Podstawowe różnice między koksem naftowym grafitowanym a zwykłym koksem naftowym

1. Struktura układu atomowego: jakościowa zmiana z nieuporządkowania na uporządkowanie

• Zwykły koks naftowy: Atomy węgla są ułożone w sposób nieuporządkowany lub o krótkim zasięgu, podobnie jak struktura węgla amorficznego. Posiada liczne defekty sieci krystalicznej, które ograniczają jego przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne i stabilność chemiczną.
• Grafityzowany koks naftowy: Po procesie grafityzacji w wysokiej temperaturze około 3000°C atomy węgla ulegają przegrupowaniu, tworząc heksagonalną, warstwową strukturę grafitu. Struktura ta charakteryzuje się wysoką integralnością sieci krystalicznej, słabymi siłami międzywarstwowymi i niską odpornością na migrację elektronów. Ta przemiana strukturalna nadaje mu typowe właściwości grafitu, takie jak wysoka przewodność elektryczna, wysoka przewodność cieplna i doskonała stabilność chemiczna.

2. Różnice w wydajności: struktura determinuje funkcję

Przewodnictwo elektryczne i cieplne

• Grafitowany koks naftowy: Jego rezystywność jest znacznie niższa niż rezystywność zwykłego koksu naftowego (może wynosić nawet poniżej 0,001 Ω·m), a przewodność cieplna jest kilkakrotnie wyższa. Nadaje się do zastosowań o surowych wymaganiach dotyczących przewodności elektrycznej i cieplnej (np. materiały anodowe do akumulatorów litowo-jonowych, elektrody grafitowe dużej mocy).
• Zwykły koks naftowy: Ze względu na wady strukturalne ma słabą przewodność elektryczną i jest stosowany głównie w dziedzinach o niskich wymaganiach eksploatacyjnych (np. paliwo, zwykłe materiały węglowe).

Stabilność chemiczna

• Grafitowany koks naftowy: Jego warstwowa struktura zwiększa odporność na korozję chemiczną wywołaną przez kwasy, zasady itp. Nie jest podatny na utlenianie i pogarszanie się jakości w wysokich temperaturach, co przekłada się na dłuższą żywotność.
• Zwykły koks naftowy: Jest podatny na uszkodzenia strukturalne w wysokich temperaturach lub środowiskach korozyjnych, co prowadzi do szybkiej degradacji wydajności.

Zawartość zanieczyszczeń

• Grafityzowany koks naftowy: Proces grafityzacji pozwala na dalszą redukcję zanieczyszczeń, takich jak siarka i azot (zawartość siarki można zmniejszyć do poniżej 0,1%), minimalizując zanieczyszczenie i niekorzystne skutki w procesie wytopu (np. pory i pęknięcia w odlewach).
• Zwykły koks naftowy: Ma stosunkowo wysoką zawartość zanieczyszczeń i wymaga wstępnej obróbki (np. kalcynacji), aby sprostać potrzebom niektórych zastosowań przemysłowych.

3. Obszary zastosowań: różnice w wydajności napędzają zróżnicowanie popytu

Grafitowany koks naftowy

• Zaawansowana metalurgia: Jako nawęglacz może skutecznie zwiększyć zawartość węgla w stopionym żelazie i poprawić właściwości stali (np. wytrzymałość, udarność), jednocześnie redukując wprowadzanie szkodliwych pierwiastków, takich jak siarka i azot.
• Nowe Materiały Energetyczne: Jest to podstawowy surowiec do produkcji materiałów anodowych akumulatorów litowo-jonowych. Jego wysoka przewodność elektryczna i warstwowa struktura pomagają poprawić wydajność ładowania i rozładowywania oraz wydłużyć cykl życia akumulatorów.
• Specjalne produkty węglowe: stosowane do produkcji dużych bloków katodowych, elektrod grafitowanych itp. ze względu na wysoką czystość, wysoką krystaliczność i odporność na wysoką temperaturę.

Zwykły koks naftowy

• Pole paliwowe: Koks o wysokiej zawartości siarki jest często używany w cementowniach, hutach szkła, elektrowniach itp. jako tanie paliwo.
• Podstawowe materiały węglowe: Koks o niskiej zawartości siarki można po kalcynacji stosować do produkcji anod do elektrolizy aluminium, zwykłych elektrod grafitowych itp., jednak jego parametry są gorsze od parametrów produktów grafityzowanych.

4. Proces produkcji: kompromis między temperaturą a kosztami

• Zwykły koks naftowy: Wytwarzany w procesie opóźnionego koksowania lub koksowania fluidalnego, przy stosunkowo niskich kosztach. Wymaga jednak dalszej kalcynacji (w temperaturze około 1300°C) w celu usunięcia składników lotnych i wilgoci, a tym samym zwiększenia zawartości węgla stałego.
• Grafitowany koks naftowy: Używając zwykłego koksu naftowego jako surowca, wymaga on dodatkowej obróbki grafityzacji w wysokiej temperaturze około 3000°C. To znacznie zwiększa zużycie energii i koszty sprzętu, ale produkt ma wyższą wartość dodaną.

Wnioski: Istotne różnice i logika wyboru