炭素生产原料
碳素工艺
碳素工艺第一章绪论炭素材料有良好的导电、导热性能，高温下机械强度良好、耐腐蚀性、价格低廉，来源广泛。
一、炭素工艺发展概论最古老的炭素材料是用天然石墨、粘土混合起来煅烧成石墨坩埚，在我国有的历史，但作为导电材料是近代，1806年首次用石墨制成实验室电池。
炭素电极加热到2500℃后变成石墨电极。
灰分（杂质，主要是一些金属的氧化物）金属氧化物参与电化学反应，消耗阳极，反应后的金属以不同形态进入铝液中，降低铝的品质。
热膨胀系数要求小，减少应力的产生，防止炭块裂纹的生成。
炭素材料是一种无机的非金属材料二、冶金炭素工业生产工艺流程原料预处理石油焦、沥青预碎、煅烧无烟煤、冶金焦原料粒度分级石墨碎破碎、筛分各种粒度原料计量 1—6种粒度连续称量或用磅（称）称量预热120℃—180℃（全部固体原料）阴极糊混捏150℃——210℃沥青、生碎（成型后的废品）电极糊连续混捏或用混捏锅混捏捣缝糊成型110℃——150℃挤压成型、模压成型、振动成型半石墨化1800℃——2300℃焙烧800℃——1300℃石墨化2500℃——2800℃机械加工或组装预备阳极炭块阴极炭块高炉炭块半石墨化的阴极炭块石墨化的阴极炭块第二章炭和石墨材料一、自然界中的碳碳在地球上的含量0.027%，占地球化学元素含量中13位，以单质碳和化合物的形式存在。
单质碳：金刚石、石墨、无定形碳。
1、自然界中的单质碳金刚石：坦然形成石墨：天然石墨、人造石墨无定形碳：木炭、煤炭、焦炭2、碳原子的结合方式1）电子的运动状态：原子是带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，是整个原子的中心。
A）电子层：K、L、M、N、O、P、QK层电子能量最低，最外层电子能量最高B）电子亚层和电子云形状：同一层中电子能量不同形成电子亚层。
S＜P＜D＜F等表示，S层的电子云的形状是球形，P层是倒“8”字形。
C）电子云在空间的伸展方向：P层电子沿着xyz轴方向延伸。
D）电子的字璇：一个原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子，每层的电子数2n2。
碳素的原材料
碳素的原材料
碳素是一种非常重要的材料，它在现代工业中有着广泛的应用。
碳素的原材料
主要来自于煤炭、石油和天然气，这些都是地球上丰富的化石燃料资源。
在这些原材料的基础上，通过一系列的化学和物理过程，可以生产出各种碳素材料，如石墨、金刚石、碳纤维等。
煤炭是碳素的重要原材料之一。
煤炭是一种含碳量很高的矿石，其中还含有少
量的氢、氧、氮等元素。
通过高温热解或氧化还原反应，可以将煤炭中的有机物质分解成碳素和其他气体。
这些碳素可以用于生产石墨、活性炭等材料。
另外，石油和天然气也是碳素的重要原材料。
石油中的烃类化合物可以通过裂
化和重整等工艺，得到丰富的碳素资源。
而天然气中的甲烷等气体也可以通过催化剂的作用，转化成碳素材料。
这些碳素材料可以用于制备碳纤维、聚苯乙烯等高分子材料，具有重要的工业应用价值。
除了化石燃料，植物也是碳素的重要来源。
植物通过光合作用，将二氧化碳转
化成有机物质，其中就包括碳素。
植物的纤维素、木质素等成分，可以通过化学处理和热解过程，得到生物质炭和木炭等碳素材料。
这些生物质碳素材料具有环保、可再生的特点，是一种重要的可持续发展资源。
总的来说，碳素的原材料主要来自于煤炭、石油、天然气和植物等资源。
这些
原材料经过一系列的加工和转化过程，可以得到各种碳素材料，满足工业生产和人们生活的需求。
随着科学技术的不断发展，碳素材料的应用范围将会越来越广泛，对于资源的合理利用和环境保护也提出了新的挑战。
因此，我们应该更加重视碳素的原材料来源，积极开发和利用新的碳素资源，推动碳素材料产业的可持续发展。
论碳素生产要素
论碳素生产要素炭素材料在国民经济中的作用，随着科技进步越来越受到各行业的重视。
碳素材料就其在应用中表现出来的各种应用特性表征，可视其为功能性材料，但决定其应用特性、功能价值大小则取决于材料的内在结构特性，不同结构的碳素材料其应用特性表征是不相同的，其功能价值也不相同。
碳素材料的生产是以满足使用要求为目的，制造出内部结构均匀、特性稳定、离散性很小的结构材料的全过程，其生产过程是一个系统工程。
碳素生产要素分为：原料、装备、技术、管理四个方面，四个要素缺一不可，不能认为具备了某一项要素或掌握了某项专有技术就能制造出满足使用的炭素材料，全过程的任何一个细小环节都不能有所忽略。
