现资源的高效利用和环境的可持续发展。
技术实现思路
1、本发明所解决的技术问题在于提供一种利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，以解决上述背景技术中的缺点。
2、本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
3、一种利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，具体包括以下步骤：
4、s1、将收集获得的碳素生碎进行清洗，并在清洗完成后进行干燥以去除浮灰和表面杂质；
5、s2、将烘干后的碳素生碎破碎成碎料，首先使用稀盐酸或稀硫酸进行初次酸洗，酸洗结束后过水冲洗并固液分离，分离后的固形物进行干燥处理，干燥后进行粉磨，得到生碎粉料；将生碎粉料与破碎过程中产生的同粒径粉料混合，然后使用浓硫酸进行二次酸洗，酸洗完成后再顺次过水冲洗、固液分离以及干燥处理；
6、s3、向干燥后的生碎粉料中加入相同粒径的纯化石墨粉、炭黑粉、sic粉进行混合得到混合粉料；混合粉料中包括30～45wt％的纯化石墨粉、15～20wt％的炭黑粉和7～15wt％的sic粉以及余量的生碎粉料；
7、s4、向混合粉料中加入占混合粉料质量0.8～1.5％的甲基丙烯酸甲酯、占混合粉料质量1～3％的羟基聚二甲基硅氧烷以及粘结剂进行混合，混合过程持续均匀搅拌，确保粘结剂能够充分包裹混合粉料颗粒，然后将混合好的碳素粘结剂混合物进行成型处理，以获得石墨增碳剂半成品；
8、s5、将成型后的石墨增碳剂半成品进行高温石墨化处理，高温石墨化处理在非氧化性气氛中加热至2500～3000℃，进行石墨化反应，使碳素粉末颗粒之间形成稳定的石墨结构；
9、s6、石墨化处理完成后，对产品进行冷却、清洗和干燥，以去除表面的杂质和残留的粘结剂，得到最终的石墨增碳剂产品。
10、作为进一步限定，所述生碎为碳素生产企业生产过程中产生的石墨碎、石墨切损料、石墨化石油焦以及回收的锂电池中生产和使用过程产生的石墨残电极；所述生碎的固定碳含量≥70％，挥发分≤10％，灰分≤20％。
11、作为进一步限定，在步骤s1中，进行碳素生碎清洗时，将生碎粉料投入乙醇水溶液中，超声辅助清洗，清洗结束后滤除浮渣，并将静置沉底料过水，并在过水后固液分离，即完成清洗作业。
12、作为进一步限定，在步骤s1以及步骤s2中，进行干燥操作时，将对应的物料送入烘干箱中，设定烘干温度100～180℃，持续烘干2～4h，直至物料的水分含量降至5％以下。
13、作为进一步限定，在步骤s2中，初次酸洗时采用的稀盐酸或稀硫酸的质量分数为35～45％，酸洗处理时长为1～3小时；二次酸洗时采用的浓硫酸的质量分数为75～80％，酸洗处理时长为0.5～2小时。
14、作为进一步限定，在步骤s2中，经过两次酸洗并干燥处理后的生碎粉料顺次进行磁选和色选以筛除其中的金属杂质和非金属杂质。
15、作为进一步限定，在步骤s3中还掺加有促熔剂，所述促熔剂为硼砂或氟化钙，掺加量为混合粉料总质量的0.5％至2％；
16、掺加促熔剂后，需要将石墨增碳剂半成品在高温石墨化处理前先在1500℃至1800℃的高温下进行煅烧，持续时间约为2至4小时。
17、作为进一步限定，在步骤s4中，采用的粘结剂为沥青或者煤焦油：
18、在成型阶段，若对应的石墨增碳剂半成品为采用压制成型或挤出成型方式制得的块料或者颗粒料时，对应粘结剂的用量为占混合粉料质量的5～10％；
19、在成型阶段，若对应的石墨增碳剂半成品为通过转筒造粒方式成型的颗粒料时，对应粘结剂的用量为占混合粉料质量的3～5％。
20、作为进一步限定，通过方法制得的石墨增碳剂产品的碳含量为80～90％，含水率低于2％。
21、有益效果：本发明涉及一种利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，该方法具有工艺简单、反应条件温和、制造成本相对较低的优点，能够显著提高碳素生碎的经济价值，将原本作为低价值燃料或仅用于降低生产成本的碳素生碎转化为高附加值的石墨增碳剂，这不仅减少了对优质纯化石墨粉的用量，降低生产成本，还能使得最终产品在满足工业需求的同时实现了资源的高效利用和环境的可持续发展。
22、该方法通过将碳素生碎进行前处理，有效地去除了生碎中的杂质，并通过特殊的酸洗、改性和干燥工艺，确保了生碎粉料的纯度和质量。这增强了石墨增碳剂的表面活性和可加工性能。将处理后的生碎粉料作为原料之一与纯化石墨粉、炭黑粉和sic粉进行混合后制备的石墨增碳剂具有更高的固定碳含量和更低的杂质含量，不仅提高了碳吸收率和碳回收率，还能保证石墨增碳剂在使用过程中能够更好地与金属熔体结合，从而提高了增碳效果和熔体的流动性。
1.一种利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，所述生碎为碳素生产企业生产过程中产生的石墨碎、石墨切损料、石墨化石油焦以及回收的锂电池中生产和使用过程产生的石墨残电极；所述生碎的固定碳含量≥70％，挥发分≤10％，灰分≤20％。
3.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s1中，进行碳素生碎清洗时，将生碎粉料投入乙醇水溶液中，超声辅助清洗，清洗结束后滤除浮渣，并将静置沉底料过水，并在过水后固液分离，即完成清洗作业。
4.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s1以及步骤s2中，进行干燥操作时，将对应的物料送入烘干箱中，设定烘干温度100～180℃，持续烘干2～4h，直至物料的水分含量降至5％以下。
5.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s2中，初次酸洗时采用的稀盐酸或稀硫酸的质量分数为35～45％，酸洗处理时长为1～3小时；二次酸洗时采用的浓硫酸的质量分数为75～80％，酸洗处理时长为0.5～2小时。
6.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s2中，经过两次酸洗并干燥处理后的生碎粉料顺次进行磁选和色选以筛除其中的金属杂质和非金属杂质。
7.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s3中还掺加有促熔剂，所述促熔剂为硼砂或氟化钙，掺加量为混合粉料总质量的0.5％至2％；
8.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，在步骤s4中，采用的粘结剂为沥青或者煤焦油：
9.根据权利要求1所述的利用碳素生碎制备石墨增碳剂的方法，其特征在于，通过方法制得的石墨增碳剂产品的碳含量为80～90％，含水率低于2％。