瀝青焦作為陽(yáng)極焙燒填充料的性能研究*

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西榆林 719000）

焙燒是生陽(yáng)極炭塊成型后在隔絕空氣的條件下，按一定的升溫速度進(jìn)行熱處理的過(guò)程，歷經(jīng)四個(gè)溫度變化過(guò)程，其主要目的是排出揮發(fā)分、粘結(jié)劑的焦化、陽(yáng)極炭塊密度提高、增加炭塊機(jī)械強(qiáng)度等。根據(jù)炭塊類(lèi)型和焙燒爐型的不同，焙燒溫度在900℃～1300℃范圍內(nèi)[1]，且整個(gè)焙燒的過(guò)程都是間接加熱，即生陽(yáng)極炭塊被填充料所包圍和覆蓋。填充料的作用：隔絕陽(yáng)極炭塊與外界空氣，防止炭塊被氧化；作為傳熱介質(zhì)將焙燒爐內(nèi)熱量均勻地傳遞到陽(yáng)極炭塊，并進(jìn)行保溫；固定陽(yáng)極炭塊形狀，可防止其變形而進(jìn)行支撐保護(hù)；控制陽(yáng)極炭塊在焙燒過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)的揮發(fā)分。故作為焙燒陽(yáng)極炭塊的填充料應(yīng)當(dāng)具備導(dǎo)熱性好，不與焙燒爐體及陽(yáng)極炭塊發(fā)生反應(yīng)，也不粘在陽(yáng)極炭塊上，且具有一定的透氣性和吸附性[2-3]。目前作為預(yù)焙陽(yáng)極填充料的主要材料有河沙、冶金焦和煅后石油焦等。但河沙和冶金焦均不是較好的填充料[4-5]，故煅后石油焦是目前較好的陽(yáng)極炭塊焙燒填充料。

陜西榆林本土有瀝青焦的生產(chǎn)，若用瀝青焦取代煅后石油焦可行的話經(jīng)濟(jì)效益比較可觀。但至今還未見(jiàn)到關(guān)于瀝青焦作為陽(yáng)極焙燒填充料研究報(bào)道，故通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)榆林本地的瀝青焦的氣孔率、揮發(fā)分、水分、灰分、硫含量、真密度等物理化學(xué)性能指標(biāo)，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)瀝青焦取代煅后石油焦填充料提供參數(shù)支持。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)選用榆林本地幾個(gè)焦化廠的瀝青焦均勻混合后分三次取9 個(gè)典型試樣，編號(hào)為1#～9#。試驗(yàn)所需煅后石油焦的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備與方法

表1 煅后石油焦的性能指標(biāo)[4]Table 1 Properties of calcined coke

揮發(fā)分與水分測(cè)定方法參考碳素材料YS/T 587.3-2007?；曳譁y(cè)定方法參照《炭素材料灰分含量的測(cè)定方法》GB/T 1429-2009。固定碳含量測(cè)定根據(jù)發(fā)熱量的檢測(cè)來(lái)計(jì)算，方法參考GB/T 2013-2003，采用長(zhǎng)沙三德生產(chǎn)的全自動(dòng)量熱儀。硫含量測(cè)定采用長(zhǎng)沙天騰生產(chǎn)的全自動(dòng)定硫儀。真密度的測(cè)定采用美國(guó)麥克儀器公司生產(chǎn)的AccuPyc1330 全自動(dòng)真密度儀。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 瀝青焦樣品真密度及氣孔率的測(cè)定

圖1 為瀝青焦9 個(gè)樣品的真密度及氣孔率的測(cè)定結(jié)果。其中，平均真密度為1.745g/cm3，氣孔率平均值為28.856%，與表1 煅后石油焦的真密度值2.05 g/cm3和氣孔率33%相比，均小于煅后石油焦的指標(biāo)。

圖1 瀝青焦樣品的真密度及氣孔率的測(cè)定分析值Fig.1 Measured and analyzed values of true density and porosity of pitch coke samples

2.2 瀝青焦樣品水分的測(cè)定

圖2 所示為瀝青焦9 個(gè)樣品的水分測(cè)定結(jié)果。水分平均值為0.683%，與表1 中煅后石油焦水分含量0.5%接近。因此可直接用于填充料。

圖2 瀝青焦樣品的水分測(cè)定分析值Fig.2 Moisture measurement and analysis values of pitch coke samples

2.3 瀝青焦樣品灰分、揮發(fā)分的測(cè)定

圖3 所示為瀝青焦9 個(gè)樣品的灰分和揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果。其中，灰分平均值為0.242%，揮發(fā)分平均值為0.713%，分別與表1 對(duì)比，灰分和揮發(fā)分低于煅后石油焦填充料的要求含量，因此可直接用于填充料。

圖3 瀝青焦樣品的灰分和揮發(fā)分測(cè)定分析值Fig.3 Analysis and analysis of ash and volatile content of pitch coke samples

2.4 瀝青焦樣品硫含量的測(cè)定

圖4 所示為瀝青焦9 個(gè)樣品的硫含量測(cè)定結(jié)果。硫含量平均值為0.264%，與表1 對(duì)比，硫含量值遠(yuǎn)低于煅后石油焦填充料的要求含量（2.6%），直接用于填充料大大降低了環(huán)境污染，降低了空氣處理成本。

2.5 瀝青焦樣品固定碳分析

圖5 所示為瀝青焦9 個(gè)樣品的固定碳測(cè)定結(jié)果。固定碳平均值為95.096kJ/g，大于表1 固定碳含量89kJ/g。故可直接用于填充料。

圖5 瀝青焦樣品的固定碳測(cè)定分析值Fig.5 Analysis value of fixed carbon measurement of pitch coke samples

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)榆林本地幾個(gè)焦化廠的瀝青焦均勻混合取樣后各種理化性能指標(biāo)的測(cè)試及分析，得出結(jié)論如下：

（1）瀝青焦的真密度、氣孔率、水分及固定碳含量接近煅后石油焦填充料的要求含量，可直接用于填充料。

（2）灰分、揮發(fā)分、硫含量低于煅后石油焦填充料的要求含量，可直接用于填充料。

（3）榆林本地的瀝青焦成本約煅后石油焦80%，以年消耗煅后石油焦填充料5000t 計(jì)算，若用瀝青焦取代煅后石油焦作填充料，直接節(jié)約原料成本近250 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

綜上所述，用瀝青焦取代煅后石油焦作為陽(yáng)極焙燒填充料，從其物理性能研究出發(fā)，完全可行，且經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。