本文偏重于石墨电极、特种炭材料生产作介绍，仅供炭素同仁参考商榷。
1 原料原料是决定碳素材料使用性能的关键要素，原料特性不同，即使用相同方法制造出来的碳素材料其使用性能也不相同。
原料的选择必须依据使用要求，以达到满足使用为目的，去选择适用的原料，而且要结合本企业装备条件的适应性、技术、管理的条件去综合考虑。
不同使用要求的碳素材料生产使用原料要求都不一样。
生产各向异性碳素材料，如炼钢用超高功率石墨电极就要选择各向异性度大的优质石油针状焦为首选原料焦，并选择优质粘结剂沥青、浸渍剂沥青、添加剂。
国外各大碳素企业在原料选择上要求都十分严格，按使用要求的不同选择不同的原料，生产满足不同使用要求的产品。
国内碳素企业由于受各方面的环境的制约，偏重于考虑采购成本，加上国内至今尚无与国际水平接近的优质原料，绝大多数企业仍以延迟石油焦、中温沥青为主导原料，而生产出来的碳素材料档次偏低，满足不了高档使用要求，而高档次尖端领域用的碳素材料仍需进口。
在原料性能的研究上，我国企业与国外企业的差距相当大，目前国内仅少数科研院所及企业作为课题在研究原料，而且投入的人力、物力、财力甚少，速度较慢，与生产实际的结合尚有距离。
国外的同行业都有自己的或专门挂靠的科研机构，有相当数量的长期从事原料各项性能与使用性能关系的研究的科技人员，科研机构内配置的仪器、设备相当先进。
碳素的原材料
碳素的原材料碳素是一种非常重要的化学元素，它在自然界中存在于各种形式的物质中，包括矿石、有机物和生物体。
作为一种重要的工业原材料，碳素的来源多种多样，下面我们就来了解一下碳素的原材料。
首先，我们来谈谈煤炭。
煤炭是一种天然的含碳化合物，是碳素的重要来源之一。
在煤矿中，我们可以开采到各种不同类型的煤炭，包括石煤、烟煤和褐煤等。
这些煤炭中含有丰富的碳元素，可以通过加工和提炼得到碳素原料。
其次，石墨也是一种重要的碳素原材料。
石墨是一种形成于地壳深部的矿物，它的主要成分就是碳。
石墨具有良好的导电性和润滑性，因此在工业生产中有着广泛的应用。
除此之外，石墨还可以用于制造铅笔芯、电池、涂料和润滑剂等产品。
另外，石墨烯也是碳素的重要来源。
石墨烯是由碳原子通过特殊的结构形成的一种二维材料，具有极好的导电性和机械性能。
石墨烯的发现被认为是一项重大的科学突破，它在电子、光电子、生物医药等领域都有着广泛的应用前景。
此外，有机物也是碳素的重要来源之一。
有机物是一类碳基化合物，包括石油、天然气、生物质等。
这些有机物中含有丰富的碳元素，可以通过化工加工得到碳素原材料，用于制造塑料、橡胶、合成纤维等产品。
最后，生物体也是碳素的重要来源。
植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，其中就包括碳素。
而动物通过食物链摄入植物，也能获取到碳素。
因此，生物体在一定程度上也是碳素的储存库和供给源。
综上所述，碳素的原材料包括煤炭、石墨、石墨烯、有机物和生物体等。
这些原材料在工业生产和科学研究中都有着重要的作用，它们为碳素的应用提供了丰富的资源基础。
随着科技的不断发展和进步，相信碳素的应用领域将会更加广泛，对人类社会的发展产生更大的影响。
炭素的生产工艺
炭素的生产工艺炭素是一种非常重要的材料，被广泛应用于工业生产和科学研究中。
炭素的生产工艺有多种，其中最常用的包括石油焦、木材焦和煤焦的加热分解法。
其中，石油焦是石油炼制过程中产生的副产品，在生产过程中会经过高温煅烧、粉碎和筛分等步骤，最终得到石油焦。
石油焦具有高炭含量，纯净度高，是一种高质量的炭素材料。
它广泛应用于钢铁、化工、电子等行业的生产中，如制造石墨电极、铁合金、硅锰合金等。
木材焦的生产工艺相对简单。
首先，将木材放入焦炉中进行热解，生成焦油和木醋液。
然后，通过蒸馏的方法将焦油中的水和杂质去除，得到质量较好的焦油。
最后，将焦油进行加热裂解，得到木材焦。
木材焦用途广泛，主要用于制造活性炭、防腐剂和其他高附加值产品。
煤焦是从煤炭中提取的一种炭素材料。
煤焦的生产工艺相对复杂。
首先，将煤炭进行选矿和破碎，得到煤料。
然后，将煤料放入焦炉中进行加热分解，生成焦炭。
在焦炭的生产过程中，还会产生焦炉气和焦炉渣。
焦炉气可以用于燃烧或作为化工原料，而焦炉渣可以作为建材或肥料使用。
煤焦广泛应用于铁钢、铸造、化工等领域，如制造铁合金、硅锰合金、人造石墨、金属钢化剂等。
