تأثیر ذرات معدنی روی کیفیت کک‌سوزنی

کک سوزنی در تولید الکترودهای گرافیتی در صنعت فولاد به کار می­‌رود. این الکترودها برای ذوب ضایعات فولادی یا جایگزین‌های ضایعات در مورد فولادسازی کوره قوس الکتریکی (EAF) یا برای حفظ دمای فولاد مذاب در فولادسازی ثانویه استفاده می­‌شوند. کک‌سوزنی همچنین در تولید گرافیت مصنوعی برای مصارف دیگر، از جمله مواد آند برای باتری‌های یون لیتیوم وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌­شود. عوامل مختلفی می­‌تواند بر کیفیت کک‌سوزنی اثرگذار باشد. یکی از این عوامل، ذرات معدنی است.

ذرات ریز معدنی در قیر می­‌توانند بر تشکیل پیش‌سازهای کک که در حرارت در دمای بالای 350 درجه سانتی‌گراد رخ می‌­دهد، تأثیر بگذارد. بیشتر مطالعات در مورد تشکیل کک، به طور عمده بر مکانیسم‌­های واکنش و توسعه فاز کک متمرکز هستند تا بر عملکرد کک. تحقیقات بسیار کمی در مورد تأثیر احتمالی ذرات معدنی در قیر یا سایر افزودنی‌­ها بر کیفیت کک انجام شده است.

هر دو نوع کک‌سوزنی با ساختار کریستالی بسیار منظم و شباهت آن با سوزن­‌های تراز عمودی از سایر انواع کک متمایز می­‌شوند. این کک­‌ها همچنین از نظر کیفیت متفاوت هستند، که با ضریب انبساط حرارتی کم و وجود ناخالصی‌هایی مانند گوگرد، نیتروژن و خاکستر اندازه‌گیری می­‌شوند. به خاطر این ویژگی­‌های منحصر به فرد است که کک‌سوزنی معمولا دارای امتیاز قابل توجهی نسبت به سایر محصولات کک کلسینه شده، مانند کک آند – نوعی است که در درجه اول در صنعت آلومینیوم استفاده می­‌شود، است.

ذرات معدنی چه تاثیری روی کیفیت کک‌سوزنی دارند؟

ذرات معدنی از فرآیند تولید ماده اولیه و یا از اصل منبع خوراک در سیستم وجود دارند. یکی از ذرات معدنی متداول، اکسید آهن است. اکسید آهن نه تنها به عنوان یک مانع در برابر انباشته شدن صفحات روی هم نقش ایفا می­‌کند، بلکه باعث پلیمریزاسیون اکسیدی شده و از طریق ایجاد اتصالات عرضی بین حلقه­‌ها، گرانروی مزوفاز را افزایش می­‌دهد. این امر باعث عدم انعقاد مزوفاز و در نتیجه ساختار موزاییکی می­‌شود. لازم به ذکر است که تأثیر این ماده روی پلیمریزاسیون، بسته به غلظت و میزان توزیع آن دارد.بسیاری از فلزاتی که در مواد خروجی از زغال وجود دارند، به شکل اکسید، سیلیکات،  کربنات، سولفید،سولفات و فسفات هستند. برخی از ترکیباتی که در خوراک اولیه وجود دارند، اثر معکوسی دارند به طور مثال، اکسید و کاربید تیتانیوم باعث توسعه بیشتر مزوفاز شده و مکانیسم آن نیز تسریع خروج گاز هیدروژن و افزایش بازه مایع بودن مزوفاز است.

در مطالعه‌­ای تأثیر افزودن مواد جامد معدنی در غلظت‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که هرچه این مواد جامد به قیر اضافه شود، کاهش عملکرد کک بیشتر است. همچنین میزان پاکسازی نیتروژن، که هدف اصلی آن حذف مواد فرار از راکتور بود، تأثیر قابل توجهی بر عملکرد کک در حضور و عدم وجود مواد جامد افزوده داشت. هرچه میزان پاک‌سازی بیشتر باشد، عملکرد کک بیشتر است.

مشخصات ترجیحی که یک ماده اولیه باید برای به دست آوردن کک با کیفیت بالا داشته باشد در جدول زیر نشان داده شده است. با این حال، کمیاب بودن مواد اولیه متناسب با این الزام، مانند محتوای آروماتیک بالا، سطح گوگرد پایین و محتوای کم آسفالتین، در میان برخی دیگر مواد در جدول، باعث شده است که چندین محقق پیشنهاد اصلاح ترکیب شیمیایی برخی از مواد اولیه را ارائه دهند.

منبع:

برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی