【正文】 67 炭材料生產(chǎn)用原料有哪些？ 在常規(guī)炭材料生產(chǎn)中，通常采用的原料可分為以下幾類： ( ”固體炭質(zhì)原料。主要有石油焦、瀝青焦、冶金焦、無煙煤、天然石墨、人造石墨、炭黑和生產(chǎn)返回料（生碎、焙燒碎和石墨碎）等，其中石油焦和瀝青焦又可分為普通焦和針狀焦兩類。 ( 2 ）非炭質(zhì)固體原料。主要有電工用炭生產(chǎn)用金屬粉末、活性炭生產(chǎn)用植物材料以及微孔炭磚生產(chǎn)用碳化硅和金屬硅等。 ( 3 ）勃結(jié)劑和浸漬劑。主要有煤瀝青、石油瀝青、合成樹脂、潤滑劑和低熔點(diǎn)合金等。 ( 4 ）改性添加劑。主要有煤焦油、蔥油、氧化鐵和硬脂酸等。 此 外，炭材料生產(chǎn)中還采用一些輔助物料（保溫料、填充料和電阻料），如冶金焦、石油焦、炭黑、石英砂和河沙等。生產(chǎn)新型炭材料和特種炭材料則采用一些特殊的原料，如聚丙烯睛纖維和氣態(tài)烴類有機(jī)物等。 68 各種固體炭質(zhì)原料的特征和適用范圍是怎樣的？ 各種固體炭質(zhì)原料的特征和適用范圍見表 2 一 l 。表 2 一 1 固體炭質(zhì)原料的特征和適用范圍 原料種類 制備方法 主要特征 適用范圍 石油焦 石油渣油的延遲焦化 灰分含量低、易石墨化 石墨電極、預(yù)焙陽極、炭電極 瀝青焦 煤瀝青的延遲焦化 低灰、低硫、低揮發(fā)分、易石墨化 石墨電 極、預(yù)焙陽極 69 什么是少灰原料和多灰原料？ 為了合理選擇、保管和使用固體炭質(zhì)原料，一般按其所含無機(jī)物雜質(zhì)的多少，將固體炭質(zhì)原料分為少灰原料和多灰原料。石油焦和瀝青焦等屬于少灰原料，它們的灰分含量一般小于 1 % 。 冶金焦和無煙煤等屬于多灰原料，它們的灰分含量在 10 ％左右。石墨制品和少灰炭制品（如預(yù)焙陽極）的生產(chǎn)要選用少灰原料，多灰炭制品（如炭塊和電極糊）的生產(chǎn)則要選用多灰原料。 70 炭材料生產(chǎn)用原料貯存過程中要注意哪些事項(xiàng)？ ( 1 ）炭質(zhì)原料堆放場地必須是水泥地面，原料貯存時應(yīng)盡量減少外界雜質(zhì)的 混入。 ( 2 ）原料貯存過程中，嚴(yán)禁混入灰塵、泥沙和其他雜質(zhì)。少灰原料最好是入庫保管，急用原料應(yīng)庫存。對于備用原料，如無庫房貯存，亦可露天存放，但必須加強(qiáng)管理，采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，如打水泥地面、葦席遮蓋和袋包裝等，以免原料在存放期間混入雜質(zhì)。 ( 3 ）炭質(zhì)原料在存放期間要防止互相混入，特別是要防止多灰原料混入少灰原料內(nèi)。如原料發(fā)生混料時，要降級使用。對于同一類原料，如果質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果相差較大，就應(yīng)進(jìn)行分別堆放。 ( 4 ）要防止雨雪淋，以免原料因雨水或雪水滲入而增加其水分，從而在鍛燒或烘干過程中影響熱處理程度， 并使燃料消耗量 增多。 ( 5 ）要注意對貯存的新舊原料周轉(zhuǎn)使用，有些原料貯存時間不宜過長。 ( 6 ）要加強(qiáng)對貯存原料的質(zhì)量檢查，以便及時掌握貯存原料的質(zhì)量變化情況。如果貯存原料的質(zhì)量變化超過要求，就應(yīng)停止使用。 71 己經(jīng)長期貯存的原料能否直接使用，為什么？ 