第二章_炭素材料的制備原料_《炭素材料》教學(xué)課件

1、炭炭素素材材料料的的制制備備原原料料1、石油焦2、瀝青焦3、冶金焦4、無煙煤5、煤瀝青6、其他輔助原料1、煤焦油、煤焦油2、炭黑、炭黑3、天然石墨、天然石墨4、蒽油、蒽油2.1 2.1 石油焦石油焦v石油焦是石油煉制過程中的副產(chǎn)品。石油經(jīng)過常壓或減壓蒸餾，分別得石油焦是石油煉制過程中的副產(chǎn)品。石油經(jīng)過常壓或減壓蒸餾，分別得到汽油、煤油、柴油和蠟油，剩下的殘余物稱為渣油。將渣油進行焦化到汽油、煤油、柴油和蠟油，剩下的殘余物稱為渣油。將渣油進行焦化便得到石油焦。因而石油焦的性質(zhì)主要取決于渣油的種類。便得到石油焦。因而石油焦的性質(zhì)主要取決于渣油的種類。v石油焦是生產(chǎn)各種炭素材料的主要原料。這種焦炭灰

2、分比較低，一般小于石油焦是生產(chǎn)各種炭素材料的主要原料。這種焦炭灰分比較低，一般小于1。v石油焦在高溫下容易石墨化。石油焦的特性對炭素材料的性能有很大影響。石油焦在高溫下容易石墨化。石油焦的特性對炭素材料的性能有很大影響。渣油 延遲焦化是將原料經(jīng)深度熱裂化深度熱裂化轉(zhuǎn)化為氣體烴類，輕、中質(zhì)餾分油及焦炭的加工過程。 原料一般是深度脫鹽后的原油經(jīng)減壓蒸餾所得的渣油。有時在減壓渣油中配有一定比例的熱裂化渣油或頁巖油。 v延遲焦化主體設(shè)備有兩座直徑5.4m的焦炭塔和一座直徑 主體設(shè)備有兩座直徑5.4m的焦炭塔和一座直徑3.2m的分餾塔組成。原料渣油首先與分餾塔餾出的餾分氣進行間接換熱，然后經(jīng)加熱爐加熱到

3、50010，次溫度已達(dá)到渣油的熱解溫度，但由于油料在爐管中具有較高的流速（1.42.2m/s),來不及反應(yīng)就離開了加熱爐，是焦化反應(yīng)延遲到焦炭塔中進行。隨著油料的進入，焦炭塔中焦層不斷增高，直到達(dá)到規(guī)定的高度位置。 1號焦共生產(chǎn)煉鋼用普通石墨電極和煉鋁用炭素制品，2號焦共生產(chǎn)煉鋁用炭素制品，3號焦用于化工。v1 1）焦化反應(yīng)）焦化反應(yīng)v石油焦是由渣油經(jīng)過焦化工藝而制得的產(chǎn)品。渣油的組成很復(fù)雜。渣油與原油石油焦是由渣油經(jīng)過焦化工藝而制得的產(chǎn)品。渣油的組成很復(fù)雜。渣油與原油同樣都是由各種烴類和烴類化合物組成的。在渣油中還有瀝青質(zhì)組分。它與瀝同樣都是由各種烴類和烴類化合物組成的。在渣油中還有瀝青質(zhì)組

4、分。它與瀝青焦有相似之處，但它含有較多氧、氮、硫。在重柴油餾分中瀝青質(zhì)脫去一個青焦有相似之處，但它含有較多氧、氮、硫。在重柴油餾分中瀝青質(zhì)脫去一個脂族基便能轉(zhuǎn)化為樹脂質(zhì)。樹脂質(zhì)和瀝青質(zhì)在高溫下會進行縮聚反應(yīng)，最后可脂族基便能轉(zhuǎn)化為樹脂質(zhì)。樹脂質(zhì)和瀝青質(zhì)在高溫下會進行縮聚反應(yīng)，最后可得焦炭。得焦炭。v渣油的焦化反應(yīng)可歸納為：渣油的焦化反應(yīng)可歸納為： (1) (1) 渣油中的樹脂質(zhì)渣油中的樹脂質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)焦炭焦炭v(2) (2) 渣油中的芳香烴等渣油中的芳香烴等高分子縮聚物高分子縮聚物樹脂質(zhì)樹脂質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)焦炭焦炭v(3) (3) 渣油中的烷烴、環(huán)烷烴、帶長側(cè)鏈稠環(huán)渣油中的烷烴、環(huán)烷烴、帶長側(cè)

5、鏈稠環(huán)芳香烴芳香烴高分子縮聚物高分子縮聚物樹脂樹脂質(zhì)質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)焦炭焦炭v在焦化過程中，瀝青質(zhì)和樹脂質(zhì)將脫去直鏈烴化物和芳香基，生成無序的和高在焦化過程中，瀝青質(zhì)和樹脂質(zhì)將脫去直鏈烴化物和芳香基，生成無序的和高度交鏈結(jié)構(gòu)的焦炭。這種焦炭若覆蓋在芳香烴縮聚轉(zhuǎn)化的石墨微晶上，將阻礙度交鏈結(jié)構(gòu)的焦炭。這種焦炭若覆蓋在芳香烴縮聚轉(zhuǎn)化的石墨微晶上，將阻礙微晶的生長。因此，用含瀝青質(zhì)和樹脂質(zhì)較高的渣油焦化所制的石油焦較難石微晶的生長。因此，用含瀝青質(zhì)和樹脂質(zhì)較高的渣油焦化所制的石油焦較難石墨化。墨化。2.1.1石油焦的焦化反應(yīng)與分類2 2）石油焦的分類）石油焦的分類v根據(jù)石油焦結(jié)構(gòu)和外觀，石油焦產(chǎn)品可分

