المواد الخام: ما هي المواد الخام المستخدمة في إنتاج الكربون؟
في إنتاج الكربون، يمكن تقسيم المواد الخام المستخدمة عادة إلى مواد خام كربونية صلبة ومواد رابطة ومواد تشريب.
تشمل المواد الخام الكربونية الصلبة فحم الكوك البترولي، وفحم الكوك البيتوميني، وفحم الكوك المعدني، والأنثراسيت، والجرافيت الطبيعي وخردة الجرافيت، وما إلى ذلك.
تشمل المواد الرابطة ومواد التشريب قطران الفحم، وقطران الفحم، وزيت الأنثراسين، والراتنج الصناعي، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام بعض المواد المساعدة مثل رمل الكوارتز وجزيئات فحم الكوك المعدني ومسحوق فحم الكوك في الإنتاج.
يتم إنتاج بعض منتجات الكربون والجرافيت الخاصة (مثل ألياف الكربون، والكربون المنشط، والكربون المحلل حرارياً، والجرافيت المحلل حرارياً، والكربون الزجاجي) من مواد خاصة أخرى.
التكليس: ما هو التكليس؟ ما هي المواد الخام التي تحتاج إلى التكليس؟?
تُسمى عملية المعالجة الحرارية بالتكليس.
التكليس هو أول عملية معالجة حرارية في إنتاج الكربون. ويؤدي التكليس إلى سلسلة من التغييرات في بنية وخواص المواد الخام الكربونية الفيزيائية والكيميائية.
تتميز درجة حرارة تكوين فحم الكوك البيتوميني وفحم الكوك المعدني بارتفاعها النسبي (أكثر من 1000 درجة مئوية)، وهي تعادل درجة حرارة فرن التكليس في مصانع الكربون. وبذلك، يتوقف فحم الكوك عن التكليس، ويكفي تجفيفه بالرطوبة.
ومع ذلك، إذا تم استخدام فحم الكوك البيتوميني وفحم الكوك البترولي معًا قبل التكليس، فيجب إرسالهما إلى المكلس للتكليس مع فحم الكوك البترولي.
لا يتطلب الجرافيت الطبيعي والكربون الأسود عملية التكليس.
تُعد عملية التشكيل بالبثق بشكل أساسي عملية تشكيل بلاستيكية للمعجون.
تتم عملية بثق المعجون في حجرة المواد (أو أسطوانة المعجون) وفوهة القوس الدائري.
يتم دفع المعجون الساخن الموجود في حجرة التحميل بواسطة المكبس الرئيسي الخلفي.
يتم إجبار الغاز الموجود في المعجون على الخروج باستمرار، ويتم ضغط المعجون باستمرار، ويتحرك المعجون للأمام في نفس الوقت.
عندما تتحرك العجينة في الجزء الأسطواني من الحجرة، يمكن اعتبار العجينة ذات تدفق مستقر، وتكون الطبقة الحبيبية متوازية بشكل أساسي.
عندما تدخل العجينة إلى جزء فوهة البثق مع تشوه القوس، فإن العجينة القريبة من جدار الفوهة تتعرض لمقاومة احتكاك أكبر في التقدم، وتبدأ المادة في الانحناء، وتنتج العجينة الداخلية سرعة تقدم مختلفة، مما يؤدي إلى تقدم العجينة الداخلية، وبالتالي فإن كثافة المنتج على طول المحور القطري غير منتظمة، لذلك يحدث خلل في كتلة البثق.
وأخيراً، تدخل العجينة إلى جزء التشوه الخطي ويتم بثقها.
التحميص هو عملية معالجة حرارية يتم فيها تسخين المنتجات الخام المضغوطة بمعدل معين في ظل ظروف عزل الهواء في الوسط الواقي داخل الفرن.
في عملية التحميص، وبسبب إزالة المواد المتطايرة، وتكوين شبكة من فحم الكوك في الأسفلت، وتحلل الأسفلت وبلمرته، وتكوين شبكة مستوية كبيرة من حلقات الكربون السداسية، وما إلى ذلك، انخفضت المقاومة الكهربائية بشكل ملحوظ. تبلغ مقاومة المنتجات الخام حوالي 10000 × 10⁻⁶ أوم متر، وبعد التحميص تنخفض إلى 40-50 × 10⁻⁶ أوم متر، مما يجعلها موصلات جيدة.
بعد التحميص، ينكمش المنتج بنسبة 1% تقريبًا في القطر، و2% في الطول، و2-3% في الحجم.
ومع ذلك، بعد تحميص المنتجات الخام، يتحلل جزء من الأسفلت الفحمي إلى غاز ويتسرب، ويتحول الجزء الآخر إلى فحم الكوك البيتوميني.
حجم فحم الكوك البيتوميني الناتج أصغر بكثير من حجم البيتومين الفحمي. ورغم انكماشه قليلاً أثناء عملية التحميص، إلا أنه لا يزال يتشكل في المنتج العديد من المسامات الصغيرة غير المنتظمة ذات الأحجام المختلفة.
على سبيل المثال، تصل المسامية الكلية للمنتجات المتجرافة عمومًا إلى 25-32%، بينما تصل المسامية الكلية للمنتجات الكربونية عمومًا إلى 16-25%.
إن وجود عدد كبير من المسام سيؤثر حتماً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتجات.
بشكل عام، تتميز المنتجات الجرافيتية بزيادة المسامية، وانخفاض كثافة الحجم، وزيادة المقاومة، والقوة الميكانيكية، وعند درجة حرارة معينة يتسارع معدل الأكسدة، كما تتدهور مقاومة التآكل، وتصبح الغازات والسوائل أكثر نفاذية.
التشريب هو عملية لتقليل المسامية، وزيادة الكثافة، وزيادة قوة الضغط، وتقليل مقاومة المنتج النهائي، وتغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتج.
أهدافها هي:
(1) تحسين التوصيل الحراري والكهربائي للمنتج.
(2) لتحسين مقاومة الصدمات الحرارية والاستقرار الكيميائي للمنتج.
(3) تحسين خصائص التزييت ومقاومة التآكل للمنتج.
(4) إزالة الشوائب وتحسين قوة المنتج.
تتعرض منتجات الكربون المضغوطة ذات الأحجام والأشكال المحددة لدرجات متفاوتة من التشوه والتلف الناتج عن الاصطدام أثناء التحميص والتحويل إلى جرافيت. وفي الوقت نفسه، تلتصق بعض المواد المالئة بسطح منتجات الكربون المضغوطة.
لا يمكن استخدامه بدون معالجة ميكانيكية، لذلك يجب تشكيل المنتج ومعالجته إلى شكل هندسي محدد.
(2) الحاجة إلى الاستخدام
وفقًا لمتطلبات المستخدم للمعالجة.
إذا كانت هناك حاجة لتوصيل قطب الجرافيت الخاص بفرن صناعة الصلب الكهربائي، فيجب صنعه في فتحة ملولبة في كلا طرفي المنتج، ثم يجب توصيل القطبين لاستخدامهما بوصلة ملولبة خاصة.
(3) المتطلبات التقنية
بعض المنتجات تحتاج إلى معالجة بأشكال ومواصفات خاصة وفقًا للاحتياجات التقنية للمستخدمين.
يلزم مستوى أقل من خشونة السطح.
تاريخ النشر: 10 ديسمبر 2020