תהליך ייצור אלקטרודות גרפיט

חומר גלם ותהליך ייצור של אלקטרודת גרפיט

אלקטרודת גרפיט היא חומר מוליך גרפיט עמיד בטמפרטורה גבוהה המיוצר על ידי לישת נפט, קוק מחט כאגרגט וביטומן פחם כקלסר, המיוצרים באמצעות סדרה של תהליכים כגון לישה, יציקה, קלייה, הספגה, גרפיטיזציה ועיבוד מכני.

אלקטרודת הגרפיט היא חומר מוליך חשוב בטמפרטורה גבוהה לייצור פלדה חשמלית. אלקטרודת הגרפיט משמשת להזנת אנרגיה חשמלית לתנור החשמלי, והטמפרטורה הגבוהה הנוצרת על ידי הקשת בין קצה האלקטרודה למטען משמשת כמקור חום להיתוך המטען לייצור פלדה. תנורי עפרות אחרים המתיכים חומרים כמו זרחן צהוב, סיליקון תעשייתי וחומרי שוחקים משתמשים גם באלקטרודות גרפיט כחומרים מוליכים. התכונות הפיזיקליות והכימיות המצוינות והמיוחדות של אלקטרודות הגרפיט נמצאות בשימוש נרחב גם במגזרים תעשייתיים אחרים.

חומרי הגלם לייצור אלקטרודות גרפיט הם קוק נפט, קוק מחט וזפת פחם.

קוק נפט הוא מוצר מוצק דליק המתקבל מקוק שאריות פחם וזפת נפט. הצבע שחור ונקבובי, היסוד העיקרי הוא פחמן, ותכולת האפר נמוכה מאוד, בדרך כלל מתחת ל-0.5%. קוק נפט שייך לסוג הפחמן שקל לגרפיטיזציה. לקוק נפט מגוון רחב של שימושים בתעשיות הכימיות והמטלורגיות. זהו חומר הגלם העיקרי לייצור מוצרי גרפיט מלאכותיים ומוצרי פחמן לאלומיניום אלקטרוליטי.

ניתן לחלק את קוק הנפט לשני סוגים: קוק גולמי וקוק קלוי לפי טמפרטורת הטיפול בחום. קוק הנפט לשעבר המתקבל על ידי קוק מושהה מכיל כמות גדולה של חומרים נדיפים, והחוזק המכני שלו נמוך. קוק קלוי מתקבל על ידי קלצינציה של קוק גולמי. רוב בתי הזיקוק בסין מייצרים רק קוק, ופעולות הקלצינציה מתבצעות בעיקר במפעלי פחמן.

קוק נפט ניתן לחלק לקוק עתיר גופרית (המכיל יותר מ-1.5% גופרית), קוק עתיר גופרית בינונית (המכיל 0.5%-1.5% גופרית) וקוק עתיר גופרית (המכיל פחות מ-0.5% גופרית). ייצור אלקטרודות גרפיט ומוצרי גרפיט מלאכותיים אחרים מתבצע בדרך כלל באמצעות קוק עתיר גופרית.

קוק מחט הוא סוג של קוק איכותי בעל מרקם סיבי ברור, מקדם התפשטות תרמי נמוך מאוד וגראפיטיזציה קלה. כאשר הקוק נשבר, ניתן לפצל אותו לרצועות דקות בהתאם למרקם (יחס הממדים הוא בדרך כלל מעל 1.75). ניתן לצפות במבנה סיבי אניזוטרופי תחת מיקרוסקופ מקוטב, ולכן מכונה קוק מחט.

האניזוטרופיה של התכונות הפיזיקו-מכניות של קוק מחט ברורה מאוד. יש לו מוליכות חשמלית ותרמית טובה במקביל לכיוון הציר הארוך של החלקיק, ומקדם ההתפשטות התרמית שלו נמוך. בעת יציקה באמצעות שיחול, הציר הארוך של רוב החלקיקים מסודר בכיוון השחול. לכן, קוק מחט הוא חומר הגלם העיקרי לייצור אלקטרודות גרפיט בעלות הספק גבוה או גבוה במיוחד. לאלקטרודת הגרפיט המיוצרת יש התנגדות נמוכה, מקדם התפשטות תרמית קטן ועמידות טובה בפני הלם תרמי.

קוק מחט מחולק לקוק מחט על בסיס נפט המופק משאריות נפט וקוק מחט על בסיס פחם המופק מחומרי גלם של זפת פחם מזוקקת.

זפת פחם היא אחד התוצרים העיקריים של עיבוד עמוק של זפת פחם. זוהי תערובת של פחמימנים שונים, שחורים בטמפרטורה גבוהה, מוצקים למחצה או מוצקים בטמפרטורה גבוהה, ללא נקודת התכה קבועה, מתרככים לאחר חימום, ולאחר מכן מותכים, עם צפיפות של 1.25-1.35 גרם/סמ"ק. לפי נקודת הריכוך שלה, היא מחולקת לאספלט בטמפרטורה נמוכה, בטמפרטורה בינונית ובטמפרטורה גבוהה. תפוקת האספלט בטמפרטורה בינונית היא 54-56% מזפת פחם. הרכב זפת הפחם מורכב ביותר, הקשור לתכונות זפת הפחם ולתכולת ההטרואטומים, ומושפע גם ממערכת תהליך הקוקינג ומתנאי עיבוד זפת הפחם. ישנם אינדיקטורים רבים לאפיון זפת פחם, כגון נקודת ריכוך ביטומן, חומרים בלתי מסיסים בטולואן (TI), חומרים בלתי מסיסים בכינולין (QI), ערכי קוקינג וריאולוגיה של זפת פחם.

זפת פחם משמשת כחומר מקשר וחומר הספגה בתעשיית הפחמן, וביצועיה משפיעים רבות על תהליך הייצור ואיכות המוצר של מוצרי פחמן. אספלט מקשר משתמש בדרך כלל באספלט שעבר שינוי בטמפרטורה בינונית או בטמפרטורה בינונית, בעל נקודת ריכוך בינונית, ערך קוק גבוה ושרף β גבוה. חומר ההספגה הוא אספלט בטמפרטורה בינונית בעל נקודת ריכוך נמוכה, QI נמוך ותכונות ריאולוגיות טובות.