石油焦 煅燒3

1、3 原料的煅燒 原料的煅燒 3.1 煅燒原理 炭素煅燒在隔絕空氣的條件下進(jìn)行高溫（1200℃-1500℃）熱處理的過程稱為煅燒。煅燒是炭素生產(chǎn)的預(yù)處理工序。各種炭素原材料在煅燒過程中從元素組成到組織結(jié)構(gòu)都發(fā)生一系列顯著的變化。 無煙煤、石油焦和延遲瀝青焦都含有一定數(shù)量的揮發(fā)分，需要進(jìn)行煅燒。冶金焦和焦?fàn)t生產(chǎn)瀝青焦的成焦溫度比較高（1000℃以上） ，相當(dāng)于炭素廠的煅燒溫度，可以不再煅燒，只需烘干水分即可。天然石墨為了提高其潤滑性

2、，也可以進(jìn)行煅燒。一般來說，煅后料比較硬、脆、便于破碎、磨粉和篩分。 3.1.1 煅燒的目的 煅燒的目的是為了排除原料中的水分和揮發(fā)分，使炭素原料的體積充分收縮，提高其熱穩(wěn)定性和物理化學(xué)性能。 進(jìn)廠原料的水分一般在 3％-10％之間，原料如含有較多的水分，不便于破碎、磨粉和篩分等作業(yè)的進(jìn)行，并影響原料顆粒對(duì)粘結(jié)劑的吸附性，難以成型，故一般要求煅后水分不大于 0.3％。 如果原料的揮發(fā)分過高，則生制品在焙燒過程中，將會(huì)發(fā)生過大的收縮，以

3、至變形，甚至導(dǎo)致生制品的斷裂，所以必須排除原料中的揮發(fā)分。 在煅燒，伴隨揮發(fā)分的排出，高分子芳香族碳?xì)浠衔锇l(fā)生復(fù)雜的分解與縮聚反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)不斷變化，原料本身體積逐漸收縮，從而提高了原料的密度和機(jī)械強(qiáng)度。一般來說，在同樣溫度下，煅后料的真密度愈高，則愈容易石墨化。 炭素原料煅燒過程中導(dǎo)電性能的提高也是揮發(fā)分逸出和分子結(jié)構(gòu)重排的綜合結(jié)果。 經(jīng)過同樣溫度煅燒后，石油焦的電阻率最低，瀝青焦的電阻率略高于石油焦，冶金焦的電阻率又高于瀝青焦，無

4、煙煤的電阻率最高。無煙煤的電阻率不僅與煅燒程度有關(guān)，而且與其灰分大小有關(guān)。同一種無煙煤，灰分愈大，煅后電阻率愈高。 隨著煅燒溫度的提高，炭素原料所含雜質(zhì)逐漸排除，降低了原料的化學(xué)活性。同時(shí)，在煅燒過程中，原料熱解逸出的碳?xì)浠衔镌谠狭ｎw粒表面和孔壁沉積一層致密有光澤的熱解炭膜，其化學(xué)性能穩(wěn)定，從而提高了煅后料的抗氧化性能。 3.1.2 煅燒前后焦炭結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)能力的變化 3.1.2.1 煅燒前后焦炭結(jié)構(gòu)的變化 未煅燒石油焦微晶的

5、層面堆積厚度只 Lc和層面直徑 La 有幾個(gè)納米， ， 它們隨煅燒溫度的升高不斷變化，其變化趨勢如圖 3-1 所示。在 700℃以前，Lc和 La 有所縮小。700℃以上則不斷增大。這種變化趨勢與側(cè)鏈的斷裂和結(jié)構(gòu)重排有關(guān)，在接近 700℃時(shí)，Lc和 La 的縮小說明焦炭內(nèi)微晶層面結(jié)構(gòu)在這一溫度區(qū)間內(nèi)移動(dòng)和斷裂，變得更雜亂和細(xì)化，此時(shí)揮發(fā)分的排出最為劇烈。圖 3-2 表示了煅燒無煙煤時(shí)排出氣體總量及其組成。由此可見，在700℃-750℃間

