Kā naftas koksa mikrostruktūra (adatveida, poraina un granulveida) ietekmē kalcinēšanas saraušanās ātrumu un patieso blīvumu?

1. Adatu kokss: tipisks zemas saraušanās un augsta patiesā blīvuma piemērs

• Strukturālās īpašības: Adatu koksam ir šķiedraina vai iegarena struktūra ar iegarenām eliptiskām porām, kas sakārtotas noteiktā veidā. Šī struktūra demonstrē izcilu blīvēšanas spēju kalcinēšanas laikā.
• Kalcinēšanas saraušanās:
  • Adatu koksam ir relatīvi zems saraušanās ātrums, kas parasti svārstās no 10% līdz 20%. Tā šķiedrainā struktūra panāk saraušanos, pateicoties molekulārajai pārkārtošanai un poru aizvēršanai augstās temperatūrās, savukārt sakārtotais poru izvietojums samazina vietu nesakārtotai saraušanai, tādējādi samazinot kopējo saraušanās ātrumu.
  • Piemēram, 1300 °C kalcinēšanas laikā adatveida koksa tilpuma saraušanās var būt tikai puse no porainā koksa tilpuma saraušanās, pateicoties tā spējai vienmērīgi izkliedēt termisko spriegumu.
• Patiesais blīvums:
  • Adatveida koksam ir augsts patiesais blīvums, kas parasti sasniedz 2,10–2,15 g/cm³. Tas atspoguļo tā augsto grafitizācijas pakāpi un blīvo kristālisko struktūru, kas ir cieši saistīta ar sakārtotu oglekļa slāņu izvietojumu tā šķiedrainajā struktūrā.
  • Pētījumi liecina, ka adatveida koksa patiesais blīvums ir aptuveni par 5–10 % lielāks nekā porainā koksa blīvums, pateicoties mazākam strukturālo defektu skaitam un blīvākam oglekļa slāņu sakārtojumam.

2. Sūkļa kokss: tipisks augsta saraušanās un zema patiesā blīvuma piemērs

• Strukturālās īpašības: Porainajai koksei ir poraina, sūklim līdzīga struktūra ar neregulāra izmēra un izkliedētām porām, plānām virsmām (ogļu sieniņām) un trauslumu.
• Kalcinēšanas saraušanās:
  • Podkoksals uzrāda augstu saraušanās ātrumu, parasti no 30% līdz 50%. Tā nesakārtotā porainā struktūra ir pakļauta poru sabrukšanai kalcinēšanas laikā gaistošo vielu izdalīšanās un termiskā sprieguma koncentrācijas dēļ, kas izraisa ievērojamu saraušanos.
  • Piemēram, 1200 °C kalcinēšanas laikā porainā koksa tilpuma saraušanās var pārsniegt 40%, kas ir daudz vairāk nekā adatveida koksam.
• Patiesais blīvums:
  • Pohakveida koksam ir relatīvi zems patiesais blīvums, parasti no 1,90 līdz 2,05 g/cm³. Tas ir saistīts ar lielo atlikušo poru skaitu un oglekļa slāņu nesakārtotu izvietojumu tā struktūrā, kā rezultātā rodas daudzi kristāliski defekti.
  • Salīdzinot ar adatveida koksu, porainās kokses patiesais blīvums var būt par 10–15 % mazāks nepietiekamas blīvēšanas dēļ.

3. Šāvkokss: starpposma stāvoklis ar mērenu saraušanos un patiesu blīvumu

• Strukturālās īpašības: Šrata kokss izskatās sfērisks vai granulveida, ar cietu virsmu un nelielu poru daudzumu, kas ir strukturāls starpposms starp adatas koksu un poraino koksu.
• Kalcinēšanas saraušanās:
  • Šrata koksam parasti ir saraušanās ātrums no 20% līdz 30%. Tā sfēriskā struktūra kalcinēšanas laikā saraujas virsmas spraiguma dēļ, bet ierobežotā iekšējā porainība ierobežo saraušanās amplitūdu.
  • Piemēram, 1250 °C kalcinēšanas laikā šautās kokses tilpuma saraušanās var būt 25 %, kas ir starp adatveida kokses un porainās kokses saraušanos.
• Patiesais blīvums:
  • Šratkoksam parasti ir patiesais blīvums no 2,00 līdz 2,10 g/cm³. Tā strukturālais blīvējums ir labāks nekā porainajam koksam, bet sliktāks nekā adatveida koksam, kā rezultātā tā patiesais blīvums ir vidējs.
  • Pētījumi liecina, ka skrotes koksa patiesais blīvums ir aptuveni par 5 % lielāks nekā porainās koksa koksa blīvums, bet par 3–5 % mazāks nekā adatveida koksa blīvums.

Visaptveroša struktūras un īpašību attiecību analīze

• Saraušanās mehānisms:
  • Adatveida koksa sakārtotā šķiedrainā struktūra samazina nesakārtotus saraušanās ceļus, pazeminot tā saraušanās ātrumu; sūkļveida koksa nesakārtotā porainā struktūra rada lielu saraušanos poru sabrukšanas dēļ; skrošu koksa sfēriskā struktūra panāk mērenu saraušanos virsmas spraiguma dēļ.
• Patiesā blīvuma mehānisms:
  • Patiesais blīvums ir tieši saistīts ar kristāliskās struktūras blīvēšanos. Adatveida koksa sakārtotais oglekļa slāņu izkārtojums un zemais defektu blīvums rada augstu patieso blīvumu; porainā koksa nesakārtotā struktūra un atlikušās poras samazina patieso blīvumu; šautajai koksei ir starpposma īpašības.
• Procesa optimizācijas ieteikumi:
  • Lietojumiem, kuros nepieciešama zema saraušanās un augsts patiesais blīvums (piemēram, lieljaudas grafīta elektrodi), priekšroka dodama adatas koksam;
  • Izmaksu ziņā jutīgiem lietojumiem ar zemākām veiktspējas prasībām (piemēram, degvielai) piemērotāka var būt porainā koksa vai skrošu koksa;
  • Pielāgojot kalcinēšanas temperatūru (piemēram, virs 1300°C) un sildīšanas ātrumu (piemēram, zem 50°C/min), var vēl vairāk optimizēt adatveida koksa patieso blīvumu un saraušanos.