Основні відмінності в поведінці кальцинації між коксом на нафтовій основі та коксом на вугіллі полягають у різних шляхах реакції, зумовлених різницею в хімічному складі їхньої сировини, що згодом призводить до значних варіацій в еволюції кристалічної структури, змін фізичних властивостей та труднощів у контролі процесу. Детальний аналіз наведено нижче:
1. Різниця в хімічному складі сировини закладає основу для поведінки кальцинації
Кокс на нафтовій основі отримують з важких дистилятів, таких як нафтовий залишок та освітлена олія каталітичного крекінгу. Його хімічний склад характеризується переважно короткими бічними ланцюгами, лінійно зв'язаними поліциклічними ароматичними вуглеводнями, з відносно низьким вмістом сірки, азоту, кисню та металевих гетероатомів, а також мінімальним вмістом твердих домішок та нерозчинних у хіноліні речовин. Такий склад призводить до процесу кальцинації, в якому переважають реакції піролізу, з відносно простим реакційним шляхом та ретельним видаленням домішок.
На відміну від цього, кокс на основі вугілля виробляється з кам'яновугільного пеку та його дистилятів, які містять більшу частку поліциклічних ароматичних вуглеводнів з довгим бічним ланцюгом та конденсованих поліциклічних ароматичних вуглеводнів, а також значну кількість сірки, азоту, гетероатомів кисню та твердих домішок. Складний склад коксу на основі вугілля призводить не лише до реакцій піролізу, але й до значних реакцій конденсації під час кальцинації, що призводить до складнішого реакційного шляху та більших труднощів у видаленні домішок.
2. Відмінності в еволюції кристалічних структур впливають на властивості матеріалів
Під час кальцинації вуглецеві мікрокристали в коксі на нафтовій основі поступово збільшуються в діаметрі (La), висоті (Lc) та кількості шарів усередині кристалів (N). Вміст ідеальних мікрокристалів графіту (Ig/Iall) також значно зростає. Хоча Lc переживає «точку перегину» через витік летких речовин та усадку сирого коксу, загальна кристалічна структура стає більш регулярною, з вищим ступенем графітизації. Ця структурна еволюція наділяє кокс на нафтовій основі чудовими властивостями, такими як низький коефіцієнт теплового розширення, низький питомий електричний опір та висока електропровідність після кальцинації, що робить його особливо придатним для виготовлення великогабаритних графітових електродів надвисокої потужності.
Аналогічно, структура вуглецевих мікрокристалів коксу на основі вугілля розвивається зі збільшенням вмісту La, Lc та N під час кальцинації. Однак, через вплив домішок та реакцій конденсації в сировині, кристалічних дефектів більше, а збільшення вмісту ідеальних мікрокристалів графіту обмежене. Крім того, явище «точки перегину» для Lc більш виражене у коксі на основі вугілля, а новододані шари демонструють випадкові «дефекти укладання» з початковими шарами, що призводить до значних коливань міжшарової відстані (d002). Ці структурні характеристики призводять до того, що кокс на основі вугілля має нижчий коефіцієнт теплового розширення та питомий електричний опір, ніж кокс на основі нафти після кальцинації, але меншу міцність та стійкість до стирання, що робить його більш придатним для виробництва потужних електродів та середньорозмірних надвисокопотужних електродів.
3. Відмінності у змінах фізичних властивостей визначають області застосування
Під час кальцинації кокс на нафтовій основі зазнає ретельного вивільнення летких речовин та рівномірного зменшення об'єму, що призводить до значного збільшення справжньої густини (до 2,00–2,12 г/см³) та суттєвого покращення механічної міцності. Одночасно значно покращуються електропровідність, стійкість до окислення та хімічна стабільність кальцинованого матеріалу, що відповідає суворим вимогам до експлуатаційних характеристик високоякісних графітових виробів.
На противагу цьому, кокс на основі вугілля зазнає локальної концентрації напружень під час виходу летких речовин через вищий вміст домішок, що призводить до нерівномірного об'ємного зменшення та відносно меншого збільшення справжньої густини. Крім того, нижча міцність та гірша стійкість до стирання коксу на основі вугілля після кальцинації, а також його схильність до розширення під час високотемпературної графітизації, вимагають суворого контролю швидкості підвищення температури. Ці характеристики обмежують застосування коксу на основі вугілля у високопродуктивних галузях, хоча його низький коефіцієнт теплового розширення та питомий електричний опір все ще роблять його незамінним у певних областях.
4. Різниця в труднощах контролю процесів впливає на ефективність виробництва
Завдяки своєму відносно простому хімічному складу, кокс на нафтовій основі демонструє чіткі шляхи реакцій під час кальцинації, що призводить до менших труднощів у контролі процесу. Оптимізуючи такі параметри, як температура кальцинації, швидкість нагрівання та контроль атмосфери, можна ефективно покращити якість та ефективність виробництва кальцинованих продуктів. Крім того, високий вміст летких речовин у коксі на нафтовій основі забезпечує самостійне теплове забезпечення під час кальцинації, знижуючи виробничі витрати.
Натомість, складний хімічний склад коксу на основі вугілля призводить до різноманітних реакційних шляхів під час кальцинації, що ускладнює контроль процесу. Для забезпечення стабільної якості продукту після кальцинації потрібна сувора попередня обробка сировини, точний контроль швидкості нагрівання та регулювання спеціальної атмосфери. Крім того, кокс на основі вугілля потребує додаткового теплового живлення під час кальцинації, що збільшує виробничі витрати та споживання енергії.
Час публікації: 07 квітня 2026 р.