6、為根據(jù)石油焦結(jié)構(gòu)和外觀，石油焦產(chǎn)品可分為針狀焦、海綿針狀焦、海綿焦、彈丸焦和粉焦焦、彈丸焦和粉焦4 4種。種。v根據(jù)硫含量的不同，可分為高硫焦和低硫焦。根據(jù)硫含量的不同，可分為高硫焦和低硫焦。 v石油焦按照硫含量、揮發(fā)分和灰分等指標(biāo)的不同石油焦按照硫含量、揮發(fā)分和灰分等指標(biāo)的不同, ,分為分為3 3個個牌號牌號, ,每個牌號又按質(zhì)量分為、兩種。每個牌號又按質(zhì)量分為、兩種。 v根據(jù)原料渣油的不同，石油焦又分為裂化石油焦、常減壓根據(jù)原料渣油的不同，石油焦又分為裂化石油焦、常減壓石油焦和頁巖石油焦。石油焦和頁巖石油焦。2.1.2 2.1.2 石油焦的質(zhì)量要求石油焦的質(zhì)量要求v石油焦的質(zhì)量可以用灰分、

7、硫分、揮發(fā)分和石油焦的質(zhì)量可以用灰分、硫分、揮發(fā)分和13001300煅燒后的真密度來衡量。煅燒后的真密度來衡量。v1 1）灰分）灰分 原油中的鹽類雜質(zhì)經(jīng)煉制富集在渣油中，最后都轉(zhuǎn)移到石油焦中。原油中的鹽類雜質(zhì)經(jīng)煉制富集在渣油中，最后都轉(zhuǎn)移到石油焦中。石油焦的灰分與焦化工藝、堆放操作中的混雜有關(guān)。一般炭素材料生產(chǎn)用的石石油焦的灰分與焦化工藝、堆放操作中的混雜有關(guān)。一般炭素材料生產(chǎn)用的石油焦灰分不大于油焦灰分不大于0.50.5；生產(chǎn)高純石墨時，石油焦的灰分應(yīng)不大于；生產(chǎn)高純石墨時，石油焦的灰分應(yīng)不大于0.150.15。v2 2）硫分）硫分 硫分主要來自于原油。石油焦中的硫可分為有機硫和無機硫。有機

8、硫分主要來自于原油。石油焦中的硫可分為有機硫和無機硫。有機硫有硫醇、硫醚、硫化物等；無機硫有硫化鐵和硫酸鹽。石油焦中有機硫占多硫有硫醇、硫醚、硫化物等；無機硫有硫化鐵和硫酸鹽。石油焦中有機硫占多數(shù)，在較低溫度下可除去有機硫。但無機硫要在石墨化高溫下才能分解揮發(fā)。數(shù)，在較低溫度下可除去有機硫。但無機硫要在石墨化高溫下才能分解揮發(fā)。少量硫會在高溫下生成穩(wěn)定化合物，只有加其它添加劑才能除去。少量硫會在高溫下生成穩(wěn)定化合物，只有加其它添加劑才能除去。v3 3）揮發(fā)分）揮發(fā)分 石油焦的揮發(fā)分高低表明其焦化程度，對煅燒工藝有較大影響。石油焦的揮發(fā)分高低表明其焦化程度，對煅燒工藝有較大影響。v4 4）真密度

9、）真密度 真密度的大小標(biāo)志著石油焦石墨化的難易程度，一般來說，在真密度的大小標(biāo)志著石油焦石墨化的難易程度，一般來說，在13001300煅燒過的石油焦真密度較大，這種焦易石墨化，電阻率較低，熱膨脹系煅燒過的石油焦真密度較大，這種焦易石墨化，電阻率較低，熱膨脹系數(shù)較小。數(shù)較小。 2.2 2.2 瀝青焦瀝青焦v瀝青焦是一種含灰分和硫分均較低的優(yōu)質(zhì)焦炭，它的顆粒結(jié)構(gòu)致密，氣孔率小，瀝青焦是一種含灰分和硫分均較低的優(yōu)質(zhì)焦炭，它的顆粒結(jié)構(gòu)致密，氣孔率小，揮發(fā)分較低，耐磨性和機械強度比較高，其來源是以煤瀝青為原料，采用高溫?fù)]發(fā)分較低，耐磨性和機械強度比較高，其來源是以煤瀝青為原料，采用高溫干餾（焦化）的方式

10、制備而得。干餾（焦化）的方式制備而得。v瀝青焦雖然也是一種易石墨化焦，但與石油焦相比，經(jīng)過同樣的高溫石墨化后，瀝青焦雖然也是一種易石墨化焦，但與石油焦相比，經(jīng)過同樣的高溫石墨化后，真密度略低，且電阻率較高、線膨脹系數(shù)較大。瀝青焦是生產(chǎn)鋁用炭素陽極和真密度略低，且電阻率較高、線膨脹系數(shù)較大。瀝青焦是生產(chǎn)鋁用炭素陽極和陽極糊的原料，也是生產(chǎn)石磨電極、電炭制品的原料。陽極糊的原料，也是生產(chǎn)石磨電極、電炭制品的原料。v生產(chǎn)瀝青焦的原料是中溫瀝青和高溫瀝青，高溫瀝青是中溫瀝青在氧化釜中用生產(chǎn)瀝青焦的原料是中溫瀝青和高溫瀝青，高溫瀝青是中溫瀝青在氧化釜中用熱空氣氧化而成。高溫瀝青粘度大，裝爐溫度較高，揮發(fā)

