مقدمة إلى الأنثراسيت المتكلس
الإنثراتيت هي واحدة من أشكال الكربون ذات الجودة العالية ، وتستخدم في حد ذاتها لمجموعة متنوعة من التطبيقات. وهي تقع عادة في جميع أنحاء العالم وتستفيد من
نظام
التعدين والتوزيع المتطور للغاية. وقد استخدمت عمليات التحسين للرماد المنخفض بالفعل ومنخفض المتطاير العضوية التي تحتوي على anthracite مثل التكلس لفترة طويلة لتعديل الجمرة الخبيثة لجعلها مادة الانكسار، مع بنية مسامية.
التكلس هو عملية يتم من خلالها تسخين المادة بشكل كبير ولكن لا يسمح لها بالاحتراق. وغالبا ما تستخدم لتعزيز خصائص قوة المواد، لتعزيز صلابة، أو ببساطة لتوفير مادة أطول أمدا أفضل مقاومة للتآكل أو الاضمحلال.
الجمرة الخبيثة هي مادة متكلسة في كثير من الأحيان ، مع الجمرة الخبيثة الكلسية لها باقة واسعة من الاستخدامات عبر تطبيقات إنتاج المسبك والمعادن (2،3). بالنسبة للتطبيقات مثل الأقطاب الكهربائية ، يقلل الكالسيان من خصائص المقاومة الكهربائية للمواد ويزيل أي مركبات عضوية متطايرة متبقية. الجمرة الخبيثة غير الكلسية هو عازل كهربائي (أي أنه يجري بشكل سيئ). وقد أظهرت الدراسات أن CA/ ECA تكلس منخفضة يصل إلى 900 درجة مئوية يظهر دفعة كبيرة لالموصلية الكهربائية لها; الوصول إلى 1000 μΟ فقط من المقاومة في درجات حرارة التكلس من 1300 درجة مئوية (4،5).
قبل أي عملية تكلس ، يجب التأكيد على أنه يجب استخدام الجمرة الخبيثة عالية الجودة كمادة بدء (6).
التطبيقات
وربما كان من غير البديهي أن الأنثراسيت قد استخدم لفترة طويلة ككسارة - على أساس أنه كشكل من أشكال الفحم، فإنه سيحترق بسهولة. إنه مثال على المواد الحرارية المحايدة ، مما يعني أنه لا يوجد أي نشاط مع الأجواء الحمضية أو الأساسية أو الخبث. وبما أن الإصدارات المعالجة بالحرارة من الجمرة الخبيثة، فإن CA وECA أقوى وأكثر مسامية وأفضل موصلات كهربائية من الجمرة الخبيثة غير المعالجة.
في جميع أنحاء العالم ، والتطبيقات الرئيسية للجنة الاقتصادية لأفريقيا هي تصنيع الأقطاب الكهربائية ، ومعجون القطب وفي إنتاج الصلب والألومنيوم. عادة، يمكن استخدام اللجنة الاقتصادية لأفريقيا أينما يتم استخدام CA. أحد الاعتبارات الحيوية عند الاختيار بين CA وECA هو البيئية - استخدام أفران الغاز لإنتاج CA التقليدية تنتج كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري في الموقع. ومن ناحية أخرى، يمكن إنتاج اللجنة الاقتصادية لأفريقيا باستخدام الطاقة "النظيفة" أو المتجددة إذا كان الإمداد من مصدر مناسب.
لإنتاج الألومنيوم، وتستخدم اللجنة الاقتصادية لأفريقيا في بطانة مصهر وعاء كعازل بالإضافة إلى أقطاب كهربائية (انظر أدناه). لإنتاج الصلب والمعادن الحديدية الأخرى، يتم استخدامه كقطب كهربائي لعمليات الصهر الكهربائي(11). يمكن أيضا استخدام ECA/CA في قبة المسبك (12).
هنا، سيتم مناقشة التطبيقات الأولية للجنة الاقتصادية لأفريقيا، وهي إنتاج الأقطاب الكهربائية والمعجين صدم. وفيما يتعلق بالأقطاب الكهربائية، فإن الأمثلة الحديثة عادة ما تكون كربونية أو جرافية قائمة، حيث يكون الكربون CA/ECA. وتستخدم CA/ ECA نظرا لطبيعتها غير مكلفة نسبيا وخصائص المقاومة الكهربائية مناسبة تماما(13).
