瀝青焦作為陽極焙燒填充料的性能研究*

（榆林職業技術學院，陜西榆林 719000）

焙燒是生陽極炭塊成型后在隔絕空氣的條件下，按一定的升溫速度進行熱處理的過程，歷經四個溫度變化過程，其主要目的是排出揮發分、粘結劑的焦化、陽極炭塊密度提高、增加炭塊機械強度等。根據炭塊類型和焙燒爐型的不同，焙燒溫度在900℃～1300℃范圍內[1]，且整個焙燒的過程都是間接加熱，即生陽極炭塊被填充料所包圍和覆蓋。填充料的作用：隔絕陽極炭塊與外界空氣，防止炭塊被氧化；作為傳熱介質將焙燒爐內熱量均勻地傳遞到陽極炭塊，并進行保溫；固定陽極炭塊形狀，可防止其變形而進行支撐保護；控制陽極炭塊在焙燒過程中揮發出來的揮發分。故作為焙燒陽極炭塊的填充料應當具備導熱性好，不與焙燒爐體及陽極炭塊發生反應，也不粘在陽極炭塊上，且具有一定的透氣性和吸附性[2-3]。目前作為預焙陽極填充料的主要材料有河沙、冶金焦和煅后石油焦等。但河沙和冶金焦均不是較好的填充料[4-5]，故煅后石油焦是目前較好的陽極炭塊焙燒填充料。

陜西榆林本土有瀝青焦的生產，若用瀝青焦取代煅后石油焦可行的話經濟效益比較可觀。但至今還未見到關于瀝青焦作為陽極焙燒填充料研究報道，故通過試驗檢測榆林本地的瀝青焦的氣孔率、揮發分、水分、灰分、硫含量、真密度等物理化學性能指標，為后續實現瀝青焦取代煅后石油焦填充料提供參數支持。

1 試驗

1.1 試驗原料

本試驗選用榆林本地幾個焦化廠的瀝青焦均勻混合后分三次取9 個典型試樣，編號為1#～9#。試驗所需煅后石油焦的性能指標見表1。

1.2 試驗設備與方法

表1 煅后石油焦的性能指標[4]Table 1 Properties of calcined coke

揮發分與水分測定方法參考碳素材料YS/T 587.3-2007。灰分測定方法參照《炭素材料灰分含量的測定方法》GB/T 1429-2009。固定碳含量測定根據發熱量的檢測來計算，方法參考GB/T 2013-2003，采用長沙三德生產的全自動量熱儀。硫含量測定采用長沙天騰生產的全自動定硫儀。真密度的測定采用美國麥克儀器公司生產的AccuPyc1330 全自動真密度儀。

2 結果分析與討論

2.1 瀝青焦樣品真密度及氣孔率的測定

圖1 為瀝青焦9 個樣品的真密度及氣孔率的測定結果。其中，平均真密度為1.745g/cm3，氣孔率平均值為28.856%，與表1 煅后石油焦的真密度值2.05 g/cm3和氣孔率33%相比，均小于煅后石油焦的指標。

圖1 瀝青焦樣品的真密度及氣孔率的測定分析值Fig.1 Measured and analyzed values of true density and porosity of pitch coke samples

2.2 瀝青焦樣品水分的測定

圖2 所示為瀝青焦9 個樣品的水分測定結果。水分平均值為0.683%，與表1 中煅后石油焦水分含量0.5%接近。因此可直接用于填充料。

圖2 瀝青焦樣品的水分測定分析值Fig.2 Moisture measurement and analysis values of pitch coke samples

2.3 瀝青焦樣品灰分、揮發分的測定

圖3 所示為瀝青焦9 個樣品的灰分和揮發分測定結果。其中，灰分平均值為0.242%，揮發分平均值為0.713%，分別與表1 對比，灰分和揮發分低于煅后石油焦填充料的要求含量，因此可直接用于填充料。

圖3 瀝青焦樣品的灰分和揮發分測定分析值Fig.3 Analysis and analysis of ash and volatile content of pitch coke samples

2.4 瀝青焦樣品硫含量的測定

圖4 所示為瀝青焦9 個樣品的硫含量測定結果。硫含量平均值為0.264%，與表1 對比，硫含量值遠低于煅后石油焦填充料的要求含量（2.6%），直接用于填充料大大降低了環境污染，降低了空氣處理成本。

2.5 瀝青焦樣品固定碳分析

圖5 所示為瀝青焦9 個樣品的固定碳測定結果。固定碳平均值為95.096kJ/g，大于表1 固定碳含量89kJ/g。故可直接用于填充料。

圖5 瀝青焦樣品的固定碳測定分析值Fig.5 Analysis value of fixed carbon measurement of pitch coke samples

3 結論

經過對榆林本地幾個焦化廠的瀝青焦均勻混合取樣后各種理化性能指標的測試及分析，得出結論如下：

（1）瀝青焦的真密度、氣孔率、水分及固定碳含量接近煅后石油焦填充料的要求含量，可直接用于填充料。

（2）灰分、揮發分、硫含量低于煅后石油焦填充料的要求含量，可直接用于填充料。

（3）榆林本地的瀝青焦成本約煅后石油焦80%，以年消耗煅后石油焦填充料5000t 計算，若用瀝青焦取代煅后石油焦作填充料，直接節約原料成本近250 萬元，經濟效益可觀。

綜上所述，用瀝青焦取代煅后石油焦作為陽極焙燒填充料，從其物理性能研究出發，完全可行，且經濟效益較為可觀。