11、分含量小，有利于裝熱空氣氧化而成。高溫瀝青粘度大，裝爐溫度較高，揮發(fā)分含量小，有利于裝爐操作。爐操作。v由于瀝青焦成焦溫度較高，達(dá)到由于瀝青焦成焦溫度較高，達(dá)到1300130013501350，所以不經(jīng)煅燒也可以直，所以不經(jīng)煅燒也可以直接使用。但瀝青焦從煉焦?fàn)t中推出后采用澆水熄火，一般水分含量大，接使用。但瀝青焦從煉焦?fàn)t中推出后采用澆水熄火，一般水分含量大，所以在生產(chǎn)中它與石油焦一起按比例混合后進行煅燒。所以在生產(chǎn)中它與石油焦一起按比例混合后進行煅燒。v煤瀝青焦化過程的本質(zhì)是也行熱解反應(yīng)。這種熱解反應(yīng)具有熱分解和熱縮聚兩個方向。熱縮聚反應(yīng)可以大致分為三種類型(1)分子內(nèi)部縮合；（2）通過烷基側(cè)

12、鏈和功能團進行相鄰分子間縮合；（3）通過芳核進行相鄰分子間的熱縮聚。v煤瀝青焦化時，450前主要是低沸點餾分的蒸餾和瀝青的熱分解，450500之間熱分解和熱縮聚并存，同時發(fā)生高沸點餾分的蒸餾；大約500形成半焦以后，則以瀝青及其固體焦化產(chǎn)物的碳含量、真密度不斷提高，氫、硫、氮、氧的含量和揮發(fā)分減少，電阻率逐漸下降。v瀝青焦生產(chǎn)（1）爐室法（2）延遲焦化法2.3 2.3 冶金焦冶金焦v冶金焦是用幾種煉焦煤按一定配比在焦?fàn)t中高溫干餾焦化而得到的一種固體殘留物。生產(chǎn)冶金焦是用幾種煉焦煤按一定配比在焦?fàn)t中高溫干餾焦化而得到的一種固體殘留物。生產(chǎn)冶金焦以煉焦煤為主，適當(dāng)配入部分肥煤、氣煤和瘦煤。首先將選

13、好的煉焦煤破碎和粉碎，冶金焦以煉焦煤為主，適當(dāng)配入部分肥煤、氣煤和瘦煤。首先將選好的煉焦煤破碎和粉碎，然后按一定比例進行配煤，混合均勻后送入貯煤塔，通過裝煤機將塔中原料煤定量從爐頂然后按一定比例進行配煤，混合均勻后送入貯煤塔，通過裝煤機將塔中原料煤定量從爐頂裝入焦?fàn)t炭化室。原料煤在炭化室內(nèi)處于高溫干餾狀態(tài)。從裝煤到出焦的生產(chǎn)周期約裝入焦?fàn)t炭化室。原料煤在炭化室內(nèi)處于高溫干餾狀態(tài)。從裝煤到出焦的生產(chǎn)周期約15h15h左右。當(dāng)焦餅中心溫度達(dá)到左右。當(dāng)焦餅中心溫度達(dá)到95095010501050時，即可推焦出焦，送到熄焦塔用水熄焦時，即可推焦出焦，送到熄焦塔用水熄焦( (或干法或干法熄焦熄焦) )。

14、冷卻后的冶金焦最后經(jīng)篩選分級，檢驗入庫。冷卻后的冶金焦最后經(jīng)篩選分級，檢驗入庫。v冶金焦是生產(chǎn)各種炭塊和電極糊的主要原料，此外還可用作為焙燒的填充料、冶金焦是生產(chǎn)各種炭塊和電極糊的主要原料，此外還可用作為焙燒的填充料、石墨化的保溫料和電阻料。石墨化的保溫料和電阻料。v冶金焦的特點：灰分含量較高，一般為冶金焦的特點：灰分含量較高，一般為101015%15%，揮發(fā)分含量為，揮發(fā)分含量為1%1%左右，不易石左右，不易石墨化。對于炭素生產(chǎn)來說，冶金焦的灰分應(yīng)盡可能低一些。墨化。對于炭素生產(chǎn)來說，冶金焦的灰分應(yīng)盡可能低一些。v炭素生產(chǎn)用冶金焦的質(zhì)量指標(biāo)：灰分：炭素生產(chǎn)用冶金焦的質(zhì)量指標(biāo)：灰分：13135

