Основные различия в поведении кокса на нефтяной и угольной основе при прокаливании заключаются в различных путях реакции, обусловленных различиями в химическом составе исходного сырья, что впоследствии приводит к значительным вариациям в эволюции кристаллической структуры, изменениям физических свойств и трудностям в управлении процессом. Подробный анализ представлен ниже:
1. Различия в химическом составе сырья определяют особенности процесса кальцинирования.
Нефтяной кокс получают из тяжелых дистиллятов, таких как нефтяные остатки и осветленное масло, полученное каталитическим крекингом. Его химический состав в основном характеризуется короткими боковыми цепями, линейно связанными полициклическими ароматическими углеводородами, с относительно низким содержанием серы, азота, кислорода и металлических гетероатомов, а также минимальным количеством твердых примесей и нерастворимых в хинолине веществ. Такой состав приводит к тому, что в процессе кальцинирования преобладают реакции пиролиза, что обеспечивает относительно простой путь реакции и тщательное удаление примесей.
В отличие от этого, кокс на основе угля получают из каменноугольной смолы и ее дистиллятов, которые содержат более высокую долю длинноцепочечных и конденсированных полициклических ароматических углеводородов, а также значительное количество серы, азота, гетероатомов кислорода и твердых примесей. Сложный состав кокса на основе угля приводит не только к реакциям пиролиза, но и к значительным реакциям конденсации во время прокаливания, что обуславливает более сложный путь реакции и большую сложность удаления примесей.
2. Различия в эволюции кристаллической структуры влияют на свойства материала.
В процессе прокаливания углеродные микрокристаллы в коксе на масляной основе постепенно увеличиваются в диаметре (La), высоте (Lc) и количестве слоев внутри кристаллов (N). Содержание идеальных графитовых микрокристаллов (Ig/Iall) также значительно возрастает. Хотя Lc испытывает «точку перегиба» из-за испарения летучих веществ и усадки исходного кокса, общая кристаллическая структура становится более упорядоченной, с более высокой степенью графитизации. Эта структурная эволюция наделяет кокс на масляной основе превосходными свойствами, такими как низкий коэффициент теплового расширения, низкое электрическое сопротивление и высокая электропроводность после прокаливания, что делает его особенно подходящим для производства крупногабаритных сверхмощных графитовых электродов.
Аналогично, структура углеродных микрокристаллов кокса на основе угля изменяется с увеличением содержания La, Lc и N в процессе прокаливания. Однако из-за влияния примесей и реакций конденсации в исходном материале образуется больше кристаллических дефектов, и увеличение содержания идеальных микрокристаллов графита ограничено. Кроме того, явление «точки перегиба» для Lc более выражено в коксе на основе угля, а вновь добавленные слои демонстрируют случайные «дефекты упаковки» с исходными слоями, что приводит к значительным колебаниям межслоевого расстояния (d002). Эти структурные характеристики приводят к тому, что кокс на основе угля после прокаливания имеет более низкий коэффициент теплового расширения и электрическое сопротивление, чем кокс на основе нефти, но худшую прочность и износостойкость, что делает его более подходящим для производства высокомощных электродов и среднеразмерных сверхвысокомощных электродов.
3. Различия в изменениях физических свойств определяют области применения.
В процессе обжига кокс на масляной основе подвергается полному удалению летучих веществ и равномерному объемному сжатию, что приводит к значительному увеличению истинной плотности (до 2,00–2,12 г/см³) и существенному улучшению механической прочности. Одновременно значительно повышаются электропроводность, стойкость к окислению и химическая стабильность обожженного материала, что соответствует строгим требованиям к эксплуатационным характеристикам высококачественных графитовых изделий.
В отличие от этого, в угольном коксе из-за более высокого содержания примесей во время испарения летучих веществ возникает локальная концентрация напряжений, что приводит к неравномерной усадке объема и относительно меньшему увеличению истинной плотности. Кроме того, более низкая прочность и худшая износостойкость угольного кокса после обжига, а также его склонность к расширению при высокотемпературной графитизации требуют строгого контроля скорости повышения температуры. Эти характеристики ограничивают применение угольного кокса в высокотехнологичных областях, хотя его низкий коэффициент теплового расширения и электрическое сопротивление все еще делают его незаменимым в определенных областях.
4. Различия в сложности управления технологическим процессом влияют на эффективность производства.
Благодаря относительно простому химическому составу, кокс на нефтяной основе демонстрирует четкие пути реакций во время прокаливания, что снижает сложность управления процессом. Путем оптимизации таких параметров, как температура прокаливания, скорость нагрева и контроль атмосферы, можно эффективно улучшить качество и эффективность производства прокаленных продуктов. Кроме того, высокое содержание летучих веществ в коксе на нефтяной основе обеспечивает самоподдерживающуюся тепловую энергию во время прокаливания, снижая производственные затраты.
Напротив, сложный химический состав кокса на основе угля приводит к разнообразию путей реакций во время обжига, что затрудняет контроль процесса. Для обеспечения стабильного качества продукции после обжига требуются строгая предварительная обработка сырья, точный контроль скорости нагрева и специальная настройка атмосферы. Кроме того, для производства кокса на основе угля требуется дополнительное тепловое энергоснабжение во время обжига, что увеличивает производственные затраты и энергопотребление.
Дата публикации: 07.04.2026