أثناء التكلس anthracite يبدأ في الخضوع لالتهاب الجرافيت في ما يقرب من 2200 درجة مئوية (14). في الواقع ، بسبب الجرافيتس ، يتم تشكيل الجرافيت الاصطناعي كجزء من عملية إنتاج ECA(15). التكلس الكهربائي هو أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من تحقيق التكلس عن طريق تسخين الغاز. الجرافيت نفسه هو مادة الانكسار. CA لديها مسام صغيرة ومصغرة باستمرار. الجمرة الخبيثة المتكلسة يجد استخدام واسع النطاق في الانكسارات الجرافيتية المتجانسة القابلة للخصية والتي هي ذات فائدة كبيرة لإنتاج المعادن الحديدية وغير الحديدية. قابلية التطبيق على نطاق واسع، ومستويات جيدة من النقاء وانخفاض التكلفة جعل اللجنة الاقتصادية لأفريقيا خيارا شعبيا في إعدادات الانكسار.
وعلى وجه التحديد بالنسبة لتطبيقات الصهر، تتمتع اللجنة الاقتصادية لأفريقيا بمقاومة كهربائية مثيرة للاهتمام أقل بكثير من الجمرة الخبيثة(16)؛ اللجنة الاقتصادية لأفريقيا هو موصل جيد. وهذا يجعلها مثالية للاستخدام كقطب كهربائي لصهر الألومنيوم (أكثر في وقت لاحق) وبالإضافة إلى ذلك، الأقطاب الكهربائية القائمة على اللجنة الاقتصادية لأفريقيا للصهر لديها معدل بطيء من الأكسدة. جنبا إلى جنب مع مستوى عال من القوة الميكانيكية والضاغطة وانخفاض الموصلية الحرارية، ECA هو الخيار المثالي. ويمكن تشكيل أقطاب كهربائية من متجانسات من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا، وشبه متجانسات أو أميرة مركبة حيث تستخدم الراتنجات للغراء معا متجانسات صغيرة أو مسحوق اللجنة الاقتصادية لأفريقيا.
أقطاب كهربائية كاثود
وقد استخدمت CA وECA منذ فترة طويلة للجزء الكاثود من خلية الكهروكيميائية لإنتاج / استخراج مجموعة متنوعة من العناصر من الحلول و / أو لصهر المعادن غير الحديدية. وغالبا ما تستخدم CA / ECA كما الكاثود ('نهاية' مشحونة بشكل إيجابي) وتعتمد على خصائص التوصيل الكهربائي CA / ECA ممتازة بالإضافة إلى الاستقرار السائبة على المدى الطويل.
في الفرن الحراري الكهربائي، يتم توفير الحرارة عن طريق تمرير التيار من خلال أقطاب كاربونابوس، يمكن أن تتألف هذه الأقطاب الكهربائية في المقام الأول أو فقط من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا. يجب أن يكون للأقطاب الكهربائية لهذا التطبيق قدرة عالية للتوصيل الكهربائي ، ومعدل بطيء من الأكسدة ، وقوة ميكانيكية عالية والموصلية الحرارية المنخفضة. اللجنة الاقتصادية لأفريقيا ذات جودة عالية لديها هذه الخصائص. يمكن تشكيل أقطاب كهربائية من متجانسات من ECA ، وشبه متجانسات (انظر لصق الصدم أدناه) أو عن طريق عملية يتم بموجبها تشكيل ECA المسحوق والراتنج في قطب كهربائي عن طريق الضغط والتدفئة(17).
عند استخدامها لصهر الألومنيوم، تحتوي الأقطاب الكهربائية القائمة حول اللجنة الاقتصادية لأفريقيا على حوالي 70٪ حسب الوزن ECA التي تم معالجتها حراريا بما يزيد عن 1200 درجة مئوية، مع كون الرصيد القطران والجرافيت المطحون. ومن المثير للاهتمام أن الأبحاث أظهرت أن المقاومة الكهربائية تزداد مع التوسع الحراري للكاثود ، ويزيد هذا التوسع مع زيادة محتوى الكبريت في CA / ECA. ولذلك، فإن أحد العوامل الحاسمة في إنتاج الكاثود هو اختيار الأنثراسيت الأعلى جودة(18).