15、 5；硫分：；硫分：008 8；揮發(fā)分：；揮發(fā)分：112 2；水分：；水分：4.04.0。2.4 2.4 無煙煤無煙煤v煤是古代植物埋藏在地下，在細(xì)菌作用及一定的溫度和壓力下逐漸變質(zhì)而得到煤是古代植物埋藏在地下，在細(xì)菌作用及一定的溫度和壓力下逐漸變質(zhì)而得到的含碳量很高的礦物。按變質(zhì)程度排列，自然界中有泥炭、褐煤、煙煤和無煙的含碳量很高的礦物。按變質(zhì)程度排列，自然界中有泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤。變質(zhì)程度越高，則煤的含碳量越高，顏色逐漸變深，密度逐漸增大，硬度煤。變質(zhì)程度越高，則煤的含碳量越高，顏色逐漸變深，密度逐漸增大，硬度和光澤也逐漸增強。和光澤也逐漸增強。v無煙煤是變質(zhì)程度較深的一種煤，含碳

16、量一般在無煙煤是變質(zhì)程度較深的一種煤，含碳量一般在9090以上。它的特點是：有機以上。它的特點是：有機質(zhì)含量少、結(jié)構(gòu)致密、強度較高、發(fā)熱量較高，是生產(chǎn)冶金用炭塊、炭電極質(zhì)含量少、結(jié)構(gòu)致密、強度較高、發(fā)熱量較高，是生產(chǎn)冶金用炭塊、炭電極（如鋁電解槽陰極）和電極糊料的原料。（如鋁電解槽陰極）和電極糊料的原料。寧夏無煙煤v無煙煤是生產(chǎn)炭素材料的主要原料，但是并不是所有的無煙煤都可以作為生無煙煤是生產(chǎn)炭素材料的主要原料，但是并不是所有的無煙煤都可以作為生產(chǎn)炭素材料的生產(chǎn)原料，能作生產(chǎn)炭素材料的無煙煤必須具有以下條件：產(chǎn)炭素材料的生產(chǎn)原料，能作生產(chǎn)炭素材料的無煙煤必須具有以下條件：v（1 1）灰份含量要

17、低。）灰份含量要低。灰分含量高的無煙煤生產(chǎn)出的炭素制品質(zhì)量將會降低，因灰分含量高的無煙煤生產(chǎn)出的炭素制品質(zhì)量將會降低，因為無煙煤中的灰分將全部轉(zhuǎn)移到炭素材料中，在一定程度上降低炭素材料的質(zhì)為無煙煤中的灰分將全部轉(zhuǎn)移到炭素材料中，在一定程度上降低炭素材料的質(zhì)量。生產(chǎn)陰極炭塊和高爐炭塊的無煙煤灰份要求在量。生產(chǎn)陰極炭塊和高爐炭塊的無煙煤灰份要求在8 8以下；生產(chǎn)電極糊的無煙以下；生產(chǎn)電極糊的無煙煤灰分應(yīng)小于煤灰分應(yīng)小于1010。v（2 2）機械強度要高。）機械強度要高。機械強度較高的優(yōu)質(zhì)無煙煤經(jīng)煅燒后，仍能保持原來的塊機械強度較高的優(yōu)質(zhì)無煙煤經(jīng)煅燒后，仍能保持原來的塊狀，說明強度仍然很高，這樣的煤

18、熱穩(wěn)定性能好，是生產(chǎn)炭素制品所要求的主狀，說明強度仍然很高，這樣的煤熱穩(wěn)定性能好，是生產(chǎn)炭素制品所要求的主要特性之一。只有原料的機械強度高，才能制造出機械強度高的炭素制品。要特性之一。只有原料的機械強度高，才能制造出機械強度高的炭素制品。v（3 3）熱穩(wěn)定性要高。）熱穩(wěn)定性要高。有的無煙煤在煅燒后容易裂成小塊，強度降低，這樣的無有的無煙煤在煅燒后容易裂成小塊，強度降低，這樣的無煙煤熱穩(wěn)定性不好。有的無煙煤在煅燒以后，仍然保持原來的塊狀，機械強度煙煤熱穩(wěn)定性不好。有的無煙煤在煅燒以后，仍然保持原來的塊狀，機械強度仍然很高，這樣的無煙煤熱穩(wěn)定性好。仍然很高，這樣的無煙煤熱穩(wěn)定性好。v（4 4）硫分

19、要少。）硫分要少。若無煙煤中含硫量過多，不僅燃燒時放出若無煙煤中含硫量過多，不僅燃燒時放出SO2SO2氣體污染環(huán)境，氣體污染環(huán)境，而且容易引起無煙煤塊爆裂。而且容易引起無煙煤塊爆裂。2.5 2.5 煤瀝青煤瀝青v煤瀝青是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。煙煤在煉焦?fàn)t中受高溫作用煤瀝青是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。煙煤在煉焦?fàn)t中受高溫作用發(fā)生熱分解，得到三種產(chǎn)物：發(fā)生熱分解，得到三種產(chǎn)物：焦炭；焦炭；煤氣；煤氣；煤焦油。煤焦油。一噸干煙煤可得到一噸干煙煤可得到720720780kg780kg焦炭，焦炭，150150190m3190m3煤氣，煤氣，252542kg42kg煤焦油。其中煤焦油是生產(chǎn)煤瀝青的原料，煤焦煤焦油。其

