Sirovine i proces proizvodnje grafitnih elektroda

Sirovine za proizvodnju grafitnih elektroda su naftni koks, igličasti koks i katran ugljena
Naftni koks je zapaljivi čvrsti proizvod dobiven koksiranjem naftnog ostatka i naftnog asfalta. Crn je i porozan, sa ugljenikom kao glavnim elementom i vrlo niskim sadržajem pepela, uglavnom ispod 0,5%. Naftni koks spada u kategoriju lako grafitiziranog ugljika. Naftni koks ima široku primenu u hemijskoj i metalurškoj industriji i glavna je sirovina za proizvodnju proizvoda od veštačkog grafita i ugljeničnih proizvoda za elektrolitički aluminijum.
Naftni koks se može podijeliti na sirovi koks i kalcinirani koks prema temperaturi toplinske obrade. Prvi je naftni koks koji se dobija odloženim koksom, sadrži veliku količinu isparljivih materija i ima nisku mehaničku čvrstoću. Kalcinirani koks se dobija kalcinacijom sirovog koksa. Većina rafinerija u Kini proizvodi samo sirovi koks, a operacije kalcinacije se uglavnom izvode u postrojenjima za proizvodnju ugljenika.
Naftni koks se prema sadržaju sumpora može podijeliti u tri vrste: visoko sumporni koks (sadržaj sumpora iznad 1,5%), srednje sumporni koks (sadržaj sumpora 0,5%-1,5%) i koks sa niskim sadržajem sumpora (sadržaj sumpora ispod 0,5%). Grafitne elektrode i drugi proizvodi od umjetnog grafita uglavnom se proizvode korištenjem koksa s niskim sadržajem sumpora. Igličasti koks je visokokvalitetni koks sa očitom vlaknastom teksturom, izuzetno niskim koeficijentom termičkog širenja i lakom grafitizacijom. Kada se koksni blok slomi, može se podijeliti na duge i tanke trakaste čestice (omjer stranica je općenito iznad 1,75) prema teksturi. Anizotropna vlaknasta struktura može se promatrati pod polarizacijskim mikroskopom, pa se naziva igličasti koks. Anizotropija fizičkih i mehaničkih svojstava igličastog koksa je vrlo očigledna. Ima dobru električnu i toplotnu provodljivost paralelno sa dugom osom čestice i ima nizak koeficijent toplotnog širenja. Tokom ekstruzionog oblikovanja, duga os većine čestica je raspoređena u smjeru ekstruzije. Stoga je igličasti koks ključna sirovina za proizvodnju grafitnih elektroda velike ili ultra-velike snage. Proizvedene grafitne elektrode imaju nisku otpornost, mali koeficijent termičke ekspanzije i dobru otpornost na termički udar. Igličasti koks se dijeli na igličasti koks na bazi ulja proizveden od naftnog ostatka kao sirovine i igličasti koks na bazi uglja proizveden od rafiniranog ugljenog katrana kao sirovine. Ugljeni katran je jedan od glavnih proizvoda dubinske prerade katrana ugljena. To je mješavina različitih ugljovodonika. To je crna, polučvrsta ili čvrsta materija visokog viskoziteta na sobnoj temperaturi. Nema fiksnu tačku topljenja. Omekša, a zatim se topi nakon zagrijavanja. Gustina je 1.25-1.35g/cm3. Prema tački omekšavanja dijeli se na tri vrste: niskotemperaturni, srednjetemperaturni i visokotemperaturni asfalt. Prinos srednjetemperaturnog asfalta je 54-56% katrana ugljena. Sastav katrana uglja je izuzetno složen, što je povezano sa svojstvima katrana ugljena i sadržajem heteroatoma, a na njega utiču i sistem procesa koksovanja i uslovi obrade ugljenog katrana. Postoji mnogo indikatora koji karakterišu svojstva katrana uglja, kao što su tačka omekšavanja asfalta, materija nerastvorljiva u toluenu (TI), materija nerastvorljiva u kinolinu (QI), vrednost koksovanja i reološka svojstva katrana ugljena. Ugljeni katran se koristi kao vezivo i impregnant u industriji ugljika, a njegov učinak ima veliki utjecaj na proces proizvodnje i kvalitet proizvoda ugljičnih proizvoda. Vezivni asfalt uglavnom koristi srednjetemperaturni ili srednjetemperaturni modificirani asfalt s umjerenom tačkom omekšavanja, visokom vrijednošću koksovanja i visokom smolom. Impregnant treba koristiti srednjetemperaturni asfalt sa niskom tačkom omekšavanja, niskim QI i dobrim reološkim svojstvima.