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针状焦对原料要求
针状焦对原料要求

热门关键词:针状焦  油浆  石墨电极  等静压石墨 

针状焦对原料的要求

DATE:2018-06-06

  一般而言,针状焦的原料应该是高芳烃含量(含量45% ~50%且不包括稠环大分子芳烃),杂原子(S、N、0等)含量低,金属含量低,灰分低,戊烷不溶物和喹啉不溶物含量少。并且要求原料在热转化过程中具有较高的中间相转化温度和较宽的中间相转化温度范围 ,才能生成较大的中间相小球体。要求原料中线型连接的三环、四环短侧链芳烃含量居多,这样在炭化反应中经脱氢生成的芳烃自 由基以SP2杂化轨道相互联接,只是在横向平面上有化学键结合,再通过大π键电子云相互叠合形成完整的石墨结构晶格。

  一般要求原料芳烃含量达到30% ~50% 。值得注意的是,原料中芳烃含量高并非能产生出优异的针状焦。因为当原料中芳烃含量过高时,在炭化过程中生成的晶核会很小,由于晶核排列无序而不能得到大的晶粒。胶质、沥青质属于结构复杂的大分子稠环化合物,会在较低温度下很快生成多反应位自由基的芳香性多环核。这种自由基化学活性高,它们的随机聚合生成平面度差、环数更多的稠环芳烃,或者生成芳核在相邻之间以空间交联键的形式相联结;沥青质虽然是炭化过程中的必经阶段,但是原生沥青质在反应初期就快速缩合形成喹啉不溶物,使反应体系的粘度升高,降低大平面芳烃分子的移动和有规则地排列速度,无法形成大面积各向异性等色区。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剂粉末、游离碳、金属杂质等。原料中的金属及机械杂质会影响焦炭中的灰分含量和焦炭的结构。V、Ni等金属有机化合物具有催化作用,加速中间相小球的成核过程,使小球在充分生长之前融并,生成镶嵌结构;另一方面,金属杂质残存在产物中,易生成孔隙、裂纹,导致制品强度下降;此外灰分在以后的焦炭石墨化过程中会挥发,造成电极孔隙大。原料中催化剂粉末含量要求必需小于万分之一 。

  S、N、0等杂原子化合物对中间相的成核、生长、转化有影响,不利于生成细纤维状的或针状的结构。例如硫是强的脱氢剂,加速芳烃脱氢缩合,有利于小球初生;同时,硫也是交联剂,使分子失去平面性形成交联结构,导致粘度上升,不利于小球的生长、融并以及转化成各向异性的结构,而是生成细镶嵌结构。

  这些具有挥发性的物质(S、N)的存在会使焦炭在下一步的焙烧过程中造成“晶胀”,会使焦炭的热膨胀系数下降。一般要求硫含量不大于0.5% 。芳烃分子的平面性和分子间的范德华力的大小对定向排列成向列型液晶尤为重要。换句话说,原料中的分子不仅应具有平面性,而且所带的脂肪族侧链的多少、大小要适中。分子间作用力随侧链长度的增加而增大,使分子长轴方向作用力强,使得分子易于定向排列;若侧链过长,侧链末端的分子间作用力较弱,使定向排列形成的层状结构变“硬”,影响流动性。

  此外,原料中含有相应数量的环烷结构对中间相的形成是有利的。这是因为在热解过程中环烷氢可以发生氢的转移,能够有效地稳定自由基的反应活性,保持中间相产物的流动性和溶解性,易于得到大面积的光学各向异性组织。

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