除了以上几种工艺外，还有其他一些生产炭素的方法，如电弧炉法、纤维素焦的加热分解法等。
这些方法根据生产需求和原料的不同，选择合适的工艺进行生产。
炭素的生产工艺中，有一些问题需要注意。
首先，需要保证生产过程的安全和环保性，导致的较严重的污染和事故，不仅会影响工人的身体健康，也会对环境造成一定的破坏。
其次，需要控制生产工艺中的温度、压力等参数，以获得所需的质量和性能。
此外，生产过程中还需要考虑能源消耗和原料储备的问题。
总的来说，炭素的生产工艺有多种，可以根据具体的需求选择合适的工艺。
随着技术的进步和需求的不断增加，炭素的生产工艺也在不断改进和创新，以提高生产效率和质量，满足广大用户的需求。
炭素生产原料
2 炭素生产用原材料生产炭和石墨材料的原料都是炭素原料。
由于来源和生产工艺的不同，其化学结构、形态特征及理化性能均存在很大差异。
按照物态来分类，它们可以分为固体原料（即骨料）和液体原料（即粘结剂和浸渍剂）。
其中，固体原料按其无机杂质含量的多少又可以分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1％，例如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10％左右，如冶金焦、无烟煤等。
此外，生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
由于各种原料的作用和使用范围不同，对它们也有不同的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为辅助材料。
2.1 固体原料（骨料）骨料的种类、制造方法及主要特征和用途归纳于表2-1。
石油焦的来源石油焦是各种石油渣油、石油沥青或重质油经焦化而得到的固体产物。
由于焦化的方式不同，石油焦可分为延迟焦和釜式焦。
目前，石油行业生产的是延迟焦，釜式焦已被淘汰。
延迟焦化是将原料油经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。
其原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。
有时还在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。
石油焦的质量主要取决于渣油的性质，同时也受焦化条件的影响，我国几种主要减压渣油及其所产石油焦的性质列于表2-2。
表2-2 几种主要减压渣油及其石油焦的性质延迟焦化的主体设备由两座直径5.4m的焦炭塔和一座直径3.2m的分馏塔组成。
原料渣油首先与分馏塔馏出的馏分气进行间接换热，然后经加热炉加热到500±10℃，此温度已达到渣油的热解温度，但由于油料在炉管中具有较高的流速（冷油流速达1.4-2.2m/s），来不及反应就离开了加热炉，使焦化反应延迟到焦炭塔中进行，故这种焦化工艺称为延迟焦化。
随着油料的进入，焦炭塔中焦层不断增高，直到达到规定的高度为止。
生产中，一个焦炭塔进行反应充焦，另一个已充焦的焦炭塔经吹蒸汽与水冷后，用10-12Mpa的高压水通过水龙带从一个可以升降的焦炭切割器喷出，把焦炭塔内的焦炭切碎，使之与水一起由塔底流入焦炭池中。
炭素生产工艺流程
炭素
碳的三种变体：金刚石、石墨、无定形碳
生产工艺流程：预焙阳极的生产是以石油焦为原料，以煤沥青为粘结剂，经过石油焦煅烧、中碎、筛分、细碎、沥青的熔化、配料、混捏、成型、焙烧等工序加工制作而成。
生产预焙阳极所需原料分骨料和粘结剂两类,骨料包括石油焦和返回料(生料和残极),粘结剂采用煤沥表。
石油焦:石油沥青或石油系的重质油经过干馏制成的焦炭。
煅烧作业就是各种石油焦原料在隔绝空气的条件下进行高温热处理.煅烧的目的？1 排除原料中的挥发份。
当温度达到1150度—1350度时，挥发份只占0.5%；2 提高原料的密度和强度；3 提高原料的导电性能；4 驱除原料中的水份；5提高原料的抗氧化能力。
焙烧:在焙烧炉内用保护介质(填充料),在隔绝空气的情况下,以重油作为燃料,按一定的升温速度进行间接加热的过程.
目的:1 排出挥发份;2 降低电阻率,改善制品的导电性能;3 使制品的粘结剂转化成焦炭;4 使体积充分收缩。
过程:1 低温预热阶段;2 变化剧烈中温阶段;3 高温烧结阶段;4 冷却阶段
预焙阳极理化指标:1 挥发份;2电阻率;3 体密度;4 真密度;5 抗压机械强度.
