Ključne razlike u ponašanju kalcinacije između koksa na bazi nafte i koksa na bazi ugljena leže u različitim reakcijskim putovima uzrokovanim razlikama u kemijskom sastavu sirovina, što posljedično dovodi do značajnih varijacija u evoluciji kristalne strukture, promjenama fizičkih svojstava i poteškoćama u kontroli procesa. Detaljna analiza je sljedeća:
1. Razlike u kemijskom sastavu sirovina postavljaju temelje za ponašanje kalcinacije
Koks na bazi nafte dobiva se iz teških destilata poput ostataka nafte i katalitički pročišćenog ulja. Njegov kemijski sastav prvenstveno karakteriziraju kratki bočni lanci, linearno povezani policiklički aromatski ugljikovodici, s relativno niskim sadržajem sumpora, dušika, kisika i metalnih heteroatoma, kao i minimalnim krutim nečistoćama i tvarima netopivim u kinolinu. Ovaj sastav rezultira procesom kalcinacije u kojem dominiraju reakcije pirolize, s relativno jednostavnim reakcijskim putem i temeljitim uklanjanjem nečistoća.
Nasuprot tome, koks na bazi ugljena proizvodi se od katranske smole i njegovih destilata, koji sadrže veći udio policikličkih aromatskih ugljikovodika s dugim bočnim lancem i kondenziranih policikličkih aromatskih ugljikovodika, uz značajne količine sumpora, dušika, heteroatoma kisika i krutih nečistoća. Složeni sastav koksa na bazi ugljena dovodi ne samo do reakcija pirolize već i do značajnih reakcija kondenzacije tijekom kalcinacije, što rezultira složenijim reakcijskim putem i većim poteškoćama u uklanjanju nečistoća.
2. Razlike u evoluciji kristalne strukture utječu na svojstva materijala
Tijekom kalcinacije, ugljikovi mikrokristali u koksu na bazi nafte postupno se povećavaju u promjeru (La), visini (Lc) i broju slojeva unutar kristala (N). Sadržaj idealnih grafitnih mikrokristala (Ig/Iall) također značajno raste. Iako Lc doživljava „točku infleksije“ zbog izlaska hlapljivih tvari i skupljanja sirovog koksa, ukupna kristalna struktura postaje pravilnija, s većim stupnjem grafitizacije. Ova strukturna evolucija daje koksu na bazi nafte izvrsna svojstva kao što su niski koeficijent toplinskog širenja, niska električna otpornost i visoka električna vodljivost nakon kalcinacije, što ga čini posebno prikladnim za proizvodnju velikih grafitnih elektroda ultra visoke snage.
Slično tome, struktura ugljikovih mikrokristala koksa na bazi ugljena razvija se s povećanjem La, Lc i N tijekom kalcinacije. Međutim, zbog utjecaja nečistoća i kondenzacijskih reakcija u sirovini, postoji više kristalnih defekata, a povećanje idealnog sadržaja mikrokristala grafita je ograničeno. Osim toga, fenomen "točke infleksije" za Lc je izraženiji u koksu na bazi ugljena, a novododani slojevi pokazuju nasumične "greške slaganja" s izvornim slojevima, što dovodi do značajnih fluktuacija u međuslojnom razmaku (d002). Ove strukturne karakteristike rezultiraju time da koks na bazi ugljena ima niži koeficijent toplinskog širenja i električni otpor od koksa na bazi nafte nakon kalcinacije, ali slabiju čvrstoću i otpornost na abraziju, što ga čini prikladnijim za proizvodnju elektroda velike snage i elektroda srednje ultra velike snage.
3. Razlike u promjenama fizičkih svojstava određuju područja primjene
Tijekom kalcinacije, koks na bazi ulja prolazi kroz temeljito uklanjanje hlapljivih tvari i jednoliko smanjenje volumena, što rezultira značajnim povećanjem stvarne gustoće (do 2,00–2,12 g/cm³) i značajnim poboljšanjem mehaničke čvrstoće. Istovremeno, električna vodljivost, otpornost na oksidaciju i kemijska stabilnost kalciniranog materijala značajno se poboljšavaju, ispunjavajući stroge zahtjeve performansi za visokokvalitetne grafitne proizvode.
Nasuprot tome, koks na bazi ugljena doživljava lokalnu koncentraciju naprezanja tijekom izlaska hlapljivih tvari zbog većeg sadržaja nečistoća, što dovodi do neravnomjernog skupljanja volumena i relativno manjeg povećanja stvarne gustoće. Nadalje, niža čvrstoća i slabija otpornost na abraziju koksa na bazi ugljena nakon kalcinacije, zajedno s njegovom sklonošću širenju tijekom grafitizacije na visokim temperaturama, zahtijevaju strogu kontrolu brzine porasta temperature. Ove karakteristike svojstava ograničavaju primjenu koksa na bazi ugljena u visokokvalitetnim poljima, iako ga njegov niski koeficijent toplinskog širenja i električni otpor i dalje čine nezamjenjivim u određenim područjima.
4. Razlike u poteškoćama kontrole procesa utječu na učinkovitost proizvodnje
Zbog svog relativno jednostavnog kemijskog sastava, koks na bazi nafte pokazuje jasne reakcijske puteve tijekom kalcinacije, što rezultira manjom teškoćom kontrole procesa. Optimizacijom parametara kao što su temperatura kalcinacije, brzina zagrijavanja i kontrola atmosfere, kvaliteta i učinkovitost proizvodnje kalciniranih proizvoda mogu se učinkovito poboljšati. Osim toga, visok sadržaj hlapljivih tvari u koksu na bazi nafte osigurava samoopskrbljenu toplinsku energiju tijekom kalcinacije, smanjujući troškove proizvodnje.
Nasuprot tome, složeni kemijski sastav koksa na bazi ugljena dovodi do različitih reakcijskih puteva tijekom kalcinacije, što povećava poteškoće u kontroli procesa. Stroga predobrada sirovine, precizna kontrola brzine zagrijavanja i podešavanje posebne atmosfere potrebni su kako bi se osigurala stabilna kvaliteta proizvoda nakon kalcinacije. Nadalje, koks na bazi ugljena zahtijeva dodatno dodavanje toplinske energije tijekom kalcinacije, što povećava troškove proizvodnje i potrošnju energije.
Vrijeme objave: 07.04.2026.