Алюминий электролизі өнеркәсібінде графиттелген мұнай коксының қолданылуы және артықшылықтарын талдау
I. Графиттелген мұнай коксын катод блоктары мен анод пастасында қолдану
1. Катодты блок өндірісі
Графиттелген мұнай коксы графиттелген катодты көміртекті блоктарды өндірудің негізгі шикізаты болып табылады. Шамамен 3000°C температурада жоғары температурада графиттеуден кейін оның көміртегі тазалығы 98%-дан асады, ал шынайы тығыздығы айтарлықтай артып, жоғары реттелген графит кристалды құрылымын құрайды. Бұл құрылым катод блоктарына келесі қасиеттер береді:
- Натрий эрозиясына төзімділіктің жоғарылауы: жоғары тазалықтағы графиттелген құрылым алюминий электролизі кезінде натрийдің енуіне тиімді түрде қарсы тұрады, катодтың қызмет ету мерзімін ұзартады.
- Электр өткізгіштігінің жақсаруы: Графиттеу кедергіні айтарлықтай төмендетеді, элемент түбіндегі кернеудің төмендеуін төмендетеді және алюминий өндірісінің энергия шығынын шамамен 5%-10%-ға азайтады.
- Оңтайландырылған термиялық тұрақтылық: жоғары температурада көлемнің аз кеңеюі термиялық кернеуден туындаған жарылу қаупін азайтады.
2. Анод пастасын дайындау
Анодтық пасталарда графиттелген мұнай коксы негізінен көміртекті қоспа және өткізгіш қаңқа материалы ретінде қызмет етеді, келесі әсерлермен:
- Электр өткізгіштігінің жоғарылауы: Графиттелген құрылым токтың біркелкі таралуына ықпал етеді, анодтың шамадан тыс кернеуін азайтады.
- Тотығуға төзімділіктің жоғарылауы: Күкірттің төмен мөлшері (әдетте <0,06%) CO₂-мен реакциялар кезінде газ тудыратын крекингті азайтады, болаттың бір тоннасына шаққандағы анод шығынын азайтады (мысалы, белгілі бір кәсіпорынның қолданылуын 12%-ға төмендету).
- Оңтайландырылған кеуек құрылымы: Графиттеу шайырлы кокстың кеуектілігін төмендетеді, анод тығыздығы мен механикалық беріктігін арттырады.
II. Графиттелген мұнай коксының күйдірілген мұнай коксымен салыстырғандағы негізгі артықшылықтары
| Өнімділік көрсеткіші | Графиттелген мұнай коксы | Кальцийленген мұнай коксы |
|---|---|---|
| Күкірт құрамы | 0,03%–0,06% (күкірті аз түрі) | ~0,5% (стандартты түрі) |
| Абсорбция жылдамдығы | 90%–95% | 80%–90% |
| Графитизация дәрежесі | Жоғары графиттелген (шынайы тығыздығы ≥2,18 г/см³) | Ішінара графиттелген (шынайы тығыздығы 1,8–2,0 г/см³) |
| Қоспаның құрамы | Күл ≤0,15%, ұшпа заттар <0,5% | Күл 0,3%–0,8%, ұшпа заттар 0,7%–1,5% |
| Жылулық кеңею коэффициенті | Төмен (инелі кокс түрі) | Жоғары (бисквитті кокаин түрі) |
| Қолдану сценарийлері | Жоғары қуатты графит электродтары, арнайы көміртекті өнімдер | Стандартты алдын ала күйдірілген анодтар, өнеркәсіптік кремний электродтары |
Нақты артықшылықтары:
1. Электрохимиялық өнімділікті оңтайландыру
- Графиттелген мұнай коксының кедергісі кальциленген коксқа қарағанда 30%-50%-ға төмен, бұл электролиз жасушаларының энергия шығынын айтарлықтай азайтады. Мысалы, 750 мм инелі кокс электродтарында өткізгіштік стандартты кокстың өткізгіштігінен үш есе асып түседі, бұл болат балқыту тиімділігін бір пеште 25 минутқа дейін арттырады.