炭素制品的理化指标:机械强度,密度,比电阻,真密度,导热性,耐热性,耐腐蚀性,灰份。
炭素材料的制备原料资料
2）石油焦的分类
●根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵 焦、弹丸焦和粉焦4种。
沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后， 真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生产铝用炭素阳极和 阳极糊的原料，也是生产石磨电极、电炭制品的原料。
生产沥青焦的原料是中温沥青和高温沥青，高温沥青是中温沥青在氧化釜中用 热空气氧化而成。高温沥青粘度大，装炉温度较高，挥发分含量小，有利于装 炉操作。
冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，此外还可用作为焙烧的填充料、 石墨化的保温料和电阻料。
冶金焦的特点：灰分含量较高，一般为10～15%，挥发分含量为1%左右，不易石 墨化。对于炭素生产来说，冶金焦的灰分应尽可能低一些。
炭素生产用冶金焦的质量指标：灰分：≯13．5％；硫分：≯0．8％；挥发分： ≯1．2％；水分：≯4.0％。
宁夏无烟煤
●无烟煤是生产炭素材料的主要原料，但是并不是所有的无烟煤都可以作为生 产炭素材料的生产原料，能作生产炭素材料的无烟煤必须具有以下条件：
（1）灰份含量要低。灰分含量高的无烟煤生产出的炭素制品质量将会降低，因 为无烟煤中的灰分将全部转移到炭素材料中，在一定程度上降低炭素材料的质 量。生产阴极炭块和高炉炭块的无烟煤灰份要求在8％以下；生产电极糊的无烟 煤灰分应小于10％。
渣油
石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。 石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。
炭素知识
炭素知识问答1、炭素生产在国民经济中有何意义？炭素材料是指选用有机炭质物料或石墨作主要固体原料，辅以其他原料，经过特定的生产工艺过程而制得的无机非金属材料。
远古时代，我们的祖先就知道用炭火取暖和烧熟食物。
在原始公社时期，我们的祖先就能用炭黑作彩陶的黑色颜料和精致黑陶配料。
在我国商朝以前人类发明了可以用炭炼铜炼铁的技术。
后来，又能用天然石墨与粘土混合制作熔炼金属的钳埚。
后汉时代，我国已能用烟制墨。
到了唐朝，已用木炭制火药，用骨炭做解毒内服药。
从比较粗糙的炭素材料应用于工业中到现代高质量的炭素材料问世，在世界上只有100多年的历史，在我国也只有30多年的历史。
但炭素材料发展迅速，品种很多、其综合性能优异，应用范围相当广泛。
目前己普遍应用到冶金、化工、电子、机械、电工、交通运输、航空宇航、原子能、生物工程等部门。
如原子能核反应堆中采用炭素材料作中子减速和核燃烧的表面涂层；在宇航领域，炭素材料可用于人造卫星的天线，航天飞机的机壳以及火箭发动机喷管喉衬等部件；在医疗方面，炭素材料可作为人体生理补缀材料，如齿根，人工心脏瓣膜和人造关节等。
特别是近30年来，科学技术的进步，促进了炭素材料工业发展，涌现出许多新兴炭素材料，原有炭素材料的质量和性能也有了很大的提高。
由于炭素材料质量轻，具有导电传热、高温强度高，耐热性、抗热震性、耐腐蚀性、润滑性能好等优点，它已成为国民经济发展中不可缺少的工程结构材料、高温材料、导电材料、抗磨材料和功能材料，对于某些用途来说，炭素材料是其他材料不可替代的。
2、炭素材料分哪几种？按照国家标准GB1429—78炭素材料分为四类：（1）、炭制品类：包括铝用电解炭块、电炉炭块、高炉炭块、自焙炭块、炭电极、炭阳极和炭电阻棒。
（2）、石墨制品类：包括普通石墨电极、特制石墨电极、高功率石墨电极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。
（3）、炭糊类：包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。
（4）、特种石墨类：包括核石墨、细结构石墨和高纯石墨。
炭素材料分类
炭素材料分类
炭素材料可以分为以下几类：
1、石墨制品：以天然鳞片石墨为主要原料，用鳞片石墨经化学提纯加工制成的高纯石墨，称为高纯石墨或超纯石墨。
它是一种良好的非金属材料，主要用于制备石墨电极、石墨化工机械、机械密封材料、石墨高炉等。
2、炭块：以煤沥青为主要原料，在高温下加热成型后冷却制成的块状固体材料。
主要用于炼铁高炉的炉衬、炉喉、炉缸等部位。
3、炭电极：以石油焦、沥青焦为主要原料，并添加沥青、酚醛树脂等粘结剂经过成型、焙烧、石墨化等工序制成的电极产品。
主要应用于直流电弧炉或矿热电炉炼铁，同时也可作为铝、锌、铜等有色金属电解槽的阴极材料。
