硫分及微量元素对石油焦碳晶格生长及性能的影响

发布时间：2020-05-30 18:00

【摘要】：铝用预焙阳极(亦称炭阳极)是铝电解生产的“心脏”,其质量状况对铝电解生产中电流效率、电能消耗及产品等级都有十分巨大的影响。预焙阳极以石油焦和煤沥青为原料制造而成。其中石油焦经过煅烧后所得煅后焦在预焙阳极中作为干料,所占比例大约为85%,因此石油焦原料性能状况直接决定着预焙阳极性能好坏。本文为研究石油焦中的S及V、Ni、Ca等主要微量元素在煅烧炉煅烧过程对炭晶格生长机理及煅后焦性能的影响,选择中石化不同炼化厂生产的硫及微量元素含量不同的13种石油焦;通过实验室掺配获得的实验所需S及微量元素含量的混合焦,在实验室中进行煅烧后对炭晶格、S分及微量元素、电阻率及反应性进行测试,获得了不同煅烧温度下煅烧的炭微观结构的发展情况,及煅后焦电阻率、CO2反应性和空气反应性等性能指标的变化情况。本文通过这些石油元素含量和煅后焦性能差异,分析得出S分在1.33-3.51之间增加会增大煅后焦的微晶尺寸,行业内用Lc值表征,如S分为1.33、2.42、3.51%的石油焦在经过1100℃煅烧的煅后焦Lc值分别为26.47、27.00、27.09(单位为?);V、Ni、Ca微量元素增加(在实验设置范围之间)会降低煅后焦的Lc值,其中Ca最为明显,在Ca含量为100、200、300mg?g-1对应的的煅后焦Lc值分别为27.56、26.06、24.64(单位为?);S分增高会降低真密度及提高电阻率,如S分为1.33、2.42、3.51%的石油焦在经过1100℃煅烧的煅后焦真密度分别为2.065、2.061、2.052(单位为g/cm3),电阻率分别为453.5、462.5、481.5μΩ·m;如V、Ni、Ca微量元素增加(在实验设置范围之间)会提高煅后焦的真密度及电阻率,Ca对真密度的影响值最大,在Ca含量为100、200、300mg?g-1对应的的煅后焦真密度分别为2.053、2.067、2.081(单位为g/cm3),V对电阻率的影响值最大,在V含量为151、251、356mg?g-1对应的的煅后焦电阻率分别为457.06、462.38、489.88μΩ·m;S分增高会抑制CO2反应性,但因挥发份溢出,导致结构缺陷增多,致使在较低的煅烧温度下得到S较高的煅后焦损失率较高,随着煅烧温度提高,活性点消失,损失率降低,表现出S增高对CO2反应性的抑制作用;S分增高会降低空气反应性的点火温度,提高空气反应性的反应速率,其原理基本与CO2反应性相似;V、Ni(在实验设置范围之间)会抑制CO2反应性、Ca会促进CO2反应性;V、Ni、Ca微量元素增加(在实验设置范围之间)会促进煅后焦的空气反应性,其中Ca影响最大,如在900℃煅烧后的煅后焦空气反应速率分别为0.4、0.46、0.58%/min。通过以上理论研究为不同S分及微量元素石油焦原料合理化掺配,制作高性能性能铝电解用预焙阳极提供理论依据。
【图文】：

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劳动生产率低，适用于分散生产。基于目前生焦质量较差极工厂的煅烧采用罐式炉集中生产，节能减排、提质降耗等竞争优势。回转窑产量大，对原料适应性强，操作条件好保治理易集中化，但煅烧焦质量较差、实收率较低,适于在外，大型回转窑如果大量蒸汽没有用户，最好采用余热发式炉和回转窑石油焦煅烧经济性分析。质量方面与阳极消耗密切相关的煅后焦真密度、比电阻、、CO2反应性等，，罐式炉比回转窑有优势。另外，回转窑损较大，加上回转窑窑体转动时，其窑内衬材料磨损与脱量增加，造成煅烧焦质量的下降，进而影响最终阳极质量用预焙阳极出口量持续增长，这些出口阳极主要是由独立装备水平并不很先进，但由于他们对优质阳极生产进行了好的阳极质量得到世界各大铝业公司的好评，最终企业取其中采用了罐式炉工艺即是其中一个重要的因素。

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图 1-2 罐式煅烧炉工艺流程图表 1-3 罐式炉和回转窑石油焦煅烧经济性分析目罐式煅烧炉回转窑率（%）高（＞98）较低（78~85）设生焦（%）高（78~80）低（72~75）水/t-煅后焦低 1.20~1.25 高 1.40~1.4510000Kj/t 较低（0-20）较高（30-60）作用）较少较多较少较多期较长（12 年以上）较短（2 年）地面积较大较小投资较高较低护费用较低较高单位焦煅烧过程结构与变化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF821;TF351

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