20、中煤焦油是生產(chǎn)煤瀝青的原料，煤焦油再經(jīng)過蒸餾得到的殘渣便是煤瀝青。油再經(jīng)過蒸餾得到的殘渣便是煤瀝青。煙煤2.5.1 煤瀝青在炭素材料中的作用煤瀝青在炭素材料中的作用v煤瀝青是生產(chǎn)炭素材料的粘結(jié)劑和浸潤劑。它能很好的浸潤和滲透到各種焦炭煤瀝青是生產(chǎn)炭素材料的粘結(jié)劑和浸潤劑。它能很好的浸潤和滲透到各種焦炭及無煙煤的表面和孔隙。并使各種配入的顆?；ハ嗾辰Y(jié)形成具有良好的塑性狀及無煙煤的表面和孔隙。并使各種配入的顆粒互相粘結(jié)形成具有良好的塑性狀態(tài)的糊料。糊料成型或壓型后的陽極炭塊或陰極炭塊，經(jīng)冷卻后即硬化，并保態(tài)的糊料。糊料成型或壓型后的陽極炭塊或陰極炭塊，經(jīng)冷卻后即硬化，并保持成型時的形狀。生陽極炭塊

21、或陰極炭塊在焙燒時煤瀝青逐漸分解并炭化，把持成型時的形狀。生陽極炭塊或陰極炭塊在焙燒時煤瀝青逐漸分解并炭化，把四周的骨料牢固的連接在一起，獲得數(shù)量多的、高強度的，在骨料顆粒間起連四周的骨料牢固的連接在一起，獲得數(shù)量多的、高強度的，在骨料顆粒間起連結(jié)作用的由瀝青生成的焦炭。結(jié)作用的由瀝青生成的焦炭。瀝青瀝青骨料骨料2.5.1 2.5.1 煤瀝青的組分煤瀝青的組分v煤瀝青是多種高分子碳?xì)浠衔锏幕旌象w。一般難于從煤瀝青中提取單獨的具有一定化學(xué)煤瀝青是多種高分子碳?xì)浠衔锏幕旌象w。一般難于從煤瀝青中提取單獨的具有一定化學(xué)組成的物質(zhì)，而只能用不同的溶劑去萃取煤瀝青，將它分離為若干組分。組成的物質(zhì)，而只

22、能用不同的溶劑去萃取煤瀝青，將它分離為若干組分。在炭素材料工業(yè)在炭素材料工業(yè)中，現(xiàn)在一般采用苯（或甲苯）和喹啉兩種溶劑將煤瀝青萃取分為三個組分：中，現(xiàn)在一般采用苯（或甲苯）和喹啉兩種溶劑將煤瀝青萃取分為三個組分：甲苯不溶物甲苯不溶物 (TI)甲苯可溶物甲苯可溶物 (TS，或或 樹脂樹脂)甲苯甲苯 喹啉可溶物喹啉可溶物 (TI-QS或或， 樹脂樹脂)喹啉喹啉煤瀝青煤瀝青 (CTP)喹啉不溶物喹啉不溶物 (QI，或或 樹脂樹脂 )2.5.2 2.5.2 煤瀝青的性能表征煤瀝青的性能表征v軟化點是煤瀝青最重要的物理性軟化點是煤瀝青最重要的物理性質(zhì)之一，軟化點在質(zhì)之一，軟化點在7575以下的稱以下的稱

23、為軟瀝青，軟化點在為軟瀝青，軟化點在75759090之之間的稱為中溫瀝青，軟化點在間的稱為中溫瀝青，軟化點在9090以上的稱為高溫瀝青。瀝青以上的稱為高溫瀝青。瀝青軟化點高，則揮發(fā)分含量少，焙軟化點高，則揮發(fā)分含量少，焙燒后殘?zhí)苛看?，制品機械強度高，燒后殘?zhí)苛看?，制品機械強度高，但瀝青熔化、混捏和成型都需要但瀝青熔化、混捏和成型都需要高一些的溫度。高一些的溫度。v衡量煤瀝青的性能，一般通過軟化點、粘度、密度與結(jié)焦殘?zhí)苛?、加熱后的衡量煤瀝青的性能，一般通過軟化點、粘度、密度與結(jié)焦殘?zhí)苛?、加熱后的氣體析出曲線等表示。氣體析出曲線等表示。v 1 1）軟化點（）軟化點（SPSP） 煤瀝青的軟化點是以一

24、定軟化程度相應(yīng)的溫度來表示。應(yīng)煤瀝青的軟化點是以一定軟化程度相應(yīng)的溫度來表示。應(yīng)與瀝青中各組分的比例有關(guān)。隨著軟化點上升，其苯或甲苯不溶物含量增加，與瀝青中各組分的比例有關(guān)。隨著軟化點上升，其苯或甲苯不溶物含量增加，組分有增加趨勢，組分含量減少。組分有增加趨勢，組分含量減少。v2 2）粘度）粘度v瀝青粘度隨溫度而變化，加熱到較高溫度后，粘度急劇降低。粘度既取決于瀝青粘度隨溫度而變化，加熱到較高溫度后，粘度急劇降低。粘度既取決于溫度，又取決于瀝青本身的特性，在同樣的溫度下不同產(chǎn)地的瀝青粘度可以溫度，又取決于瀝青本身的特性，在同樣的溫度下不同產(chǎn)地的瀝青粘度可以相差數(shù)倍。粘度和軟化點都代表瀝青的可塑

