炭素材料课件 第二章 炭素材料的制备原料.ppt

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1、第二章炭素材料的制备原料1、石油焦2、沥青焦3、冶金焦4、无烟煤5、煤沥青6、其他辅助原料1、煤焦油2、炭黑3、天然石墨4、蒽油2.1石油焦石油焦是石油炼制过程中的副产品。石油经过常压或减压蒸馏，分别得到汽油、煤油、柴油和蜡油，剩下的残余物称为渣油。将渣油进行焦化便得到石油焦。因而石油焦的性质主要取决于渣油的种类。石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。渣油1）焦化反应石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与

2、原油同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。在渣油中还有沥青质组分。它与沥青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分中沥青质脱去一个脂族基便能转化为树脂质。树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。渣油的焦化反应可归纳为：(1)渣油中的树脂质—沥青质—焦炭(2)渣油中的芳香烃等—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭(3)渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环—芳香烃—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭在焦化过程中，沥青质和树脂质将脱去直链烃化物和芳香基，生成无序的和高度交链结构的焦炭。这种焦炭若覆盖在芳香烃缩聚转化

3、的石墨微晶上，将阻碍微晶的生长。因此，用含沥青质和树脂质较高的渣油焦化所制的石油焦较难石墨化。2.1.1石油焦的焦化反应与分类2）石油焦的分类●根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦4种。●根据硫含量的不同，可分为高硫焦和低硫焦。●石油焦按照硫含量、挥发分和灰分等指标的不同,分为3个牌号,每个牌号又按质量分为Ａ、Ｂ两种。●根据原料渣油的不同，石油焦又分为裂化石油焦、常减压石油焦和页岩石油焦。2.1.2石油焦的质量要求石油焦的质量可以用灰分、硫分、挥发分和1300℃煅烧后的真密度来衡量。1）灰分原油中

4、的盐类杂质经炼制富集在渣油中，最后都转移到石油焦中。石油焦的灰分与焦化工艺、堆放操作中的混杂有关。一般炭素材料生产用的石油焦灰分不大于0.5％；生产高纯石墨时，石油焦的灰分应不大于0.15％。2）硫分硫分主要来自于原油。石油焦中的硫可分为有机硫和无机硫。有机硫有硫醇、硫醚、硫化物等；无机硫有硫化铁和硫酸盐。石油焦中有机硫占多数，在较低温度下可除去有机硫。但无机硫要在石墨化高温下才能分解挥发。少量硫会在高温下生成稳定化合物，只有加其它添加剂才能除去。3）挥发分石油焦的挥发分高低表明其焦化程度，对煅烧工艺有较大影响。4）真密度真密

5、度的大小标志着石油焦石墨化的难易程度，一般来说，在1300℃煅烧过的石油焦真密度较大，这种焦易石墨化，电阻率较低，热膨胀系数较小。2.2沥青焦沥青焦是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭，它的颗粒结构致密，气孔率小，挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高，其来源是以煤沥青为原料，采用高温干馏（焦化）的方式制备而得。沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后，真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生产铝用炭素阳极和阳极糊的原料，也是生产石磨电极、电炭制品的原料。生产沥青焦的原料是中温沥青和高温沥青，

6、高温沥青是中温沥青在氧化釜中用热空气氧化而成。高温沥青粘度大，装炉温度较高，挥发分含量小，有利于装炉操作。由于沥青焦成焦温度较高，达到1300～1350℃，所以不经煅烧也可以直接使用。但沥青焦从炼焦炉中推出后采用浇水熄火，一般水分含量大，所以在生产中它与石油焦一起按比例混合后进行煅烧。2.3冶金焦冶金焦是用几种炼焦煤按一定配比在焦炉中高温干馏焦化而得到的一种固体残留物。生产冶金焦以炼焦煤为主，适当配入部分肥煤、气煤和瘦煤。首先将选好的炼焦煤破碎和粉碎，然后按一定比例进行配煤，混合均匀后送入贮煤塔，通过装煤机将塔中原料煤定量从炉

7、顶装入焦炉炭化室。原料煤在炭化室内处于高温干馏状态。从装煤到出焦的生产周期约15h左右。当焦饼中心温度达到950～1050℃时，即可推焦出焦，送到熄焦塔用水熄焦(或干法熄焦)。冷却后的冶金焦最后经筛选分级，检验入库。冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，此外还可用作为焙烧的填充料、石墨化的保温料和电阻料。冶金焦的特点：灰分含量较高，一般为10～15%，挥发分含量为1%左右，不易石墨化。对于炭素生产来说，冶金焦的灰分应尽可能低一些。炭素生产用冶金焦的质量指标：灰分：≯13．5％；硫分：≯0．8％；挥发分：≯1．2％；水分：≯4

8、.0％。2.4无烟煤煤是古代植物埋藏在地下，在细菌作用及一定的温度和压力下逐渐变质而得到的含碳量很高的矿物。按变质程度排列，自然界中有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。变质程度越高，则煤的含碳量越高，颜色逐渐变深，密度逐渐增大，硬度和光泽也逐渐增强。无烟煤是变质程度较深的一种煤，含碳