Wat is gegrafiteerde petroleumcokes?

Gegrafiteerde petroleumcokes: een hoogwaardig koolstofmateriaal afgeleid van petroleumcokes

Gegrafiteerde petroleumcokes is een koolstofmateriaal dat wordt geproduceerd door petroleumcokes te onderwerpen aan een grafitisatiebehandeling bij hoge temperaturen (doorgaans 2800-3000 °C). De kern van dit materiaal ligt in de door hoge temperaturen veroorzaakte herschikking van de koolstofatomen in de petroleumcokes tot een gelaagde kristallijne structuur die meer lijkt op natuurlijk grafiet, waardoor de fysische en chemische eigenschappen aanzienlijk worden verbeterd. Hieronder volgt een gedetailleerde analyse:

I. Kernkenmerken: Prestatieverbetering door middel van grafitisatie

1. Hoog koolstofgehalte en lage onzuiverheden
   • Het koolstofgehalte is hoger dan 98%, het zwavelgehalte is zo laag als <0,05%, en het as- en gehalte aan vluchtige stoffen is aanzienlijk lager dan bij gewone petroleumcokes. Deze hoge zuiverheid maakt het ideaal voor de metallurgie, chemie en andere industrieën.
2. Uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid
   • Grafitisatie creëert een regelmatige gelaagde structuur, waardoor de weerstand tegen elektronenmigratie afneemt. De soortelijke weerstand daalt tot 5–7 μΩ·m (versus 8–12 μΩ·m voor gewone cokes), waarmee de geleidbaarheid die van natuurlijk grafiet benadert.
3. Hoge thermische stabiliteit en chemische inertheid
   • Behoudt structurele stabiliteit bij hoge temperaturen (bijv. >1600 °C in elektrische ovens voor staalproductie) en is bestand tegen reacties met zuren en basen. Geschikt voor vuurvaste materialen en hogetemperatuurreactoren.
4. Hoge absorptiesnelheid en lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)
   • De poreuze structuur (30-50% porositeit) en de lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) (~1,5-2,5 × 10⁻⁶/°C) maken dit materiaal uitermate geschikt voor toepassingen zoals carburatiemiddelen en smeermiddelen.

II. Productieproces: Belangrijkste stappen in grafitisatie bij hoge temperaturen

1. Voorbehandeling van grondstoffen
   • Selecteer hoogwaardige petroleumcokes met een laag zwavel- en asgehalte (bijvoorbeeld naaldcokes of sponscokes uit het vertraagde cokesproces). Vermaal, zeef en homogeniseer de deeltjesgrootte (bijvoorbeeld 0–1 mm, 1–3 mm).
2. Grafitisatie bij hoge temperaturen
   • Traditionele Acheson-ovenmethode: Meng petroleumcokes met grafiterende middelen (bijv. kwartszand) en verhit dit gedurende 20-50 uur tot 2800-3000 °C in een weerstandsoven. Hoog energieverbruik (6000-8000 kWh/ton), maar de apparatuur is beproefd.
   • Moderne continue ovenmethode: gebruik van inertgas (N₂/Ar) beschermde verticale of roterende buisovens voor snellere verwarming/koeling (cyclustijd: 24-48 uur). Energieverbruik gereduceerd tot 3.500 kWh/ton, met een hogere zuiverheid (asgehalte <0,1%).
3. Nabewerking
   • Gegrafiteerde cokes afkoelen, vermalen en zeven. Oppervlaktecoatings (bijv. pek) aanbrengen of chemische dampafzetting (CVD) toepassen om de prestaties te verbeteren volgens de eisen van de klant.

III. Toepassingen: Een “veelzijdig materiaal” voor metallurgie en chemie

1. Metallurgische industrie
   • Grafietelektroden: Kernmateriaal voor staalproductie in elektrische ovens, bestand tegen hoge temperaturen en stromen om de efficiëntie te verbeteren.
   • Carburatiemiddel: Verhoogt snel het koolstofgehalte (>90% absorptie) in nodulair gietijzer/grijs gietijzer, terwijl het zwavelgehalte wordt verlaagd (<0,05%) om de gietkwaliteit te verbeteren.
   • Vuurvaste materialen: Gebruikt in koolstofstenen of stampmengsels voor ovenbekledingen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, om de levensduur te verlengen.
2. Chemische industrie
   • Productie van siliciumcarbide: Fungeert als koolstofbron en reageert met SiO₂ om zeer harde, slijtvaste siliciumcarbide schuurmiddelen te produceren.
   • Batterijmaterialen: Nano-gegrafiteerde cokes verbeteren de laad-/ontlaadprestaties van de anode in lithium-ionbatterijen.
3. Overige toepassingen
   • Smeermiddelen: De gelaagde structuur en de lage wrijvingscoëfficiënt maken ze geschikt voor gebruik als vaste smeermiddelen in machines.
   • Kunststof-/rubbertoevoegingen: verbeteren de geleidbaarheid of antistatische eigenschappen.

IV. Vergelijking met gewone petroleumcokes

V. Marktwaarde en trends

Gedreven door de groei van de elektrische staalproductie en de opkomst van elektrische voertuigen, blijft de vraag naar gegrafiteerde petroleumcokes toenemen. Moderne continue oventechnologie verlaagt de productiekosten met 40-50% ten opzichte van traditionele methoden, waardoor de toepassing in het middensegment mogelijk wordt. Toekomstige ontwikkelingen, zoals waterstofreductie en microgolfverwarming, beloven groenere en efficiëntere productieprocessen.