4、炭糊类：以石油焦、沥青焦为主要原料，并添加粘结剂混合后成浆，经过加热、固化而成的糊状固体材料。
主要用于制备各种类型的导电糊和石墨化糊。
5、特种石墨制品：采用优质高纯度石墨，经过精密加工制成的具有特殊性能的石墨制品。
主要用于制造高纯度石墨坩埚、石墨管材、石墨热交换器等。
此外，炭素材料还可以按照生产工艺分为炭砖类、炭块类、炭糊类和石墨制品类等；按照用途可以分为炼钢用炭素材料、炼铁用炭素材料、有色金属用炭素材料和电化学用炭素材料等。
碳素厂工艺流程
碳素厂工艺流程碳素是一种重要的工业原料，广泛应用于钢铁、电解铝、化工、冶金等行业。
碳素的生产过程包括原料准备、煅烧、石墨化、成型、石墨化处理和成品制备等多个环节。
下面将详细介绍碳素厂的工艺流程。
1. 原料准备。
碳素的主要原料是石油焦、煤焦和针状焦。
在生产过程中，这些原料需要经过严格的筛分、破碎和混合，以确保其化学成分和颗粒度的稳定性。
同时，还需要对原料进行干燥处理，以降低其含水率，提高生产效率。
2. 煅烧。
煅烧是碳素生产过程中的关键环节，通过高温处理原料，使其发生化学变化，生成碳素。
煅烧过程需要在高温炉中进行，通常温度在1200℃以上，持续数十小时。
在煅烧过程中，原料中的挥发性物质被挥发出来，同时碳素颗粒逐渐结晶，形成石墨结构。
3. 石墨化。
经过煅烧的原料被送入石墨化炉中进行处理，通过高温处理和化学反应，使其逐渐转变为石墨。
在石墨化过程中，需要控制温度、气氛和时间等参数，以确保石墨的质量和产量。
4. 成型。
石墨化后的原料需要进行成型，通常采用压制成型或挤压成型的方法，将其制成块状、棒状或粉末状的成品。
成型过程需要考虑原料的密度、强度和形状等因素，以满足不同工业领域的需求。
5. 石墨化处理。
成型后的碳素制品需要进行石墨化处理，通过高温处理和化学处理，进一步提高其石墨化程度和机械性能。
石墨化处理过程需要严格控制温度和时间，以确保产品的质量和稳定性。
6. 成品制备。
经过石墨化处理的碳素制品被送入成品制备车间，进行切割、磨削、表面处理等工艺，最终制成各种规格和形状的成品，用于满足不同行业的需求。
以上就是碳素厂的工艺流程，每个环节都需要严格控制参数和质量，以确保最终产品的质量和稳定性。
碳素的生产过程需要耗费大量能源和原料，同时也会产生大量的废气和废渣，因此在生产过程中需要加强环保措施，减少对环境的影响。
希望通过不断的技术创新和工艺改进，能够提高碳素生产的效率和质量，为工业生产提供更好的原材料。
预焙阳极生产原材料
表4 预焙阳极粘接剂沥青的性能指标
类别
项目
软化点 （℃） 挥发分 （%） 结焦残碳值(%) 甲苯不溶物%)
预焙阳极生产原材料
• 铝电解预焙炭素阳极的生产原料包括阳极主体组分（又称骨料） 和粘接剂两大部分。
• 骨料
• 1）种类：石油焦。国内炭素厂普遍采用延迟石油焦（简称延迟焦）。 • 2）来源：炼油厂的炼油渣经过高温加热，采用延迟焦化工艺所得到
的产品。 • （焦化工艺分延迟焦化和流化床焦化，延迟焦化生产的焦因其孔隙度
中温沥青
75-95 65-75 52-55 17-25
高温沥青
95-120 47-49 65-68 44-48
高而特别适用于制备铝电解用炭素阳极） • 3）质量评价指标：一般用灰分、硫分、挥发分和1300℃煅烧后的真
密度（真比重）来衡量，具体指标见表3
表3 我国延迟石油焦的质量标准
项目
水分 （不大于）
灰分 （不大于）
硫分 （不大于）
挥发分 （不大于）
一号
A级
B级
3.0
3.0
0.3
0.5
0.5
0.8
10
12
二号
A级
B级
3.0
3.0
0.5
0.5
1.0
1.5
12
15
三号
A级
B级
3.0
3.0
0.8
1.2
2.0
3.0
16
18
炭素生产问答资料
1、石墨化生产的工艺流程：2、石墨材料具有哪些特性？A、良好的导热、导电性，被视为半金属；B、较低的热膨胀系数；C、很高的熔点；D、很好的化学稳定性，特别适合用于铝电解阴极内衬；E、良好的抗热震性能；F、很好的自润滑性能。
3、炭素生产的原料有哪些？通常有固体炭质原料和粘结剂及浸渍剂。
固体炭质原料包括石油焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨、石墨碎。
粘结剂和浸渍剂包括煤沥青、煤焦油、蒽油、合成树脂。
还有一些辅料，包括冶金焦和焦粉。
4、为什么原料中硫对石墨制品生产是一种有害元素？如果生产石墨制品的原料含硫量高，则会在石墨化过程中（1600～１８００℃），由于原料所含硫化物以气体状态突然释放制品产生体胀现象，从而引发制品裂纹废品。
５、原料贮存过程中要注意什么？A、炭质材料的堆场必须是水泥地面，尽量减少外界杂质的混入。
B、在贮存过程中严禁混入灰尘、泥沙或其它杂质的混入，少灰原料最好入库保管。
C、防止原料互混。
D、防止雨雪淋，以免煅烧时影响质量和燃料消耗。
E、要注意对贮存的新旧原料的周转使用，有些原料贮存的时间不宜过长。
