Bistvene razlike v obnašanju kalcinacije med koksom na osnovi nafte in koksom na osnovi premoga so v različnih reakcijskih poteh, ki jih povzročajo razlike v kemični sestavi surovin, kar posledično vodi do znatnih razlik v razvoju kristalne strukture, sprememb fizikalnih lastnosti in težav pri nadzoru procesa. Podrobna analiza je naslednja:
1. Razlike v kemijski sestavi surovin postavljajo temelje za vedenje kalcinacije
Koks na osnovi nafte se pridobiva iz težkih destilatov, kot so naftni ostanki in katalitično krekingno prečiščeno olje. Njegovo kemično sestavo zaznamujejo predvsem kratki stranski verigi, linearno povezani policiklični aromatski ogljikovodiki, z relativno nizko vsebnostjo žvepla, dušika, kisika in kovinskih heteroatomov, pa tudi minimalna vsebnost trdnih nečistoč in snovi, netopnih v kinolinu. Ta sestava ima za posledico proces kalcinacije, v katerem prevladujejo reakcije pirolize, z relativno preprosto reakcijsko potjo in temeljitim odstranjevanjem nečistoč.
V nasprotju s tem se koks na osnovi premoga proizvaja iz premogovega katrana in njegovih destilatov, ki vsebujejo večji delež policikličnih aromatskih ogljikovodikov z dolgimi stranskimi verigami in kondenziranih policikličnih aromatskih ogljikovodikov, skupaj z znatnimi količinami žvepla, dušika, kisikovih heteroatomov in trdnih nečistoč. Kompleksna sestava koksa na osnovi premoga ne vodi le do reakcij pirolize, temveč tudi do pomembnih kondenzacijskih reakcij med kalcinacijo, kar ima za posledico bolj zapleteno reakcijsko pot in večje težave pri odstranjevanju nečistoč.
2. Razlike v razvoju kristalnih struktur vplivajo na lastnosti materialov
Med kalcinacijo se ogljikovi mikrokristali v koksu na osnovi nafte postopoma povečujejo v premeru (La), višini (Lc) in številu plasti znotraj kristalov (N). Vsebnost idealnih grafitnih mikrokristalov (Ig/Iall) se prav tako znatno poveča. Čeprav Lc doživi "prelomno točko" zaradi uhajanja hlapnih snovi in krčenja surovega koksa, postane celotna kristalna struktura bolj pravilna, z višjo stopnjo grafitizacije. Ta strukturna evolucija daje koksu na osnovi nafte odlične lastnosti, kot so nizek koeficient toplotnega raztezanja, nizka električna upornost in visoka električna prevodnost po kalcinaciji, zaradi česar je še posebej primeren za izdelavo velikih grafitnih elektrod z ultra visoko močjo.
Podobno se struktura ogljikovih mikrokristalov koksa na osnovi premoga razvija z naraščajočimi La, Lc in N med kalcinacijo. Vendar pa je zaradi vpliva nečistoč in kondenzacijskih reakcij v surovini več kristalnih napak, povečanje idealne vsebnosti grafitnih mikrokristalov pa je omejeno. Poleg tega je pojav "prevojne točke" za Lc bolj izrazit pri koksu na osnovi premoga, novo dodane plasti pa kažejo naključne "napake zlaganja" z originalnimi plastmi, kar vodi do znatnih nihanj v medplastnem razmiku (d002). Zaradi teh strukturnih značilnosti ima koks na osnovi premoga po kalcinaciji nižji koeficient toplotnega raztezanja in električno upornost kot koks na osnovi nafte, vendar slabšo trdnost in odpornost proti obrabi, zaradi česar je primernejši za proizvodnjo visokozmogljivih elektrod in srednje velikih ultrazmogljivih elektrod.
3. Razlike v spremembah fizikalnih lastnosti določajo področja uporabe
Med kalcinacijo koks na osnovi nafte temeljito uhaja iz hlapnih snovi in se enakomerno krči, kar ima za posledico znatno povečanje dejanske gostote (do 2,00–2,12 g/cm³) in znatno izboljšanje mehanske trdnosti. Hkrati se znatno izboljšajo električna prevodnost, odpornost proti oksidaciji in kemična stabilnost kalciniranega materiala, kar izpolnjuje stroge zahteve glede zmogljivosti za visokokakovostne grafitne izdelke.
V nasprotju s tem pa koks na osnovi premoga med uhajanjem hlapnih snovi zaradi večje vsebnosti nečistoč doživlja lokalno koncentracijo napetosti, kar vodi do neenakomernega krčenja volumna in relativno manjšega povečanja dejanske gostote. Poleg tega nižja trdnost in slabša odpornost proti obrabi koksa na osnovi premoga po kalcinaciji, skupaj z njegovo nagnjenostjo k širjenju med grafitizacijo pri visokih temperaturah, zahtevajo strog nadzor nad hitrostjo dviga temperature. Te lastnosti omejujejo uporabo koksa na osnovi premoga na zahtevnih področjih, čeprav ga njegov nizek koeficient toplotnega raztezanja in električna upornost še vedno delata nenadomestljivega na določenih področjih.
4. Razlike v težavah pri nadzoru procesov vplivajo na učinkovitost proizvodnje
Zaradi svoje relativno preproste kemične sestave kaže koks na osnovi nafte jasne reakcijske poti med kalcinacijo, kar ima za posledico manj težav pri nadzoru procesa. Z optimizacijo parametrov, kot so temperatura kalcinacije, hitrost segrevanja in nadzor atmosfere, je mogoče učinkovito izboljšati kakovost in učinkovitost proizvodnje kalciniranih izdelkov. Poleg tega visoka vsebnost hlapnih snovi v koksu na osnovi nafte zagotavlja samooskrbo s toplotno energijo med kalcinacijo, kar zmanjšuje proizvodne stroške.
Nasprotno pa kompleksna kemična sestava koksa na osnovi premoga vodi do različnih reakcijskih poti med kalcinacijo, kar povečuje težave pri nadzoru procesa. Za zagotovitev stabilne kakovosti izdelka po kalcinaciji so potrebni stroga predobdelava surovin, natančen nadzor hitrosti segrevanja in posebna prilagoditev atmosfere. Poleg tega koks na osnovi premoga med kalcinacijo zahteva dodatno dodajanje toplotne energije, kar povečuje proizvodne stroške in porabo energije.
Čas objave: 7. april 2026