- Күкірттің төмен мөлшері анодтар мен фторлы электролиттер арасындағы реакцияларды азайтады, газ тудыратын ісінуді азайтады және анодтың қызмет ету мерзімін ұзартады.
2. Механикалық қасиеттерді жақсарту
- Графиттеу материалдың қаттылығын және термиялық соққыға төзімділігін арттырады. Жоғары температуралы алюминий электролизі ортасында графиттелген катод блоктарының термиялық кеңею коэффициенті кальциленген коксқа қарағанда 30%-ға төмен, бұл температураның ауытқуынан болатын құрылымдық зақымдануды азайтады.
- Шынайы тығыздықтың жоғарылауы (≥2,18 г/см³) материалдың тығыздығын арттырады, алюминий сұйықтығының енуін және натрий эрозиясын азайтады.
3. Экологиялық және экономикалық пайдасы
- Күкірт мөлшерінің төмендеуі қоршаған ортаны қорғау ережелеріне сәйкес келетін SO₂ шығарындыларын азайтты. Мысалы, күкірті аз графиттелген кокс пайдаланатын алюминий зауыты алюминийдің бір тоннасына шаққандағы SO₂ шығарындыларын 15%-ға азайтты.
- Жоғары шығындарға қарамастан (кальцийленген коксқа қарағанда шамамен 1,5-2 есе), қызмет ету мерзімінің ұзаруы және энергия тұтынудың төмендеуі бастапқы инвестициялардың орнын толтырды. Мысалы, катодты блоктың қызмет ету мерзімі 5 жылдан 8 жылға дейін ұзарды, бұл жалпы шығындарды 20%-ға төмендетті.
III. Қолданба жағдайлары және деректерді қолдау
- Алюминий электролизі өнеркәсібі: Әлемде кальцийленген кокстың 70%-ы алюминий электролизі анодтары үшін пайдаланылады, бірақ жоғары деңгейлі нарықтар (мысалы, графиттелген катодтар) графиттелген коксты көбірек қолдануда. Бір кәсіпорын графиттелген катодтарды қабылдағаннан кейін анод тұтынуын 420 кг/т-Алдан 370 кг/т-Алға дейін азайтты, бұл жыл сайын 200 миллион юань үнемдеуге мүмкіндік берді.
- Болат өнеркәсібі: 100 000 А тогын өткізетін 750 мм инелі кокс электродтары пеште 25 минут болат балқыту тиімділігіне қол жеткізді, ал өткізгіштігі стандартты коксқа қарағанда үш есе жоғары болды.
- Энергия сақтау секторы: Асфальтпен модификацияланған кальциленген кокс қатты көміртекті анод циклінің қызмет ету мерзімін 400 циклге жақсартты, бұл натрий-ионды батареялар нарықтарында танымалдылыққа ие болды.
IV. Қорытынды
Графиттелген мұнай коксы жоғары температуралы графиттеу арқылы кальциленген мұнай коксымен салыстырғанда жоғары тазалықты, электр өткізгіштікті және термиялық тұрақтылықты көрсетеді, бұл оны жоғары сапалы алюминий электролизі катод блоктары мен арнайы анод пастасын өндіру үшін өте қолайлы етеді. Жоғары шығындарға қарамастан, оның қызмет ету мерзімінің ұзаруы, энергия тиімділігі және қоршаған ортаға пайдасы оны алюминий өнеркәсібін жаңғырту үшін маңызды материал ретінде көрсетеді. Графиттеу технологиясындағы болашақ жетістіктер (мысалы, 3000°C температурада ультра жоғары температурада өңдеу) оны ядролық графитке, литий-ионды батарея анодтарына және басқа да озық салаларға қолдануды одан әрі кеңейтеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 22 қыркүйек