F、要加强对贮存原料的质量检查，以便及时掌握贮存原料的质量情况。
6、延迟石油焦根据微观结构的差别可以分为哪几类？海绵状焦、蜂窝状焦、针状焦、等方状焦。
7、如何评价石油焦质量？石油焦的质量可用灰分、硫分、挥发分和煅后真密度来衡量。
灰分含量是石油焦的主要质量指标，一般炭素原料石油焦的灰分含量应小于0.5%，硫分对炭素生产来说是一种有害元素，一般对生产石墨制品要求硫含量较低，但对生产预焙阳极可以较高的硫含量。
挥发分的高低表明其焦化的程度，对煅烧操作有较大影响，延迟焦的挥发分为7～１８％。
煅后焦的真密度的大小标志石油焦石墨化的难易程度，煅后焦的真密度越大，则石油焦越易石墨化。
８、如何评价煤沥青粘结剂的质量？Ａ、软化点是煤沥青最重要的物理性质之一，软化点在７５℃以下的称为软沥青，软化点在７５～９０℃之间的称为中温沥青，软化点在９０℃以上的称为高温沥青。
炭素生产原料
2 炭素生产用原材料生产炭和石墨材料的原料都是炭素原料。
由于来源和生产工艺的不同，其化学结构、形态特征及理化性能均存在很大差异。
按照物态来分类，它们可以分为固体原料（即骨料）和液体原料（即粘结剂和浸渍剂）。
其中，固体原料按其无机杂质含量的多少又可以分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1％，例如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10％左右，如冶金焦、无烟煤等。
此外，生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
由于各种原料的作用和使用范围不同，对它们也有不同的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为辅助材料。
2.1 固体原料（骨料）骨料的种类、制造方法及主要特征和用途归纳于表2-1。
石油焦的来源石油焦是各种石油渣油、石油沥青或重质油经焦化而得到的固体产物。
由于焦化的方式不同，石油焦可分为延迟焦和釜式焦。
目前，石油行业生产的是延迟焦，釜式焦已被淘汰。
延迟焦化是将原料油经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。
其原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。
有时还在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。
石油焦的质量主要取决于渣油的性质，同时也受焦化条件的影响，我国几种主要减压渣油及其所产石油焦的性质列于表2-2。
表2-2 几种主要减压渣油及其石油焦的性质延迟焦化的主体设备由两座直径5.4m的焦炭塔和一座直径3.2m的分馏塔组成。
原料渣油首先与分馏塔馏出的馏分气进行间接换热，然后经加热炉加热到500±10℃，此温度已达到渣油的热解温度，但由于油料在炉管中具有较高的流速（冷油流速达1.4-2.2m/s），来不及反应就离开了加热炉，使焦化反应延迟到焦炭塔中进行，故这种焦化工艺称为延迟焦化。
随着油料的进入，焦炭塔中焦层不断增高，直到达到规定的高度为止。
生产中，一个焦炭塔进行反应充焦，另一个已充焦的焦炭塔经吹蒸汽与水冷后，用10-12Mpa的高压水通过水龙带从一个可以升降的焦炭切割器喷出，把焦炭塔内的焦炭切碎，使之与水一起由塔底流入焦炭池中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 炭素生产用原材料生产炭和石墨材料的原料都是炭素原料。
由于来源和生产工艺的不同，其化学结构、形态特征及理化性能均存在很大差异。
按照物态来分类，它们可以分为固体原料（即骨料）和液体原料（即粘结剂和浸渍剂）。
其中，固体原料按其无机杂质含量的多少又可以分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1％，例如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10％左右，如冶金焦、无烟煤等。
此外，生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
由于各种原料的作用和使用范围不同，对它们也有不同的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为辅助材料。
2.1 固体原料（骨料）骨料的种类、制造方法及主要特征和用途归纳于表2-1。
表2-1 骨料的种类、制法及主要特征和用途石油焦的来源石油焦是各种石油渣油、石油沥青或重质油经焦化而得到的固体产物。
由于焦化的方式不同，石油焦可分为延迟焦和釜式焦。
目前，石油行业生产的是延迟焦，釜式焦已被淘汰。
延迟焦化是将原料油经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。
