Nafta baasil valmistatud koksi ja kivisöekoksi kaltsineerimiskäitumise peamised erinevused seisnevad erinevates reaktsiooniradades, mida juhivad nende tooraine keemilise koostise erinevused, mis omakorda põhjustavad olulisi erinevusi kristallstruktuuri arengus, füüsikaliste omaduste muutusi ja protsessi juhtimise raskusi. Üksikasjalik analüüs on järgmine:
1. Tooraine keemilise koostise erinevused loovad aluse kaltsineerimiskäitumisele
Õlipõhine koks saadakse rasketest destillaatidest, näiteks nafta jääkidest ja katalüütilise krakkimise teel saadud selitatud õlist. Selle keemilist koostist iseloomustavad peamiselt lühikese külgahelaga, lineaarselt seotud polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud, millel on suhteliselt madal väävli-, lämmastiku-, hapniku- ja metalliliste heteroaatomite sisaldus, samuti minimaalne tahkete lisandite ja kinoliinis lahustumatu aine sisaldus. See koostis annab tulemuseks kaltsineerimisprotsessi, milles domineerivad pürolüüsireaktsioonid, suhteliselt lihtne reaktsioonirada ja põhjalik lisandite eemaldamine.
Seevastu söekoksi toodetakse söetõrva pigist ja selle destillaatidest, mis sisaldavad suuremas koguses pika külgahelaga ja kondenseerunud polütsüklilisi aromaatseid süsivesinikke koos märkimisväärse koguse väävli, lämmastiku, hapniku heteroaatomite ja tahkete lisanditega. Söekoksi keeruline koostis viib lisaks pürolüüsireaktsioonidele ka märkimisväärsete kondensatsioonireaktsioonideni kaltsineerimise ajal, mille tulemuseks on keerukam reaktsioonitee ja suuremad raskused lisandite eemaldamisel.
2. Kristallstruktuuri evolutsiooni erinevused mõjutavad materjali omadusi
Kaltsineerimise käigus suurenevad õlipõhises koksis olevad süsiniku mikrokristallid järk-järgult läbimõõdu (La), kõrguse (Lc) ja kristallide kihtide arvu (N) poolest. Ideaalsete grafiidi mikrokristallide (Ig/Iall) sisaldus suureneb samuti märkimisväärselt. Kuigi Lc-l on lenduvate ainete eraldumise ja toorkoksi kahanemise tõttu "pöördepunkt", muutub üldine kristallstruktuur korrapärasemaks ja grafitiseerub rohkem. See struktuuriline areng annab õlipõhisele koksile suurepärased omadused, nagu madal soojuspaisumistegur, madal elektritakistus ja kõrge elektrijuhtivus pärast kaltsineerimist, mistõttu on see eriti sobiv suurte ülivõimsate grafiitelektroodide tootmiseks.
Samamoodi areneb söekoksi süsiniku mikrokristalliline struktuur kaltsineerimise ajal La, Lc ja N suurenemisega. Tooraines sisalduvate lisandite ja kondensatsioonireaktsioonide mõju tõttu on aga rohkem kristallidefekte ning ideaalse grafiidi mikrokristallide sisalduse suurenemine on piiratud. Lisaks on Lc "pöördepunkti" nähtus söekoksis rohkem väljendunud ja äsja lisatud kihid näitavad algsete kihtidega juhuslikke "virnastumisvigu", mis põhjustavad vahekihtide vahekauguse (d002) olulisi kõikumisi. Need struktuurilised omadused põhjustavad söekoksi madalama soojuspaisumistegur ja elektritakistust kui õlipõhisel koksil pärast kaltsineerimist, kuid kehvema tugevuse ja kulumiskindlusega, mistõttu on see sobivam suure võimsusega elektroodide ja keskmise suurusega ülikõrge võimsusega elektroodide tootmiseks.
3. Füüsikaliste omaduste muutuste erinevused määravad rakendusalad
Kaltsineerimise käigus eraldub õlipõhine koks põhjalikult lenduvate ainete hulgast ja mahuline kahanemine toimub ühtlaselt, mille tulemuseks on tegeliku tiheduse märkimisväärne suurenemine (kuni 2,00–2,12 g/cm³) ja mehaanilise tugevuse oluline paranemine. Samal ajal paranevad oluliselt kaltsineeritud materjali elektrijuhtivus, oksüdatsioonikindlus ja keemiline stabiilsus, mis vastab tipptasemel grafiiditoodete rangetele jõudlusnõuetele.
Seevastu söekoks kogeb lenduvate ainete väljumise ajal lokaalset pingekontsentratsiooni oma suurema lisandite sisalduse tõttu, mis viib ebaühtlase mahu kahanemiseni ja tegeliku tiheduse suhteliselt väiksema suurenemiseni. Lisaks nõuab söekoksi madalam tugevus ja kehvem kulumiskindlus pärast kaltsineerimist koos selle kalduvusega paisuda kõrgel temperatuuril grafitiseerimise ajal temperatuuri tõusu kiiruse ranget kontrolli. Need omadused piiravad söekoksi kasutamist kõrgekvaliteedilistes väljades, kuigi selle madal soojuspaisumistegur ja elektritakistus muudavad selle teatud piirkondades siiski asendamatuks.
4. Protsessi juhtimise raskuste erinevused mõjutavad tootmise efektiivsust
Tänu oma suhteliselt lihtsale keemilisele koostisele on õlipõhisel koksil kaltsineerimise ajal selged reaktsioonirajad, mis vähendab protsessi juhtimise raskusi. Parameetrite, näiteks kaltsineerimistemperatuuri, kuumutamiskiiruse ja atmosfääri kontrolli optimeerimise abil saab kaltsineeritud toodete kvaliteeti ja tootmise efektiivsust tõhusalt parandada. Lisaks tagab õlipõhise koksi kõrge lenduvate ainete sisaldus kaltsineerimise ajal iseseisva soojusenergia, vähendades tootmiskulusid.
Seevastu söekoksi keeruline keemiline koostis põhjustab kaltsineerimise ajal mitmekesiseid reaktsiooniteid, mis raskendab protsessi kontrolli. Pärast kaltsineerimist on stabiilse tootekvaliteedi tagamiseks vaja toorainet rangelt eeltöödelda, täpselt reguleerida kuumutamiskiirust ja reguleerida atmosfääri vastavalt vajadusele. Lisaks vajab söekoks kaltsineerimise ajal täiendavat soojusenergia lisamist, mis suurendab tootmiskulusid ja energiatarbimist.
Postituse aeg: 07.04.2026