己經(jīng)長期貯存的原料不能直接使用，這是因?yàn)樘抠|(zhì)原料在長期貯存過程中質(zhì)量會發(fā)生變化，外界雜質(zhì)也可能混入原料中。因此，對于長期貯存的原料，在使用前必須按規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行取樣分析和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的原料方能投入使用，對于檢驗(yàn)不合格的原料，應(yīng)停止使用或降級使 用。例如無煙煤，如果貯存時間過長，就會被風(fēng)化，大塊變小塊，直接影響其機(jī)械強(qiáng)度；煤瀝青如貯存時間過長就會發(fā)生老化現(xiàn)象，導(dǎo)致其軟化溫度和組分發(fā)生變化。 72 什么是石油焦，石油焦是如何進(jìn)行分類的？ 石油焦是石油加工產(chǎn)生的石油渣油、石油瀝青經(jīng)焦化后得到的固體炭質(zhì)物料，主要元素為碳，灰分含量很低，一般在 O , 5 % 以下。石油焦外觀為黑色或暗灰色的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，焦塊內(nèi)氣孔多呈橢圓形。石油焦屬易石墨化炭。我國石油焦產(chǎn)量已達(dá)到 550 萬 t 以上，其中炭材料生產(chǎn)用石油焦主要包括大慶焦、撫順焦、錦州焦、勝利焦、安慶焦、南京 焦、鎮(zhèn)江焦、荊門焦、錦西焦、葫蘆島焦和長嶺焦等。 石油焦通常按以下 4 種方式進(jìn)行分類： ( l ）按焦化方法劃分，可分為延遲焦、釜式焦、流化焦和平爐焦。目前國內(nèi)外大量生產(chǎn)的是延遲焦，釜式焦僅有少量生產(chǎn)。 ( 2 ）按熱處理溫度劃分，可分為生焦和鍛后焦（鍛燒焦）兩 種。生焦是通過延遲焦化（ 500 ℃ ）制備的，含有大量的揮發(fā)分，機(jī)械強(qiáng)度低，鍛后焦是生焦經(jīng)鍛燒（ 1350 ℃ 左右）而得。國內(nèi)大部分煉油廠只生產(chǎn)生焦，鍛燒作業(yè)多在炭素廠進(jìn)行。 ( 3 ）按焦炭含硫量高低劃分，可分為高硫焦、中硫焦和低硫焦 3 種。 ( 4 ）按石油焦外觀結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能劃分，可分為海綿狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦 3 種。海綿狀焦外觀類似海綿，雜質(zhì)含量較多，內(nèi)部含有許多小孔，孔隙間焦壁很薄，其不適合作為炭材料生產(chǎn)用原料。蜂窩狀焦內(nèi)部小孔分布比較均勻，有明顯的蜂窩結(jié)構(gòu)，具有較好的物理機(jī)械性能，此類石油焦可以作為普通功率石墨電極、預(yù)焙陽極和電碳制品生產(chǎn)用的原料。針狀焦外表有明顯條紋，焦塊內(nèi)部的孔隙呈細(xì)長橢圓形定向排列，破碎后成細(xì)長顆粒，其可作為生產(chǎn)高功率和超高功率石墨電極的原料。 74 如何評價炭材料生產(chǎn)用石油焦的質(zhì)量？ 炭材料生產(chǎn)用石油焦的質(zhì)量可用 灰分、硫分、揮發(fā)分、鍛后焦真密度、粉焦量和雜質(zhì)元素含量來衡量?；曳趾渴鞘徒沟闹饕|(zhì)量指標(biāo)，硫分對于炭材料生產(chǎn)來說是一種有害元素。石油焦的揮發(fā)分高低顯示了焦炭的焦化程度，其對鍛燒操作有較大的影響。鍛后焦的真密度大小標(biāo)志著石油焦的石墨化難易程度，鍛后焦真密度越大，石油焦越易石墨化，并且石墨化產(chǎn)品電阻率較低。為了更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能，有時還需要檢測石油焦的堆積密度、振實(shí)密度與鍛后焦的電阻率、熱膨脹系數(shù)和機(jī)械性能長可破碎性、脆性和磨損率）。 75 石油焦的灰分組成是什么，影響石油焦灰分高低的因素 有哪些？ 石油焦灰分中主要元素為鐵、硅、鈣、鋁、鈉和鎂，還有少 量的釩、欽和鉻等，主要以它們的氧化物形式存在。 影響石油焦灰分大小的因素首先是原油的含鹽量和脫鹽程度。原油中的鹽分經(jīng)過蒸餾或裂解加工后大部分富集在渣油中，而渣油中的鹽分大部分殘留在焦炭中。石油焦的灰分還受冷卻水和卸焦用高壓水含鹽量的影響，這兩類水如果重復(fù)利用，則含鹽量比較高；石油焦如堆放在露天，地面上的泥沙或刮風(fēng)帶來的塵土也會增加石油焦的灰分。 76 石油焦的硫分組成是什么，影響石油焦硫分高低的因素有哪些？ 石油焦中的硫可分為硫的有機(jī)化合物（硫 醚、硫醇、磺酸等）和硫的無機(jī)化合物（硫化鐵、硫酸鹽）兩類。通常含硫量在 0 , 5 腸以下的石油焦稱為低硫油焦，含硫量在 1 ％左右的石油焦稱為中硫油焦，含硫量大于 1 . 5 腸的石油焦稱為高硫油焦。中國多數(shù)產(chǎn)地的石油焦硫分較低，只有使用國內(nèi)高硫原油（如勝利油田）或進(jìn)口原油的煉油廠生產(chǎn)的石油焦，其硫分才較高。石油焦的含硫量取決于渣油的含硫量，渣油中的硫分有 30 ％一 40 環(huán)殘留在石油焦中，如果在含硫量較高的渣油中事先加氫脫硫，就可減少渣油中的含硫量，由此得到的石油焦含硫量相應(yīng)降低。 77 炭材料生產(chǎn)用石油焦的灰 分和硫分含量要求是多少？ 生產(chǎn)石墨電極和預(yù)焙陽極的石油焦灰分一般應(yīng)小于 O , 5 % , 生產(chǎn)高純石墨所用的石油焦灰分應(yīng)小于 0 . 15 ％。 生產(chǎn)石墨電極的石油焦含硫量一般應(yīng)小于 O , 5 腸，生產(chǎn)預(yù)焙陽極的石油焦含硫量一般應(yīng)小于 1 ％。 78 為什么說石油焦所含硫?qū)μ坎牧仙a(chǎn)是一種有害元素？ 石油焦中所含硫難以脫除，一般在 1350 ℃ 溫度下鍛燒時脫 硫效果不大。對于生產(chǎn)石墨材料，部分硫化物需在石墨化的高溫下（特別在 1600 一 1700 ℃ 溫度范圍內(nèi)）才能逸出，此時，由于石油焦中所含硫化物以氣體狀態(tài)突 然釋放，從而使炭坯發(fā)生體脹（或稱氣脹）現(xiàn)象，炭坯體積異常膨脹，從而導(dǎo)致炭坯產(chǎn)生裂紋，并且影響制品的電阻率。對于生產(chǎn)預(yù)焙陽極，若石油焦的硫含量高，那么也會降低產(chǎn)品的導(dǎo)電性能，同時硫在高溫下會與預(yù)焙陽極的導(dǎo)電鋼爪起作用，生成電阻很大的硫化鐵膜，增大鐵一炭間接觸電壓降，鋁電解時就會多消耗電能。 79 石油焦的揮發(fā)分含量表明了什么信息？ 石油焦的揮發(fā)分高低表明了石油焦的焦化程度，其大小與焦化溫度的高低關(guān)系較大，釜式焦的焦化溫度（ 700 ℃ 左右）較高，因此釜式焦的揮發(fā)分較低（ 3 ％一 7 % ) ，而延遲石油焦的焦化 溫度只有 500 ℃ 左右，所以其揮發(fā)分高達(dá) 8 ％一 20 ％。 