其原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。
有时还在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。
石油焦的质量主要取决于渣油的性质，同时也受焦化条件的影响，我国几种主要减压渣油及其所产石油焦的性质列于表2-2。
表2-2 几种主要减压渣油及其石油焦的性质渣油首先与分馏塔馏出的馏分气进行间接换热，然后经加热炉加热到500±10℃，此温度已达到渣油的热解温度，但由于油料在炉管中具有较高的流速（冷油流速达1.4-2.2m/s），来不及反应就离开了加热炉，使焦化反应延迟到焦炭塔中进行，故这种焦化工艺称为延迟焦化。
随着油料的进入，焦炭塔中焦层不断增高，直到达到规定的高度为止。
生产中，一个焦炭塔进行反应充焦，另一个已充焦的焦炭塔经吹蒸汽与水冷后，用10-12Mpa的高压水通过水龙带从一个可以升降的焦炭切割器喷出，把焦炭塔内的焦炭切碎，使之与水一起由塔底流入焦炭池中。
焦炭池中的焦炭经脱水后即得生石油焦。
每个焦炭塔一次出焦约250t，循环周期约为48h。
分馏塔是分馏焦化馏分油的设备，为了避免塔内结焦，要求控制塔底温度不超过400℃。
同时，还须采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉，提高油料的流动性。
延迟焦化的典型工艺流程如图2-1所示。
延迟焦化法生产效率高，劳动条件好，但所得焦挥发分较高，结构疏松，机械强度较差。
石油焦的性质与质量要求石油焦是一种黑色或暗灰色的蜂窝状焦，焦块内气孔多数呈椭圆形，且一般相互贯通。
对其使用影响较大的有灰分、硫分、挥发分和煅后真密度。
（1）灰分石油焦的灰分主要来源于原油中的盐类杂质。
原油经脱盐处理后残留的杂质一般都富集于渣油中，然后又全部转入石油焦。
我国原油盐类杂质较少，故灰分含量较低。
石油焦的灰分还与延迟焦化的冷却水质以及原料场的管理水平有关。
生产一般炭素制品的石油焦，要求灰分不高于0.5％，生产高纯石墨制品的石油焦，要求灰分不高于0.15％。
（2）硫分石油焦中的硫来源于原油，其存在形式可分为有机硫和无机硫两种，而无机硫又可分为硫化铁硫和硫酸盐硫两类。
石油焦中的硫以有机硫为主，其次是硫化铁硫，而硫酸盐硫的含量很少。
（3）挥发分挥发分含量是石油焦焦化成熟程度的标志。
它与炭素制品的最终质量虽然没有直接关系，但对煅烧操作影响很大。
早期生产的釜式焦成焦温度较高，约700℃，所以焦炭的挥发分只有3％-7％。
而延迟焦的成焦温度只有500℃左右，故挥发分含量高达10％-18％，因此，必须经过煅烧。
延迟焦在煅烧时不仅实收率低，而且给煅烧作业带来不少困难，如在罐式炉中单独煅烧时容易结焦堵炉等。
目前经过煅烧设备的改造和操作工艺的改进，这方面问题已基本解决。
（4）真密度石油焦在1300℃温度下煅烧后的真密度大小，可作为其石墨化难易程度的表征。
一般认为，石油焦煅后真密度愈大，则愈容易石墨化。
这是因为石油焦的真密度在一定程度上反映了其化学结构中芳香碳环的缩合程度。
我国生产的石油焦的质量要求如表2-3所示，其中1号焦供生产炼钢用普通石墨电极和炼铝用炭素制品，2号焦供生产炼铝用炭素制品，3号焦用于化工。
表2-3 延迟石油焦(生焦)技术要求沥青焦是由煤沥青经焦化后得到的固体产物。
生产沥青焦的方法有炉室法和延迟法两种。
由于原料沥青和焦化方法不同，这两种沥青焦的性质具有明显的差异。
煤沥青焦化过程煤沥青是煤焦油蒸馏的残留物。
根据软化点的不同，煤沥青可以分为三种类型，即低温沥青（又称软沥青）、中温沥青、高温沥青（又称硬沥青），其相应的软化点（环球法）依次为30℃-75℃、75℃-95℃、95℃以上。
与石油渣油不同，煤沥青主要是由多环芳烃组成的复杂高分子聚合物，而在石油渣油中芳烃类组分的含量仅占三分之一左右。
煤沥青焦化过程的本质是液相热解反应。
这种热解反应具有热分解和热缩聚两个方向，热缩聚反应可以大致分为三种类型：1）分子内部缩合；2）通过烷基侧链和官能团进行想邻分子间的缩合；3）通过芳核进行相邻分子间的热缩聚。
缩聚反应的主要方式是由活性氢转移引发的自由基反应。
一般认为，在煤沥青焦化时，450℃前主要是低沸点馏分的蒸馏和沥青的热分解；450℃-500℃之间热分解和热缩聚并存，同时发生高沸点馏分的蒸馏；大约500℃形成半焦以后，则以热缩聚为主，半焦出现收缩裂纹；当温度高于800℃，缩聚反应减缓。
随着温度的升高，沥青及其固体焦化产物的碳含量、真密度不断提高，氢、硫、氮、氧的含量和挥发分减少，电阻率逐渐下降。
（1）炉室法炉室法一般采用高温沥青作为生产沥青焦的原料。
这是因为高温沥青粘度大、甲苯不溶物含量高，残碳率高，减轻了沥青在炉室中的外渗，有利于保护炉体和安全生产。
同时，高温沥青的性状较稳定，挥发分较低，也有利于提高焦化生产的效率。
