تولید گرافیت از قیر

تولید گرافیت از قیر

گرافیت یکی از آلوتروپ‌های (دگرشکلی‌ها) کربن است که به جهت نرم بودن و رنگ سیاهش در ساخت نوک مداد مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرافیت ساختار لایه-لایه داشته و از قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت ۶ ضلعی منتظم پدید آمده‌است. این اتم‌ها با پیوند کوالانسی به هم متصلند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالس -که پیوند ضعیفی است- به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب می