Materie prime e processo di produzione dell'elettrodo di grafite
L'elettrodo di grafite è un materiale conduttivo di grafite resistente alle alte temperature, prodotto da una miscela di petrolio, coke aghiforme come aggregato e bitume di carbone come legante, attraverso una serie di processi quali impastamento, stampaggio, tostatura, impregnazione, grafitizzazione e lavorazione meccanica.
L'elettrodo di grafite è un importante materiale conduttivo ad alta temperatura per la siderurgia elettrica. L'elettrodo di grafite viene utilizzato per immettere energia elettrica nel forno elettrico e l'alta temperatura generata dall'arco tra l'estremità dell'elettrodo e la carica viene utilizzata come fonte di calore per fondere la carica e produrre acciaio. Anche altri forni per la fusione di materiali come fosforo giallo, silicio industriale e abrasivi utilizzano elettrodi di grafite come materiali conduttivi. Le eccellenti e particolari proprietà fisiche e chimiche degli elettrodi di grafite ne consentono un ampio utilizzo anche in altri settori industriali.
Le materie prime per la produzione di elettrodi di grafite sono il coke di petrolio, il coke aghiforme e il catrame di carbone.
Il coke di petrolio è un prodotto solido infiammabile ottenuto dalla cokizzazione dei residui di carbone e del catrame di petrolio. Si presenta di colore nero e poroso, è composto principalmente da carbonio e ha un contenuto di ceneri molto basso, generalmente inferiore allo 0,5%. Il coke di petrolio appartiene alla classe dei carboni facilmente grafitizzabili. Trova impiego in un'ampia gamma di settori dell'industria chimica e metallurgica. È la principale materia prima per la produzione di grafite artificiale e di prodotti a base di carbonio per l'alluminio elettrolitico.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in due tipologie: coke grezzo e coke calcinato, a seconda della temperatura di trattamento termico. Il primo, ottenuto tramite cokizzazione ritardata, contiene un'elevata quantità di sostanze volatili e presenta una bassa resistenza meccanica. Il coke calcinato si ottiene per calcinazione del coke grezzo. La maggior parte delle raffinerie in Cina produce esclusivamente coke e le operazioni di calcinazione vengono effettuate principalmente negli impianti di produzione di carbone.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in coke ad alto tenore di zolfo (contenente più dell'1,5% di zolfo), coke a medio tenore di zolfo (contenente dallo 0,5% all'1,5% di zolfo) e coke a basso tenore di zolfo (contenente meno dello 0,5% di zolfo). La produzione di elettrodi di grafite e altri prodotti in grafite artificiale viene generalmente effettuata utilizzando coke a basso tenore di zolfo.
Il coke aghiforme è un tipo di coke di alta qualità caratterizzato da una struttura fibrosa ben definita, un coefficiente di dilatazione termica molto basso e una facile grafitizzazione. Quando viene frantumato, il coke si divide in sottili strisce in base alla sua struttura (il rapporto d'aspetto è generalmente superiore a 1,75). Al microscopio polarizzatore è possibile osservare una struttura fibrosa anisotropa, da cui il nome di coke aghiforme.
L'anisotropia delle proprietà fisico-meccaniche del coke aghiforme è molto evidente. Presenta una buona conduttività elettrica e termica parallela all'asse maggiore delle particelle e un basso coefficiente di dilatazione termica. Durante lo stampaggio per estrusione, l'asse maggiore della maggior parte delle particelle si allinea nella direzione di estrusione. Pertanto, il coke aghiforme è la materia prima fondamentale per la produzione di elettrodi di grafite ad alta o altissima potenza. L'elettrodo di grafite prodotto ha una bassa resistività, un basso coefficiente di dilatazione termica e una buona resistenza agli shock termici.
Il coke aghiforme si divide in coke aghiforme a base di olio, prodotto da residui petroliferi, e coke aghiforme a base di carbone, prodotto da materie prime di pece di carbone raffinata.
Il catrame di carbone è uno dei principali prodotti della lavorazione profonda del catrame di carbone. È una miscela di vari idrocarburi, nero ad alta temperatura, semisolido o solido ad alta temperatura, senza un punto di fusione fisso, che si ammorbidisce dopo il riscaldamento e poi fonde, con una densità di 1,25-1,35 g/cm³. In base al suo punto di rammollimento, viene suddiviso in asfalto a bassa temperatura, a media temperatura e ad alta temperatura. La resa dell'asfalto a media temperatura è del 54-56% rispetto al catrame di carbone. La composizione del catrame di carbone è estremamente complessa ed è correlata alle proprietà del catrame stesso e al contenuto di eteroatomi, ed è influenzata anche dal sistema di cokizzazione e dalle condizioni di lavorazione del catrame di carbone. Esistono molti indicatori per caratterizzare il catrame di carbone, come il punto di rammollimento del bitume, gli insolubili in toluene (TI), gli insolubili in chinolina (QI), i valori di cokizzazione e la reologia del catrame di carbone.
Il catrame di carbone viene utilizzato come legante e impregnante nell'industria del carbonio e le sue prestazioni hanno un grande impatto sul processo produttivo e sulla qualità dei prodotti in carbonio. Il bitume legante è generalmente un bitume modificato a media temperatura o a media temperatura con un punto di rammollimento moderato, un alto valore di cokizzazione e un'elevata resina β. L'agente impregnante è un bitume a media temperatura con un basso punto di rammollimento, un basso QI e buone proprietà reologiche.
Data di pubblicazione: 23 settembre 2019