أقطاب كهربائية- أنود
على الرغم من أن أقل شعبية، فمن الممكن استخدام اللجنة الاقتصادية لأفريقيا باعتبارها الأنود في إنتاج الألومنيوم. تتطلب نفس الخصائص كما هو الحال بالنسبة للكاثود، وقد حلت اللجنة الاقتصادية لأفريقيا إلى حد كبير محل فحم الكوك البترول كهوية الأنود (19). وأظهرت الأبحاث أن الأنود التي لا تحتوي على سوى 20 محتوى من حيث الوزن من قبل اللجنة الاقتصادية لأفريقيا ممكنة ، ولكنها مثالية عند حوالي 40. ومرة أخرى، ينبغي استخدام الفحم عالي النقاوة ذي المحتوى المنخفض من الرماد في المقام الأول، لأن محتويات الرماد العالية مسؤولة جزئيا عن الأقطاب الكهربائية منخفضة العمر ومنخفضة الكفاءة(20).
وكما سبق ذكره، فإن إحدى الصفات المتفوقة التي تتميز بها اللجنة الاقتصادية لأفريقيا هي طبيعتها العالية التوصيل، ولذلك فمن المناسب أن يكون التطبيق السريع النمو بالنسبة إلى اللجنة الاقتصادية لأفريقيا هو إنتاج أنودات لخلايا البطارية الحديثة. الهيكل الجزيئي المحدد بوضوح والكثافة المنخفضة يعني أن مثل هذه أنود خفيفة الوزن بالإضافة إلى كونها موصلة للغاية. وتشمل حالات الاستخدام في خلايا أيونات الليثيوم الراقية (21) وفي صفائف بطاريات المركبات الكهربائية (22). وتوجد بعض الأمثلة الأعلى أداء في خلايا الصوديوم الفاناديوم والفوسفات حيث يعزز نشر اللجنة الاقتصادية لأفريقيا كقطب كهربائي خصائص البطاريات من حيث مستويات كثافة الطاقة المحسنة والقدرة على الشحن بسرعة(23). كقطب كهربائي، يمكن استخدام ECA ككتلة القطب الكهربائي أو جزء منها، وغالبا ما يتجاوز 50٪، أو حتى كطلاء.
القطب الكهربائي / لصق صدم
ومن المعروف أنود والكاثود عندما تتألف من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا لاستقرارها على المدى الطويل، ولكن في بعض الأحيان سوف تحدث حوادث تسبب الشقوق أو غيرها من الأضرار المماثلة لهم. في مثل هذه الحالات ، غالبًا ما يكون الإصلاح أفضل من الاستبدال ، وبالتالي يتم استخدام المعجنات الصدمية لإصلاح لوح القطب بطريقة مماثلة لحشو الجص المستخدم في الجدران المنزلية. يتم إجراء أعلى جودة لصق صدم في المقام الأول من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا.
وعلاوة على ذلك، يمكن تشكيل أقطاب ECA شبه متجانسة باستخدام معاجين الصدم للانضمام إلى متجانسات ECA الأصغر معا، حيث تتصرف عجينة الصدم أقرب إلى الغراء - يتم وضع المتجانسات مع عجينة الصدم ويتم ضغط النظام بأكمله لتشكيل واحدة كبيرة شبه متجانسة (24). على الرغم من أن الأداء ليس جيدا كما هو الحال بالنسبة لقطب واحد متجانس ، إلا أن التكلفة تنخفض بشكل كبير ، وقوة عجينة الصدم المحتوية على ECA أقوى من تلك المعجون المصنوعة من CA أو الجرافيت الاصطناعي وفقا للأدب الثانوي (25). واقترح نفس العمل أن مادة الموثق المستخدمة في اللصق، والتي كانت قائمة على الكينوا، لم يكن لها أي تأثير على كثافة أو قوة الضغط للعجينة.
