鋁用炭素材料主要包括鋁用陽極材料和鋁用陰極材料兩大類別,兩類炭素材料都有相應(yīng)的上游原料,相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)對應(yīng)相關(guān)的流程,并產(chǎn)生對應(yīng)的下游產(chǎn)物。
鋁用陽極材料
預(yù)焙陽極是鋁用碳素陽極材料的典型代表。生產(chǎn)預(yù)焙陽極原料包括煤瀝青、石油焦等。石油焦來源于石油化工行業(yè)焦化渣,經(jīng)過煅燒得到煅后焦,煅后焦與回收殘極、細粉等物料混合加入煤瀝青黏結(jié)劑,經(jīng)過混捏、成型、焙燒等工序得到預(yù)焙陽極產(chǎn)品。
石油焦
石油焦是石化行業(yè)原油裂解的重油渣經(jīng)過加熱焦化后的產(chǎn)物,碳元素質(zhì)量分數(shù)達90%左右,氫元素8%以下,硫元素5%以下,揮發(fā)分在8%~20%,剩余部分為釩、鐵、鎳、鈉、硅、鈣等元素;由于釩、鈉、鐵、鈣、鎳等元素對陽極的空氣和二氧化碳反應(yīng)催化作用影響很大。
煅后焦
煅后焦是石油焦高溫煅燒后的產(chǎn)物,煅燒溫度通常在1200~1400℃。這一過程主要是排除石油焦中的水分、揮發(fā)分。煅后焦由于揮發(fā)分、水分等損失,整體質(zhì)量下降,釩、硅、鈣、鎳、鐵等無機元素含量整體呈現(xiàn)上升趨勢。在石油焦煅燒后,有機硫燃燒逃逸或者無機硫分解揮發(fā)使得硫總量損失較多,和石油焦相比煅后焦中硫元素呈現(xiàn)明顯下降趨勢,同時硫含量降低對空氣反應(yīng)性和二氧化碳反應(yīng)性抑制作用減弱。
煤瀝青
煤瀝青是煤焦油蒸餾殘余物,無固定熔點,化學(xué)組分極其復(fù)雜,碳元素質(zhì)量分數(shù)達到92%,氫元素4%左右,還含有少量氧、氮、硫及微量釩、鐵、鎳、鈉等雜質(zhì)元素。煤瀝青中的雜質(zhì)元素含量較低,但該指標(biāo)對陽極二氧化碳和空氣反應(yīng)性相當(dāng)重要,因為陽極產(chǎn)品被二氧化碳和空氣優(yōu)先反應(yīng)的部分是黏結(jié)劑基體——煤瀝青部分。
國內(nèi)一般要求煤瀝青灰分小于0.3%,而石油焦灰分通常要求小于0.5%,因此煤瀝青雜質(zhì)元素含量整體上要比石油焦更低,硫元素通常也在0.5%以下,釩、鎳、鈣等元素普遍在0.005%~0.01%水平。由于煤瀝青生產(chǎn)中會加入鈉鹽,使得鈉元素比石油焦高;另外煤瀝青鈦、鉛、鉻等元素含量通常高于石油焦含量水平,最高能達到0.02%以上。
殘極
殘極是電解槽中預(yù)焙陽極反應(yīng)后剩余的陽極殘余物,清理除去覆蓋料的殘極,可在陽極材料生產(chǎn)過程中重新利用。殘極中的雜質(zhì)元素會隨殘極的回收進入預(yù)焙陽極中,劣質(zhì)殘極帶來的高含量雜質(zhì)元素,嚴重影響陽極的導(dǎo)電性和空氣、二氧化碳反應(yīng)性,造成預(yù)焙陽極的碳顆粒脫落。
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