煤焦油沥青的加工

第九章煤焦油沥青的加工

煤焦油沥青是煤焦油蒸馏提取馏分后的残渣，煤焦油沥青简称为沥青，沥青为多种有机物质的混合物，所以无固定的熔点，受热后软化继而熔化。按其软化点的高低可将沥青分为低温、中温、高温沥青。我国煤焦油沥青的质量指标如表9-1所示。

表9-1煤沥青的技术指标（GB/T2290—94）

注：1号沥青主要用于电极沥青。

沥青中的喹啉不溶物每月至少测定一次。

低温沥青也叫软沥青，用于建筑、铺路、炉衬黏结剂和电极炭素材料，也可用作制造炭黑的原料。中温沥青用于生产油毡、建筑物防水层、高级沥青漆、煤沥青延迟焦和改质沥青等。中温沥青还可用来制取针状焦和沥青炭纤维等新型炭素材料。也可通过回配蒽油制取软沥青。高温沥青可用来生产各种炭素材料的粘结剂和电极焦等。

第一节沥青的性质

一沥青的物理性质

沥青最重要的工艺性质包括密度、黏度、塑性、表面张力、润湿性。

1.密度：

沥青的密度随软化温度的提高而成线性增加，如图9-1。

图9-1 沥青密度与软化温度的关系

2.黏性

黏性是沥青的另一重要性质，黏性是指沥青材料在外力作用下，抵抗发生形变的性能指标。沥青的黏性由其性质和温度而定。表示沥青黏性的物理量是黏度。表示沥青黏度的单位有恩氏黏度E t、运动黏度v t（㎝2/s）之别。二者之间的关系是：

此外，还有动力黏度（Pa·s）。不同软化点的沥青黏度与加热温度的关系见图9-2。

图9-2 不同软化点的沥青黏度与加热温度的关系

3.塑性

沥青在外力作用下，产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状不变。这种可以承受由于外力所产生的应力，不致在变形情况下发生破坏的能力，称为塑性。

沥青的塑性小，并随着软化点的增高而减小。沥青的塑性用延伸度或伸长度表示，即在一定温度下，能够拉成细丝的长度。

4.表面张力

表面张力是表示液体表面状态特性的量，数量上等于形成单位面积时所消耗的功。沥青的表面张力和黏性、温度及化学组成有关。

沥青表面张力和加热温度的关系如图9-3。

图9-3 不同软化点沥青的表面张力与加热温度的关系

5.润湿性

沥青具有较高的润湿能力，能很好地润湿无机矿物质、天然碳、合成碳和焦炭，并在使用适当成型技术时使其紧密结合在一起。

二沥青的化学性质

沥青的化学性质主要包括沥青的元素组成、组组成和化学组成。

1.沥青的元素组成

组成沥青的主要化学元素是碳和氢。碳和氢的组成比例直接影响着沥青的物理和化学性能。沥青的含炭量大于90%，含氢量一般不超过5%。沥青的元素组成主要与炼焦煤的种类、加工方法、煤焦油的蒸馏等因素有关。

2．沥青的组组成

用溶剂萃取的方法将沥青分成不同的物质群，即称为沥青的组组成。常用的溶剂是苯、甲苯和喹啉，萃取法可将沥青分离成苯（或甲苯）可溶物、不溶物（用BI或TI表示）以及喹啉不溶物（用QI表示）。QI相当于α树脂，苯不溶物与喹啉不溶物之差，即BI－QI相当于β树脂。

苯或甲苯不溶物（BI或TI）值对炭制品机械强度、密度和导电率有影响。

喹啉不溶物QI值即α树脂含量对炭制品机械强度、导电率及膨胀性有影响。

β树脂含量代表黏结性指标，β树脂所生成的焦结构是纤维状，具有易石墨化性能，所制得的炭制品电阻系数小，机械强度高。

因此，对电极沥青黏结剂，这些指标均做了相应的规定。此外，对于水分、灰分含量也做了相应的规定。

3．沥青的化学组成

煤焦油沥青的化学组成大多数为三环以上的芳香族烃类，还有含氧、氮和硫等元素的杂环化合物以及少量的高分子炭素物质。

三沥青的热力学性质

沥青的热力学性质包括温度的稳定性、热容量、热膨胀系数、导热系数和闪点等。

1.温度的稳定性

沥青是无定形的非结晶高分子化合物。当温度较低时，沥青的力学性质表现为脆硬，通常称为“玻璃态”。随着温度的提高，沥青逐渐变软，表现为具有可塑性。温度继续提高，沥青转化为液态，但黏性较大，称作“黏流态”，沥青处于黏流态时的温度即为沥青的软化温度。沥青没有严格的软化温度。

沥青软化点的测定方法有：环球法、梅特勒法等。

2．热膨胀系数

沥青的热膨胀系数随着软化点温度的不同而不同，如中温沥青为0.00055，高温沥青为0.00047。软化点升高，热膨胀系数减小。

3．导热系数

沥青是不良导热体，导热系数见表9-2。

表9-2 不同温度下沥青的导热系数（W/m﹒K）