針狀焦生產(chǎn)溶劑分離法的原理和機理

針狀焦生產(chǎn)溶劑分離法的原理和機理針狀焦是制造煉鋼、煉鋁、火箭、飛船等工業(yè)用大型電極材料的主要原料，可以用煤瀝青為原料制備。中溫煤瀝青中含有大量哇琳不溶物（QI），需要首先將其徹底脫除，然后在適當條件下，合成針狀焦。本文主要對針狀焦生產(chǎn)溶劑分離法的原理和機理進行介紹，僅供相關(guān)工作者參考和借鑒。標簽：針狀焦；溶劑分離法；哇琳不溶物；原理；機理在瀝青熱轉(zhuǎn)化的過程中，組分對中間相的形成影響很大，這些高分子樹脂由于分子量大，不能形成廣域的中間相。并且這些惰性物不能通過塑性區(qū)而聚集在球晶邊緣，不利于球晶成長為合體，有礙各向異性流體結(jié)構(gòu)的形成，因此需要將其徹底脫除?；诖?，研究針狀焦生產(chǎn)溶劑分離法的原理和機理具有重要意義。1針狀焦的用途針狀焦是碳素材料中大力發(fā)展的一個優(yōu)質(zhì)碳種，根據(jù)生產(chǎn)原料的不同，針狀焦可分為油系針狀焦和煤系針狀焦兩種，兩種針狀焦生產(chǎn)工藝不完全相同，但用途基本相同。針狀焦外觀具有明顯的針狀結(jié)構(gòu)和纖維紋理，是生產(chǎn)超高功率電極、特種碳素材料、碳纖維及其復合材料等高端炭素制品的原料，具有熱膨脹系數(shù)低和石墨化性能好的特點，廣泛用于國防和冶金工業(yè)。在冶金工業(yè)中，用于生產(chǎn)電爐煉鋼用高功率、超高功率石墨電極，可提高冶煉效率和鋼產(chǎn)量，降低電耗和原材料消耗；在原子反應(yīng)堆中用作高能中子減速材料，也用于火箭技術(shù)中。2針狀焦的成焦機理中間相成焦機理是針狀焦生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)。在中間相液晶體系的液相階段被發(fā)現(xiàn)以后，相關(guān)研究認為：在較高的溫度下，原料液相體系中的分子發(fā)生熱分解和熱縮聚反應(yīng)，形成具有圓盤形狀的多環(huán)縮合芳烴平面分子，這些平面稠環(huán)芳香分子在熱運動和外界攪拌的作用下取向成液晶態(tài)，為達到體系的最低能量狀態(tài)，這些液晶在表面張力的作用下形成中間相小球體。中間相小球體吸收母液中的分子后不斷長大，直到最后球體的形狀不能維持，形成非球中間相廣域流線型、纖維狀或鑲嵌型中間相。從物相角度來看，中間相球體的生成過程是物系內(nèi)各向同性液相逐漸變成各向異性小球體的過程；從化學角度來看，它是液相反應(yīng)物系內(nèi)不斷進行著的熱分解和熱縮聚反應(yīng)達到一定程度的產(chǎn)物。纖維狀形態(tài)是針狀的主要形態(tài)，要得到細纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)的針狀焦，必須控制好反應(yīng)溫度，使球體足夠長大且具有高度的可塑性。3針狀焦原料處理過程中溶劑分離法的原理和機理3.1利用沉降法和離心法脫除哇琳不溶物的原理目前煤焦油的凈化主要靠重力或離心沉降實現(xiàn)的，根據(jù)斯托克斯定律：顆粒沉降速度，其中，g、G分別為重力加速度和離心機的分離因素；ρ、ρp分別為瀝青溶液、QI顆粒的密度；μ為體系粘度dp為顆粒直徑。由上式可見，在重力加速度g，QI顆粒密度和顆粒直徑dp無法改變的情況下，只有通過降低瀝青溶液密度以及體系粘度和增加離心因素的方法來增加顆粒沉降速度。要降低瀝青溶液密度和體系粘度，可以通過添加溶劑來做到，可用溶劑沉降法；要同時降低瀝青溶液密度、體系粘度和增加離心因素，就需要通過添加溶劑和用離心分離的方法，即溶劑離心法。3.2溶劑沉降法脫除喹啉不溶物的機理煤瀝青中主要是芳香族化合物，其中含有少量的飽和脂肪鏈烴。根據(jù)相似相溶原理，芳烴溶劑能增大煤瀝青的溶解性，使溶液和殘渣黏稠度降低，從而增大QI的沉降效果；當然，QI脫除后凈化瀝青的收率也相應(yīng)降低。由于芳烴溶劑的密度大于脂肪類溶劑的密度，當芳烴溶劑的含量逐漸增大后，混合瀝青溶液的密度也隨之增大，造成QI與瀝青溶液的密度差減小，QI沉降速率降低，凈化瀝青的QI含量增加，收率也隨之增加。3.3溶劑離心法脫除喹啉不溶物的機理煤瀝青中的QI為芳香族大分子環(huán)狀組分，而混合溶劑中的洗油以芳烴為主，對煤瀝青溶解能力強，導致部分QI也被溶解，不利于QI顆粒的沉降分離。根據(jù)斯托克斯定律，瀝青中分子量較大的QI由于溶解性能差而不被溶解，從而達到徹底脫除微小QI顆粒的目的。當芳烷比太低時，溶劑對瀝青的溶解性能差，形成的渣既多又黏，溶劑含量高，與溶液之間的密度差小。而且瀝青中的QI沒有被充分析出，不利于QI分離，因而精制瀝青QI含量高；反之，當芳烷比過高時，溶劑的溶解能力太強，部分QI由于被溶解了而不利于QI的脫除，精制瀝青QI含量也高。3.4共炭循環(huán)法共炭循環(huán)法采用煤系軟瀝青作為閃蒸原料，經(jīng)閃蒸得到喹啉不溶物為零的閃蒸油，一部分重分子閃蒸油直接作為焦化原料，另一部分閃蒸油經(jīng)縮聚、急冷后再作焦化原料，加入的共炭化閃蒸原料或焦化原料占原料重量的5-60%。焦化操作先進焦化原料再進輕質(zhì)油，進料變量操作。這種方法使反應(yīng)過程和針狀焦的質(zhì)量都得到了大幅提升。4總結(jié)語綜上所述，由于針狀焦具有取向性好、石墨化程度較高、低熱膨脹系數(shù)、高密度、高導電率、低腐蝕和低晶脹等一系列優(yōu)點，因此，必須加強對針狀焦生產(chǎn)過程中生產(chǎn)技術(shù)和工藝的研究。為了不斷提升針狀焦的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，需要進一步了解針狀焦生產(chǎn)中溶劑分離法的原理和機理。參考文獻：[1]胡建宏，王永剛.精制煤瀝青制備針狀焦的參數(shù)研究[J].中國煤炭.2