6、氣體的排出量最大。 表 3-1 1 加熱制度對(duì)石油焦微晶尺寸的影響 加熱制度對(duì)石油焦微晶尺寸的影響 加熱制度 焦種 La,10-6·m Lc,10-6·m 層間距 d002, 10-6·m 50℃/h，加熱至 1000℃并在 1000℃保溫 1h 熱裂焦 51 20 3.46 熱解焦 51 20 3.49 50℃/h， 加熱至 700℃并在700℃保溫 1h,連續(xù)升溫至1000℃保溫

7、 1h 熱裂焦 32 18 3.54 熱解焦 35 19 3.53 3.1.1.2 煅燒前后焦炭物理化學(xué)性質(zhì)的變化 在煅燒過程中，焦炭的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化。表 3-2 列出了我國各種原料在煅燒前后的理化性質(zhì)指標(biāo)。圖 3-4 表示了一種熱裂石油焦隨煅燒溫度提高，其理化性質(zhì)的變化。 （1） 煅燒前后焦炭氫含量的變化 表 3-3 表示了熱裂焦的真密度、 氫含量與煅燒溫度的關(guān)系，可以看到在 1000℃-1300℃溫度范

8、圍內(nèi)，焦炭的氫含量幾乎減少了十分之九。 日本角田三尚等人在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)兩種石油焦在煅燒階段（950℃-1400℃）進(jìn)行元素分析，焦炭 A 的氮含量為 0.6％，焦炭 B 的氮含量為 0.4％，隨熱處理溫度的提高，沒有發(fā)現(xiàn)有變化。 焦炭 A 煅燒前的氫含量為 3.4％， 經(jīng) 1100℃熱處理后為 0.3％， 經(jīng) 1400℃熱處理后為 0.1％； 焦炭 B 煅燒前的氫含量為 3.3％， 經(jīng) 1100℃熱處理后為 0.2％， 經(jīng) 1400

9、℃熱處理后為痕量。由此可見，隨熱處理的進(jìn)行，焦炭發(fā)生脫氫反應(yīng)。近年來，世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家逐漸以氫含量來判斷煅燒質(zhì)量。 對(duì)大部分炭素原料來說， 氫含量降低到 0.05的溫度為最佳煅燒溫度。 （2）煅燒前后焦炭硫含量的變化 最現(xiàn)實(shí)而有效的脫硫方法是高溫煅燒，因?yàn)楦邷?表 3-2 我國各種原料煅燒前后的理化指標(biāo) 我國各種原料煅燒前后的理化指標(biāo) 指標(biāo)名稱 石油焦 Ⅰ 石油焦 Ⅱ 石油焦 Ⅲ 石油焦 Ⅳ 石油焦 Ⅴ 瀝青焦 無煙煤 Ⅰ 無

10、煙煤 Ⅱ 灰分，% 煅前 煅后 0.11 0.35 0.15 0.41 0.2 0.35 0.17 0.54 0.14 0.21 0.38 0.44 6.47 10.04 5.06 9.11 真密度，g/cm3 煅前 煅后 1.61 2.09 1.46 2.09 1.42 2.08 1.37 2.05 1.30 2.08 1.98 2.06 1.77 1.85 體積密度，g/cm3 煅前 煅后 0.9 0.97 0.82 0.99

11、 0.93 1.11 0.99 1.13 0.94 1.15 0.8 0.8 1.35 1.61 1.35 1.59 機(jī)械強(qiáng)度,Mpa 煅前 煅后 3.63 5.13 3.00 4.08 2.24 5.72 6.02 7.63 8.72 7.94 1.14 16.8 13.00 3.19 硫分，% 煅前 煅后 0.51 0.40 0.17 1.09 0.38 0.27 0.73 0.41 0.58 0

12、.57 0.19 1.26 0.42 0.25 0.84 0.73 揮發(fā)物，% 煅前 2.23 3.23 5.79 11.71 14.95 0.55 7.43 6.31 水分，% 煅前 0.95 1.97 0.28 0.34 6.5 0.06 0.49 0.33 煅后粉末電阻率,Ω· m×10-6 511 493 487 480 523