25、性，影響著炭素生產(chǎn)中糊料的混相差數(shù)倍。粘度和軟化點都代表瀝青的可塑性，影響著炭素生產(chǎn)中糊料的混捏和成型。一般炭素生產(chǎn)只需測定瀝青在捏和成型。一般炭素生產(chǎn)只需測定瀝青在100100200200范圍內(nèi)的粘度。范圍內(nèi)的粘度。 炭材料生產(chǎn)過程中煤瀝青的粘度炭材料生產(chǎn)過程中煤瀝青的粘度溫度曲線呈溫度曲線呈U U形曲線可分為三段。形曲線可分為三段。第一階段第二階段第三階段v3 3）瀝青的密度）瀝青的密度 煤瀝青的密度反映了它的含氫量或碳?xì)湓颖?，煤瀝青的密度大，煤瀝青的密度反映了它的含氫量或碳?xì)湓颖?，煤瀝青的密度大，則混捏時填充在骨料顆粒間的瀝青量也多，焙燒后制品密度高，機則混捏時填充在骨料顆粒間的瀝青

26、量也多，焙燒后制品密度高，機械強度大。煤瀝青的密度與其苯不溶物含量及揮發(fā)分含量密切相關(guān)，械強度大。煤瀝青的密度與其苯不溶物含量及揮發(fā)分含量密切相關(guān)，一般中溫瀝青密度約為一般中溫瀝青密度約為1.21.21.25g/cm31.25g/cm3，高溫瀝青的密度可達(dá)，高溫瀝青的密度可達(dá)1.30g/cm31.30g/cm3以上。以上。v4 4）結(jié)焦殘?zhí)恐担┙Y(jié)焦殘?zhí)恐?瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐凳窃u價煤瀝青質(zhì)量的重要依據(jù)，它與瀝青的揮發(fā)瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐凳窃u價煤瀝青質(zhì)量的重要依據(jù)，它與瀝青的揮發(fā)分含量密切相關(guān)，高軟化點瀝青結(jié)焦殘?zhí)恐蹈摺r青的結(jié)焦殘?zhí)恐捣趾棵芮邢嚓P(guān)，高軟化點瀝青結(jié)焦殘?zhí)恐蹈?。瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐颠€與生制品

27、焙燒時的升溫速度有關(guān)，慢速升溫有利于提高殘?zhí)苛?。還與生制品焙燒時的升溫速度有關(guān)，慢速升溫有利于提高殘?zhí)苛?。對于提高炭和石墨制品的密度和機械強度而言，希望煤瀝青的結(jié)焦對于提高炭和石墨制品的密度和機械強度而言，希望煤瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐当M可能高一些。在一般工藝條件下，中溫瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐禋執(zhí)恐当M可能高一些。在一般工藝條件下，中溫瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐禐闉?4%54%左右，而高溫瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐祫t約為左右，而高溫瀝青的結(jié)焦殘?zhí)恐祫t約為60%60%。v5 5）瀝青的氣體析出量）瀝青的氣體析出量v在加熱過程中，瀝青的氣體析出量并不均勻，軟化點不同的瀝青，氣體析在加熱過程中，瀝青的氣體析出量并不均勻，軟化點不同的瀝

28、青，氣體析出量也不同。對于軟化點為出量也不同。對于軟化點為8383、100100、134134的瀝青，最大氣體析出量的瀝青，最大氣體析出量的溫度范圍分別為的溫度范圍分別為330330480480；330330480480和和330330510510。v煤瀝青在加熱過程中的氣體析出曲線對制定焙燒升溫曲線關(guān)系很大，因為煤瀝青在加熱過程中的氣體析出曲線對制定焙燒升溫曲線關(guān)系很大，因為在某些溫度階段，揮發(fā)分劇烈排出，所以要放慢升溫速度，否則易產(chǎn)生裂在某些溫度階段，揮發(fā)分劇烈排出，所以要放慢升溫速度，否則易產(chǎn)生裂紋廢品。紋廢品。v煤瀝青的氣體析出曲線與其軟化點高低有關(guān)。煤瀝青在加熱過程中的氣體煤瀝青的氣

29、體析出曲線與其軟化點高低有關(guān)。煤瀝青在加熱過程中的氣體析出曲線對制定焙燒升溫曲線關(guān)系很大，因為在某些溫度階段，揮發(fā)分劇析出曲線對制定焙燒升溫曲線關(guān)系很大，因為在某些溫度階段，揮發(fā)分劇烈排出，所以要放慢升溫速度，否則易產(chǎn)生裂紋廢品。烈排出，所以要放慢升溫速度，否則易產(chǎn)生裂紋廢品。2.5.3 2.5.3 煤瀝青的炭化煤瀝青的炭化v煤瀝青是一大群稠環(huán)芳烴化合物及其衍生物的混合物，其中已經(jīng)確認(rèn)出的煤瀝青是一大群稠環(huán)芳烴化合物及其衍生物的混合物，其中已經(jīng)確認(rèn)出的化合物已有幾百種之多，因此煤瀝青的炭化過程相當(dāng)復(fù)雜。煤瀝青炭化時，化合物已有幾百種之多，因此煤瀝青的炭化過程相當(dāng)復(fù)雜。煤瀝青炭化時，隨著熱處理溫

