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針狀焦對原料要求
針狀焦對原料要求

熱門關鍵詞:針狀焦  油漿  石墨電極  等靜壓石墨 

針狀焦對原料的要求

DATE:2018-06-06

  一般而言,針狀焦的原料應該是高芳烴含量(含量45% ~50%且不包括稠環大分子芳烴),雜原子(S、N、0等)含量低,金屬含量低,灰分低,戊烷不溶物和喹啉不溶物含量少。并且要求原料在熱轉化過程中具有較高的中間相轉化溫度和較寬的中間相轉化溫度范圍 ,才能生成較大的中間相小球體。要求原料中線型連接的三環、四環短側鏈芳烴含量居多,這樣在炭化反應中經脫氫生成的芳烴自 由基以SP2雜化軌道相互聯接,只是在橫向平面上有化學鍵結合,再通過大π鍵電子云相互疊合形成完整的石墨結構晶格。

  一般要求原料芳烴含量達到30% ~50% 。值得注意的是,原料中芳烴含量高并非能產生出優異的針狀焦。因為當原料中芳烴含量過高時,在炭化過程中生成的晶核會很小,由于晶核排列無序而不能得到大的晶粒。膠質、瀝青質屬于結構復雜的大分子稠環化合物,會在較低溫度下很快生成多反應位自由基的芳香性多環核。這種自由基化學活性高,它們的隨機聚合生成平面度差、環數更多的稠環芳烴,或者生成芳核在相鄰之間以空間交聯鍵的形式相聯結;瀝青質雖然是炭化過程中的必經階段,但是原生瀝青質在反應初期就快速縮合形成喹啉不溶物,使反應體系的粘度升高,降低大平面芳烴分子的移動和有規則地排列速度,無法形成大面積各向異性等色區。一般控制庚烷不溶物含量小于2.O% 。

  原料中灰分主要是催化劑粉末、游離碳、金屬雜質等。原料中的金屬及機械雜質會影響焦炭中的灰分含量和焦炭的結構。V、Ni等金屬有機化合物具有催化作用,加速中間相小球的成核過程,使小球在充分生長之前融并,生成鑲嵌結構;另一方面,金屬雜質殘存在產物中,易生成孔隙、裂紋,導致制品強度下降;此外灰分在以后的焦炭石墨化過程中會揮發,造成電極孔隙大。原料中催化劑粉末含量要求必需小于萬分之一 。

  S、N、0等雜原子化合物對中間相的成核、生長、轉化有影響,不利于生成細纖維狀的或針狀的結構。例如硫是強的脫氫劑,加速芳烴脫氫縮合,有利于小球初生;同時,硫也是交聯劑,使分子失去平面性形成交聯結構,導致粘度上升,不利于小球的生長、融并以及轉化成各向異性的結構,而是生成細鑲嵌結構。

  這些具有揮發性的物質(S、N)的存在會使焦炭在下一步的焙燒過程中造成“晶脹”,會使焦炭的熱膨脹系數下降。一般要求硫含量不大于0.5% 。芳烴分子的平面性和分子間的范德華力的大小對定向排列成向列型液晶尤為重要。換句話說,原料中的分子不僅應具有平面性,而且所帶的脂肪族側鏈的多少、大小要適中。分子間作用力隨側鏈長度的增加而增大,使分子長軸方向作用力強,使得分子易于定向排列;若側鏈過長,側鏈末端的分子間作用力較弱,使定向排列形成的層狀結構變“硬”,影響流動性。

  此外,原料中含有相應數量的環烷結構對中間相的形成是有利的。這是因為在熱解過程中環烷氫可以發生氫的轉移,能夠有效地穩定自由基的反應活性,保持中間相產物的流動性和溶解性,易于得到大面積的光學各向異性組織。

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