采用延遲焦化生產(chǎn)的石油焦揮發(fā)分不僅取決于焦化溫度，還與渣油通人焦化塔的裝填時間及向焦炭層吹入蒸汽的條件有關(guān)。同一塔卸出的焦炭揮發(fā)分相差很大，位于塔底的焦炭結(jié)構(gòu)較致密，體積密度大，揮發(fā)分較低，而塔頂部的焦炭結(jié)構(gòu)疏松，揮發(fā)分要高得多。 石油焦揮發(fā)分的高低對炭材料的質(zhì)量并無多大影響，但對鍛燒操作有很大的影響，例如采用罐式鍛燒爐鍛燒高揮發(fā)分的石油焦，就會遇到結(jié)焦堵爐的問題。 80 石墨電極生產(chǎn)對石油焦有何要求？ ( 1 ）含有較多的纖維狀結(jié)構(gòu)，焦炭顆粒具 有較大的長寬比； ( 2 ）應(yīng)有足夠的顆粒強(qiáng)度，減少鍛燒和破碎篩分時的粉化率，以滿足配料粒度組成的要求； ( 3 ）容易石墨化，保證石墨電極具有良好的導(dǎo)電傳熱性能和較低線膨脹系數(shù)； ( 4 ）焦炭的灰分含量應(yīng)小于 0 . 5 % ，焦炭的揮發(fā)分應(yīng)少于 14 % 。 ( 5 ）焦炭經(jīng) 1300 ℃ 鍛燒 sh ，鍛后焦的真密度在 2 . 08 ? 2 . 139 / c m3 范圍內(nèi)； ( 6 ）焦炭硫含量應(yīng)不高于 0 . 5 ％。 81 預(yù)焙陽極生產(chǎn)對石油焦有何要求？ ( l ）鍛后焦導(dǎo)電性能良好，有利于降低陽極炭塊的 電阻率； ( 2 ）鍛后焦具有足夠的顆粒強(qiáng)度和適宜的粒度分布，在制備預(yù)焙陽極過程中不會自行粉化，能夠滿足配方粒度要求； ( 3 ）振實(shí)密度在 0 . 75 一 0 . 909 / c m3 范圍內(nèi)，以利于提高炭陽極的致密性，降低陽極炭塊的空氣滲透率； ( 4 ）焦炭與空氣和 CO ：的反應(yīng)性盡可能低，以減少炭陽極的二次氧化反應(yīng)損失； ( 5 ）鍛后焦線膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好，可減少炭陽極制備和應(yīng)用過程中裂紋的產(chǎn)生； ( 6 ）石油焦灰分含量低，灰分中 Na 、 V 、 Ni 、 Ca 、 51 、 Fe 和 S 等元素不超過規(guī)定標(biāo) 準(zhǔn)； ( 7 ）生焦揮發(fā)分應(yīng)在 9 ％一 12 寫范圍內(nèi)，揮發(fā)分不能過高，以保證鍛后焦有一定強(qiáng)度和高的體積密度。鍛后焦揮發(fā)分應(yīng)小于 0 . 3 寫； ( 8 ）石油焦水分含量不應(yīng)過高，否則會影響鍛燒質(zhì)量。 82 石油焦所含雜質(zhì)對預(yù)焙陽極性能有何影響？石油焦含有的雜質(zhì)元素主要有硅、鐵、鋁、錳、硫、鈣、鎂、釩、鈉、欽、鎳和磷等，其中除鋁、鎂和鈣為鋁電解質(zhì)所需元素外，其余大部分對于預(yù)焙陽極性能和鋁電解生產(chǎn)屬于有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)按照危害的受害體不同可分為兩個方面： ( ”以產(chǎn)品電解鋁為受害體的雜質(zhì)元素，其中包括鐵、硅、 , 9 炭材料生產(chǎn)用勃結(jié)劑有哪幾類，載結(jié)劑的功能是什么？ ( 1 ）煤瀝青勃結(jié)劑。生產(chǎn)炭材料主要使用煤瀝青作為載結(jié)劑，其功能之一是在混捏、成型過程中賦予糊料以一定的塑性，使其滿足成型的要求。