30、度的升高，將發(fā)生如圖所示的多階段化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可隨著熱處理溫度的升高，將發(fā)生如圖所示的多階段化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可以概括為兩類：前期以熱分解反應(yīng)為主，后期以熱縮聚反應(yīng)為主，隨著縮以概括為兩類：前期以熱分解反應(yīng)為主，后期以熱縮聚反應(yīng)為主，隨著縮合環(huán)數(shù)增多，稠環(huán)芳烴的熱穩(wěn)定性則增高。合環(huán)數(shù)增多，稠環(huán)芳烴的熱穩(wěn)定性則增高。v 2.5.4 2.5.4 改質(zhì)瀝青改質(zhì)瀝青v改質(zhì)瀝青改質(zhì)瀝青( (又稱高軟化點瀝青或高溫瀝青或硬瀝青又稱高軟化點瀝青或高溫瀝青或硬瀝青) )。由于它具有一系列。由于它具有一系列的優(yōu)異特性越來越受到國內(nèi)外同行們的重視。世界各國炭的優(yōu)異特性越來越受到國內(nèi)外同行們的重視。世界各國炭-

31、 -石墨制品所石墨制品所用粘結(jié)劑由改質(zhì)瀝青來替代中溫瀝青已達(dá)到普及的程度。用粘結(jié)劑由改質(zhì)瀝青來替代中溫瀝青已達(dá)到普及的程度。v國內(nèi)改質(zhì)瀝青生產(chǎn)方法：主要采用高溫?zé)峋鄯▏鴥?nèi)改質(zhì)瀝青生產(chǎn)方法：主要采用高溫?zé)峋鄯? (間歇加壓式、連續(xù)常壓間歇加壓式、連續(xù)常壓式和常壓間歇式式和常壓間歇式) )和閃蒸法二種工藝。和閃蒸法二種工藝。v v改質(zhì)瀝青作為粘結(jié)劑的特點改質(zhì)瀝青作為粘結(jié)劑的特點v(1)(1)結(jié)焦殘?zhí)恐蹈?，焙燒時可生成更多的粘結(jié)焦，制品的機械強度高。結(jié)焦殘?zhí)恐蹈?，焙燒時可生成更多的粘結(jié)焦，制品的機械強度高。v(2)(2)軟化點高，夏天運輸和遠(yuǎn)距離運輸問題易于解決。軟化點高，夏天運輸和遠(yuǎn)距離運輸問題易

32、于解決。v(3)(3)混捏成型過程中瀝青逸出的煙氣較少，可減輕環(huán)境污染。混捏成型過程中瀝青逸出的煙氣較少，可減輕環(huán)境污染。v(4)(4)瀝青熔化溫度、混捏溫度高于中溫瀝青。瀝青熔化溫度、混捏溫度高于中溫瀝青。v(5)(5)改質(zhì)瀝青含有較多的樹脂和次生改質(zhì)瀝青含有較多的樹脂和次生QIQI，具有較高的熱穩(wěn)定性，有利于，具有較高的熱穩(wěn)定性，有利于提高炭和石墨制品的質(zhì)量。提高炭和石墨制品的質(zhì)量。2.5.5 2.5.5 煤瀝青對鋁用炭素陽極質(zhì)量的影響煤瀝青對鋁用炭素陽極質(zhì)量的影響 v煤瀝青不僅是陽極材料的重要組成部分，而且其浸潤性、流動性、可塑性、滲煤瀝青不僅是陽極材料的重要組成部分，而且其浸潤性、流動

33、性、可塑性、滲透性、結(jié)焦性和穩(wěn)定性，尤其是金屬微量元素透性、結(jié)焦性和穩(wěn)定性，尤其是金屬微量元素( (灰分灰分) )的含量及適宜的使用條件的含量及適宜的使用條件對炭陽極質(zhì)量影響很大。但是，由于煤瀝青組成和特性的復(fù)雜和可變性，所以對炭陽極質(zhì)量影響很大。但是，由于煤瀝青組成和特性的復(fù)雜和可變性，所以很難嚴(yán)格區(qū)分單一瀝青組分或特性對炭陽極質(zhì)量的決定影響。很難嚴(yán)格區(qū)分單一瀝青組分或特性對炭陽極質(zhì)量的決定影響。v如瀝青的甲苯不溶物組分如瀝青的甲苯不溶物組分(BI)(BI)、喹啉不溶物組分（、喹啉不溶物組分（QIQI）和）和組分，在溶體中可組分，在溶體中可形成均勻分散的膠體，參與形成焦炭粘結(jié)網(wǎng)格，成焦率高，

34、致密，使焙燒體強形成均勻分散的膠體，參與形成焦炭粘結(jié)網(wǎng)格，成焦率高，致密，使焙燒體強度大為提高，在干料混合體孔隙度大時不溶性組分顯得更為重要。但是不溶性度大為提高，在干料混合體孔隙度大時不溶性組分顯得更為重要。但是不溶性組分過高，不利于瀝青的濕潤性、吸附性，反而會降低制品的強度等，尤其是組分過高，不利于瀝青的濕潤性、吸附性，反而會降低制品的強度等，尤其是QIQI過低，會使糊料分層，偏析，造成自焙槽陽極斷層和陽極塊焙燒裂紋；但過低，會使糊料分層，偏析，造成自焙槽陽極斷層和陽極塊焙燒裂紋；但QIQI過高，不僅使糊料粘結(jié)性能差，而且在過高，不僅使糊料粘結(jié)性能差，而且在BIBI一定情況下，會降低一定情