高温沥青与中温沥青的性质比较见表2-4.表2-4 高温沥青与中温沥青的性质比较比例的沥青焦油和沥青馏出物。
沥青焦油是指高温沥青在沥青焦炉中焦化时产生的二次焦油。
沥青馏出物是指在制取高温沥青时从挥发性产物中分离出来的冷凝液。
炉室法炼制沥青焦的主体设备是沥青焦炉，其结构简图见图2-2.由于沥青液态装炉和热解时的大量吸收，炭化室炉墙温度波动很大，沥青容易渗入砖缝生成热解炭，炉墙的年膨胀量较大，较容易损坏，从有利于延长炉龄来考虑，沥青焦炉的结构与一般冶金焦炉相比，有以下特点：炉型为焦炉煤气侧入的二分式焦炉，构造简单，易于维修；每组焦炉仅由5-7孔炭化室组成，组与组间由抵抗墙、边墙隔开，每组可以独立操作，也便于分组大修；炭化室仅高2-3m，加热水平却高达700-900mm，以降低炉顶空间温度，炭化室炉墙厚达160-200mm，可以大量蓄热，以抵抗沥青装炉时的温降，使炉墙不至于降温至硅砖的晶型转化点以下。
在生产操作上，为了防止高温沥青堵塞管道，沥青装炉采用循环管路，沥青在管道内以较大流速流动，并保持温度在320-330℃。
为了使沥青接触炉墙后能迅速形成一个半焦层，尽量减少沥青向炉墙砖缝的渗漏，标准火道温度宜控制在1300-1350℃.在此温度下，约10h 焦饼成熟，再焖炉3-4h，然后再按计划推焦顺序推焦，出炉后采用湿法熄焦。
炉室法生产沥青焦的成焦温度（1050℃-1100℃）与煅烧温度相当，因此合格的沥青焦只需烘干即可使用。
有时，出于提高质量均匀性或罐式炉煅烧石油焦时减粘考虑，炭素厂也经常将沥青焦单独或与石油焦混配后再煅烧一次。
（2）延迟焦化法采用延迟焦化法生产沥青焦是从石油焦的延迟焦化移植过来的。
延迟焦化克服了炉室法存在的装炉时跑油冒火、操作条件差，环境污染炉龄短等缺点，因此是一种比较先进的沥青焦生产方法。
沥青的延迟焦化采用软化点为30℃-40℃的软沥青为原料。
软沥青具有良好的流变性能，又可得到足够高的残碳率。
其热解温度低，在加热炉中仅需加热到450℃-500℃就可在焦炭塔中实现焦化，设备的结构与材质较易达到工艺要求。
因此，软沥青可以看作是沥青延迟焦化的最佳原料。
此外，沥青的延迟焦化有利于改善沥青焦的结构。
这是因为沥青焦的生成过程中形成中间相小球体，中间相小球体的发育与成长大体在400℃-500℃温度范围，而延迟焦化工艺允许沥青在该温度范围停留足够长的时间。
生产沥青焦的延迟焦化工艺与设备和石油渣油的延迟焦化基本相同。
如前所述，由于成焦温度仅在500℃左右，故焦炭塔内的产品是半焦。
在用于炭素生产前，沥青延迟焦的煅烧是必不可少的。
国内外的惯例都是将煅烧系统与延迟焦化联合起来，将煅后焦供应市场。
沥青焦的性质与质量要求沥青焦是一种碳含量高，机械强度好，低灰低硫的优质原料。
其结构致密程度和机械强度比石油焦好，灰分和硼含量略高于石油焦。
它也是一种石墨化碳，但可墨化性能比石油焦差。
沥青焦也属于少灰原料，在炭素生产中主要是利用其机械强度好的优点来提高制品的机械性能。
例如，我国在生产普通石墨电极时，为了提高制品的机械强度，一般在固体原料中配入20-25％的沥青焦。
此外，沥青焦还可用于生产阳极糊、预焙阳极、电炭制品以及高炉炭块等。
我国对沥青焦的质量要求列于表2-5。
表2-5 沥青焦质量指标针状焦是一种从宏观形态到微观结构都具有显著各向异性的焦炭，因其破碎后呈现细长针状，故称为针状焦。
针状焦的各向异性反映出其分子结构已具有相当程度的有序排列，因而具有良好的可石墨化性。
如一种煤沥青基针状焦，经2800℃石墨化后，层间距ｄ002为3.357Å，石墨化度高达96.5％。
因此，针状焦是生产优质石墨电极，特别是超高功率石墨电极必不可少的基本原料。
针状焦的生产针状焦在1950年首先由美国大湖炭素公司用石油系原料研制成功。
1964年美国联合碳化物公司用针状焦制造出超高功率电极。
目前，世界针状焦产量的大部分由美国大陆石油公司生产。
日本水岛工厂也成功地用石油系原料生产出针状焦。
但绝大多数针状焦是用特定产地的低硫石油重质油生产的，其来源受到很大限制。
为此，日本、德国等为了扩大原料来源，开展了以煤沥青为原料制取针状焦的研究。
1979年10月，日本三菱化学株式会社建成年产3万吨煤系针状焦的生产装置。
1980年日铁化学株式会社一座年产5万吨煤系针状焦的生产装置投产。
我国也已做了大量研究工作。
在油系针状焦方面，1980-1982年曾以大庆热裂化渣油为原料，进行了工业试验，所得焦炭接近国外油系针状焦的质量。
在煤系针状焦方面也已完成了中间试验。
针状焦制造的关键是原料调制。
原料调制的主要目的是除去影响中间相小球体成长的原生喹啉不溶物（QI）。
脱去QI的方法很多，主要有以下几类：（1）过滤分离法这种方法是采用加压加热过滤或真空过滤将QI除去。
但由于沥青中QI颗料很小，易于造成过滤器的孔眼被堵塞。
（2）离心分离法该法是在离心力场中藉离心力使煤焦油或沥青中QI脱除。