Какво влијание има микроструктурата на нафтениот кокс (игличеста, сунѓереста и пелетиста) врз стапката на собирање при калцинација и вистинската густина?

1. Игличен кокс: Типичен пример за ниско собирање и висока вистинска густина

• Структурни карактеристики: Иглениот кокс покажува фиброзна или издолжена структура со издолжени елиптични пори распоредени на подреден начин. Оваа структура покажува одлична способност за згуснување за време на калцинацијата.
• Калцинирање Скратување:
  • Иглестиот кокс има релативно ниска стапка на собирање, обично од 10% до 20%. Неговата фиброзна структура постигнува собирање преку молекуларно преуредување и затворање на порите под високи температури, додека уредниот распоред на порите го намалува просторот за неуредно собирање, со што се намалува вкупната стапка на собирање.
  • На пример, при калцинација на 1300°C, волуметриското собирање на игличниот кокс може да биде само половина од она на сунѓерскиот кокс, поради неговата способност рамномерно да го дисперзира термичкиот стрес.
• Вистинска густина:
  • Иглениот кокс има висока вистинска густина, генерално достигнувајќи 2,10–2,15 g/cm³. Ова го одразува неговиот висок степен на графитизација и густа кристална структура, тесно поврзана со подредениот распоред на јаглеродните слоеви во неговата фиброзна структура.
  • Студиите покажуваат дека вистинската густина на игличниот кокс е приближно 5%–10% поголема од онаа на сунѓерскиот кокс, поради помалку структурни дефекти и поцврсто наредено јаглеродни слоеви.

2. Сунѓер Кокс: Типичен пример за високо собирање и ниска вистинска густина

• Структурни карактеристики: Сунѓерскиот кокс има порозна, сунѓереста структура со неправилно големи и распоредени пори, тенки јагленовидни ѕидови и кршливост.
• Калцинирање Скратување:
  • Сунѓерскиот кокс покажува висока стапка на собирање, обично од 30% до 50%. Неговата неуредна порозна структура е склона кон колапс на порите за време на калцинацијата поради ослободување на испарливи материи и концентрација на термички стрес, што доведува до значително собирање.
  • На пример, при калцинација на 1200°C, волуметриското собирање на сунѓерскиот кокс може да надмине 40%, што е далеку повисоко од она на игличниот кокс.
• Вистинска густина:
  • Сунѓерскиот кокс има релативно ниска вистинска густина, генерално помеѓу 1,90 и 2,05 g/cm³. Ова се припишува на големиот број на преостанати пори и неуредниот распоред на јаглеродните слоеви во неговата структура, што резултира со бројни кристални дефекти.
  • Во споредба со игличниот кокс, вистинската густина на сунѓерскиот кокс може да биде 10%–15% помала, поради недоволна згуснување.

3. Шот Кока-Кола: Средна состојба со умерено собирање и вистинска густина

• Структурни карактеристики: Шотираниот кокс изгледа сферично или како пелети, со тврда површина и малку пори, што претставува структурна средна состојба помеѓу игличестиот кокс и сунѓерскиот кокс.
• Калцинирање Скратување:
  • Шотираниот кокс обично има стапка на собирање што се движи од 20% до 30%. Неговата сферична структура се собира поради површинскиот напон за време на калцинацијата, но ограничената внатрешна порозност ја ограничува амплитудата на собирање.
  • На пример, при калцинација на 1250°C, волуметриското собирање на шутираниот кокс може да биде 25%, што е помеѓу она на игличниот кокс и сунѓерскиот кокс.
• Вистинска густина:
  • Шотираниот кокс генерално има вистинска густина помеѓу 2,00 и 2,10 g/cm³. Неговата структурна густина е супериорна во однос на сунѓерскиот кокс, но инфериорна во однос на игличниот кокс, што резултира со средна вистинска густина.
  • Истражувањата покажуваат дека вистинската густина на шут-коксот е приближно 5% повисока од онаа на сунѓерскиот кокс, но 3%-5% пониска од онаа на игличниот кокс.

Сеопфатна анализа на односите помеѓу структурата и својствата

• Механизам за собирање:
  • Уредената фиброзна структура на игличниот кокс ги намалува неуредните патеки на собирање, намалувајќи ја неговата стапка на собирање; неуредна порозна структура на сунѓерскиот кокс доведува до високо собирање поради колапс на порите; сферичната структура на испуканиот кокс постигнува умерено собирање преку површинска напнатост.
• Механизам за вистинска густина:
  • Вистинската густина е директно поврзана со згуснувањето на кристалната структура. Уредениот распоред на јаглеродните слоеви и ниската густина на дефекти на игличестиот кокс резултираат со висока вистинска густина; неуредна структура и преостанатите пори на сунѓерскиот кокс ја намалуваат вистинската густина; шутираниот кокс покажува средни својства.
• Препораки за оптимизација на процесите:
  • За апликации што бараат ниско собирање и висока вистинска густина (на пр., графитни електроди со голема моќност), се претпочита иглен кокс;
  • За апликации чувствителни на трошоци со пониски барања за перформанси (на пр., гориво), сунѓерскиот кокс или коксот за чаши може да бидат посоодветни;
  • Прилагодувањето на температурата на калцинација (на пр., над 1300°C) и брзината на загревање (на пр., под 50°C/мин) може дополнително да ја оптимизира вистинската густина и собирање на игличниот кокс.