煤瀝青呈液態(tài)時使炭質(zhì)骨料及粉料潤濕、孰合及混捏成可塑性糊料，糊料加壓成型及冷卻后孰結(jié)劑瀝青硬化，將骨料及粉料固結(jié)成生坯；其功能之二是在焙燒過程中于固體炭質(zhì)物料之間形成炭膜勃結(jié)橋，將炭質(zhì)物料結(jié)合成一個整體，使其具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。生坯在高溫下焙燒，此時勃結(jié)劑煤瀝青參加炭化反應(yīng)，生成孰結(jié)焦，并形成良好的固態(tài)結(jié)合，使制品獲得固定 的兒何形狀和使用性能。 ( 2 ）樹脂勃結(jié)劑。生產(chǎn)化工設(shè)備用石墨制品（如石墨一樹脂管、澆鑄石墨件和化工石墨用膠結(jié)劑等）或生產(chǎn)某些特殊炭― 石墨制品（如特種電刷、機(jī)械密封件等）使用合成樹脂作為勃結(jié)劑，合成樹脂在高溫下一般生成不易石墨化的硬炭。 100 炭材料生產(chǎn)對勃結(jié)劑的要求是什么，為什么選用煤瀝青作為勃結(jié)劑？ 炭材料生產(chǎn)對茹結(jié)劑的要求為： ( l ）對炭質(zhì)物料有很好的浸潤性和勃結(jié)力，這樣才能保證糊料具有良好的可塑性； ( 2 ）孰結(jié)劑應(yīng)具有較高的含碳量和結(jié)焦值； ( 3 ）勃結(jié)劑應(yīng)為熱塑性物質(zhì)，常溫下為固體，稍加 熱即熔化成液體，冷卻后立即硬化； ( 4 ）來源廣，價格便宜。 炭材料工業(yè)最終選擇煤瀝青作為勃結(jié)劑，是由于煤瀝青為煤焦油蒸餾后的殘余物，主要含有稠環(huán)芳烴，脂肪族化合物很少，硫分和灰分都很低，而且煤瀝青是熱塑性物質(zhì)，在常溫下為固體，稍加熱就能熔化成液體，在適當(dāng)溫度下熔化成液態(tài)的煤瀝青，具有良好的勃結(jié)性能。煤瀝青屬于親油憎水物質(zhì)，混捏時能 很好地浸潤和滲透各種炭質(zhì)物料的表面和孔隙，使炭質(zhì)干物料塑化而形成具有良好塑性狀態(tài)的糊料，容易壓制成一定形狀的、具有足夠密度和強(qiáng)度的生坯，生坯冷卻后即能硬化而固定。煤瀝青中高分子 芳烴含量較多（即 C / H 原子比高），具有較高的含碳量和結(jié)焦值，焙燒時煤瀝青熱解縮聚生成較多的勃結(jié)焦，把炭質(zhì)骨料牢固地固結(jié)成整體。煤瀝青炭化后形成的瀝青焦不僅將炭質(zhì)骨料固結(jié)在一起，同時賦予焙燒品較高的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。煤瀝青炭化生成的瀝青焦具有與骨料相似的理化性能，具有較好的石墨化性能。此外，煤瀝青既能大量供應(yīng)，而且價格又較便宜。 101 什么是煤瀝青，煤瀝青可分為哪些類型？ 煤瀝青全稱為煤焦油瀝青，是煤焦油蒸餾提取餾分（如輕油、酚油、蔡油、洗油和蔥油等）后的殘留物。煤瀝青常溫下為黑色固體，無固定的 熔點(diǎn)，呈玻璃相，受熱后軟化，繼而熔化，密度為 1 . 25 ? 1 . 359 / c m3 。煤瀝青的組成極為復(fù)雜，己查明的化合物有 70 余種，大多數(shù)為 3 環(huán)以上的多環(huán)芳烴，還含有 O 、N 、 S 等元素的雜環(huán)化合物和少量直徑很小的炭粒。煤瀝青的相對分子質(zhì)量為 170 ? 2020 ，其 C / H 原子比為 1 . 7 一 1 .