وتستخدم معجين الصدم القائمة على اللجنة الاقتصادية لأفريقيا بشكل تفضيلي كمعانة الصدم الباردة - أي أنها تطبق ويسمح لها بالشفاء في درجة الحرارة المحيطة. هذا وحده يعطي ميزة في أن التدفئة ليست مطلوبة. تتمتع هذه المعاجين صدم خصائص المقاومة الكهربائية منخفضة وقيم قوة ضغط عالية. وتشير البيانات المستقاة من دراسات أجريت في الصين إلى أن عجينة الصدم التي تستخدم راتنج الفينول الفورمالديهايد كموثق لها مقاومة في منطقة 50 ميكروΩ التي يبلغ قوتها حوالي 30 م باسكال(26). وفقا لأدب براءات الاختراع، المعجنات صدم تحتوي على ما يقرب من 80 من الوزن الكربونيوات مسحوق الكلي وما يصل إلى 5 عن طريق الموثق الوزن. التوازن هو عادة الملعب (27). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن اعتبار عجينة الصدم الباردة القائمة على اللجنة الاقتصادية لأفريقيا مادة "صديقة للبيئة" بسبب انخفاض سمية قياس الغازات الهاربة من وقت تسخين المعجون(28). يمكن إنتاج اللجنة الاقتصادية لأفريقيا من الجمرة الخبيثة متكسرة / مسحوق وهو 'carbonaceous مسحوق مجموع' هنا. ومن المعروف المعجين صدم ECA لاستقرارها على المدى الطويل، وليس فقط باعتبارها "حل سريع" للأقطاب الكهربائية أحادية التالفة.
الاعتبارات عند استخدام اللجنة الاقتصادية لأفريقيا
في بعض أفران قوس الجيل السابق ، يمكن أن يكون هناك تدرج في درجة الحرارة الشعاعية ، مما قد يؤدي إلى عدم وجود تجانس في عملية التكلس. خففت من عناصر التدفئة الحديثة، وهذا لم يعد يعتبر مشكلة. تأثير رابوبورت هو ظاهرة حيث يتم سبب هيكل المسام من CA / ECA لتوسيع بسبب المركبات المحتوية على الصوديوم والفلور اختراق لهم (29)، وهذا التوسع يسبب عدم الكفاءة في الموصلية الكهربائية.
في العديد من تطبيقات اللجنة الاقتصادية لأفريقيا (وCA) كما هو الحال في الأقطاب الكهربائية ومعجون الصدم ، يتضمن جزء من التركيب عادة نوعا من الموثق الراتنجي أو الكربوني و / أو مواد الحشو. وقد لاحظت الأبحاث أهمية هذه المواد وتفاعلاتها مع المواد المتكلسة - مع هذه المواد التي تساهم أيضا في استقرار القطب الكهربائي على المدى الطويل أو لصق الصدم المعني. وعندما تكون حشوات الأقطاب الكهربائية قد صنعت هي نفسها من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا، كانت قوتها الميكانيكية الإجمالية أقل ارتباطا بالاختلافات في بنية المسام مقارنة بمتى استخدم فحم الكوك البسيط كحشو (30). وفي الاستبدال المستمر لفحم الكوك في هذه الحالات، تستخدم اللجنة الاقتصادية لأفريقيا ذات الجودة العالية. وقد أظهرت الدراسات التي تهدف إلى تحسين اللجنة الاقتصادية لأفريقيا أنه عندما يتم تعيين محتوى الرماد في 0.95٪ من حيث الوزن وكثافة حجم 1.452 غرام سم-3،يمكن تحقيق قيم القوة الضاغطة العليا من 37.59 MPa وقيم المقاومة الكهربائية من 54.72 μΩ م-1(31).
تطبيقات أخرى
ونظرا لطبيعة اللجنة الاقتصادية لأفريقيا العالية الجودة التي تمر بعملية جرافيتية تحت التدفئة، يمكن في نهاية المطاف تشكيل الجرافيت الاصطناعي من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا(32)؛ يبدأ الانثراسيت في الخضوع لالتهاب الجرافيت عند حوالي 2200 درجة مئوية (33). على الرغم من استخدام طفيف, مسحوق ECA يمكن استخدامها ك carburiser عالية الأداء في إنتاج الحديد الرمادي من نفايات الصلب(34). وينظر إلى اللجنة الاقتصادية لأفريقيا كمنتج ذات جودة أعلى بكثير من CA التقليدية، وعلى هذا النحو لا يستخدم في تطبيقات CA المشتركة مثل في قوالب الصب وبطانات فرن الانفجار.
يجب عليك تسجيل الدخول لكتابة تعليق.