针状焦

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什么是针状焦

  针状焦是指炭素材料中大力发展的一个优质品种,其外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体,其结构具有明显流动纹理,孔大而少且略呈椭圆形,颗粒有较大的长宽比,有如纤维状或针状的纹理走向,摸之有润滑感,是生产超高功率电极、特种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料。根据生产原料的不同,针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种。以石油渣油为原料生产的针状焦为油系针状焦;以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系针状焦。

  针状焦是制造高功率和超高功率电极的优质材料,用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。目前生产的针状焦根据使用的原料可分为石油系和煤系两类。石油系以美国为代表,煤系则以日本为代表。日本的三菱化成和新日化公司的生产装置于20世纪70年代末和80年代初投产。美国大湖炭素公司却在1950年首先开发成功。1964年美国联合碳化物公司成功地以针状焦为原料制造出超高功率电极。据最新统计,国内高功率和超高功率电极的需求量为6~10万t/a,相应的针状焦需要量为6~12万t/a。

针状焦的生产工艺

  煤系针状焦的生产工艺技术主要有如下4种:

  真空蒸馏法

  1971年美国LCI公司首先提出用真空分离法从煤焦油沥青内分离出针状焦,并申请了美国专利,核心技术是通过真空蒸馏切取适合生产针状焦的原料,工艺较简单,且针状焦的收率低。

  溶剂萃取法

  1981年LCI公司用溶剂处理方法除去沥青中的喹啉不溶物(QI)成分的方法申请了美国专利。即先用助聚剂液体使QI凝聚,凝聚体在重力沉降器内被分离。该处理技术类似于日本新日化公司用煤焦油沥青生产针状焦的工业化装置。溶剂处理技术所得针状焦的收率高,质量好,但工艺较复杂,投资也较高。

  M-L法

  1985年LCI公司和日本Mardzen石油化学公司的M-L工艺申请了美国专利,该工艺是把特殊的原料预处理技术和独特的两段延迟焦系统结合起来,是第一套以煤焦油沥青为原料的针状焦生产装置。生产的针状焦质量最好,但也存在收率较低、工艺复杂和投资高的问题。

  闪蒸—缩聚法

  1985年鞍山焦耐院、鞍山钢铁大学和石家庄焦化厂共同开发了闪蒸-缩聚工艺,并申请了中国专利。该法是将混合原料油送到特定的闪蒸塔内,在一定温度和真空下闪蒸出闪蒸油,闪蒸油进入缩聚釜进行聚合得到缩聚沥青。此工艺收率适中,工艺简单。国内鞍山沿海化肥厂曾投入工业化试验,但由于工艺不够完善,因此也就停顿下来。国内,煤系针状焦的主要质量指标是参照了日本新日化公司的标准。即真比重≥2.13、灰分≤0.1%、挥发分≤0.5%、硫分≤0.5%、热膨胀系数CTE 1×10-6/℃和水分≤0.2%。

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