35、況下，會降低組分組分(BI-QI= (BI-QI= 組分組分) )。與。與QIQI相匹配的條件是，在相匹配的條件是，在SPSP一定時，瀝青中一定時，瀝青中QIQI含量每增加含量每增加1 1，混捏，混捏溫度需增加溫度需增加2 233，或延長混捏時間、增加瀝青量或添加活性劑。，或延長混捏時間、增加瀝青量或添加活性劑。v瀝青的灰分，尤其灰分中的金屬元素，是炭陽極與瀝青的灰分，尤其灰分中的金屬元素，是炭陽極與C02C02和空氣反應(yīng)的催化劑，對和空氣反應(yīng)的催化劑，對陽極極為有害。陽極極為有害。2.6 2.6 炭素制品的其它輔助原料炭素制品的其它輔助原料v2.6.1 煤焦油v煤焦油是煉焦時的副產(chǎn)品，它是黑

36、色粘稠液體，也是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。煤焦油是煉焦時的副產(chǎn)品，它是黑色粘稠液體，也是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。從煤焦油中可以提煉出上百種有機化合物。在鋁用陰極材料從煤焦油中可以提煉出上百種有機化合物。在鋁用陰極材料( (冷搗糊冷搗糊) )生產(chǎn)中經(jīng)生產(chǎn)中經(jīng)過脫水后的煤焦油用來調(diào)整煤瀝青的軟化點。一般中瀝青的軟化點為過脫水后的煤焦油用來調(diào)整煤瀝青的軟化點。一般中瀝青的軟化點為75759090，而冷搗糊使用粘結(jié)劑的軟化點只有而冷搗糊使用粘結(jié)劑的軟化點只有15153030，這就要選用性能相近的不同粘結(jié)，這就要選用性能相近的不同粘結(jié)劑進行適宜的混兌方法解決這一問題。通過在中溫瀝青中加入量為劑進行適宜的混

37、兌方法解決這一問題。通過在中溫瀝青中加入量為55556969煤煤焦油，混合粘結(jié)劑軟化點可達(dá)冷搗糊對其軟化點的要求范圍。焦油，混合粘結(jié)劑軟化點可達(dá)冷搗糊對其軟化點的要求范圍。v冷搗糊適宜的混合粘結(jié)劑的配比為：冷搗糊適宜的混合粘結(jié)劑的配比為： 煤瀝青：煤焦油煤瀝青：煤焦油(40(405)5)(60(605)5)v煤焦油的質(zhì)量指標(biāo)為：煤焦油的質(zhì)量指標(biāo)為： 比重比重1.161.161.201.20；灰分不大于；灰分不大于0.20.2； 水分不大于水分不大于0.20.2；游離碳含量：；游離碳含量：5 59 9。v2.6.2 炭黑v在機械用炭制品、電刷和石墨化爐保溫材料方面，需要不少炭黑料。在機械用炭制品

38、、電刷和石墨化爐保溫材料方面，需要不少炭黑料。v炭黑料是有機物不完全燃燒的產(chǎn)物，其種類依所用原料與制造方法不同而異：炭黑料是有機物不完全燃燒的產(chǎn)物，其種類依所用原料與制造方法不同而異： 瓦斯槽黑是以天然氣為原料而制得的。瓦斯槽黑是以天然氣為原料而制得的。 混合槽黑是用煤焦油蒸餾產(chǎn)物與煤氣或天然氣混合而制得的?；旌喜酆谑怯妹航褂驼麴s產(chǎn)物與煤氣或天然氣混合而制得的。 滾筒炭黑是以液態(tài)碳?xì)浠衔锖兔簹饣旌现频玫?。滾筒炭黑是以液態(tài)碳?xì)浠衔锖兔簹饣旌现频玫摹?高耐磨爐黑是用液態(tài)碳?xì)浠衔餅樵现频玫?。高耐磨爐黑是用液態(tài)碳?xì)浠衔餅樵现频玫摹?燈煙黑是用液態(tài)碳?xì)浠衔餅樵现频玫?。燈煙黑是用液態(tài)碳?xì)浠?/p>

39、合物為原料制得的。 熱解炭黑是在熱解爐中讓天然氣轉(zhuǎn)化為炭黑。熱解炭黑是在熱解爐中讓天然氣轉(zhuǎn)化為炭黑。v炭黑是生產(chǎn)硬質(zhì)電化石墨電刷和弧光碳棒炭黑是生產(chǎn)硬質(zhì)電化石墨電刷和弧光碳棒v的主要原料之一。由于它具有極細(xì)的粒度，的主要原料之一。由于它具有極細(xì)的粒度，v碳原子排列不規(guī)則，顆粒大部分為球狀，碳原子排列不規(guī)則，顆粒大部分為球狀，v而且純度較高，故用炭黑為主要原料制造而且純度較高，故用炭黑為主要原料制造v的產(chǎn)品具有下列特點：各向同性，電阻系的產(chǎn)品具有下列特點：各向同性，電阻系v數(shù)大，機械強度高、純度高等，在制造高數(shù)大，機械強度高、純度高等，在制造高v密度制品時，可加入少量炭黑，用它來填密度制品時，可加入少量炭黑，用它來填v充焦碳顆粒間的微小空隙。充焦碳顆粒間的微小空隙。v2.6.3 2.6.3 天然石墨天然石墨v天然石墨是一種非金屬礦物，大量用于電炭行業(yè)生產(chǎn)各種電刷、耐磨材料和天然石墨是一種非金屬礦物，大量用于電炭行業(yè)生產(chǎn)各種電刷、耐磨材料和石墨坩堝等。石墨坩堝等。v在自然界，純粹的天然石墨極少以單體存在，一般都以石墨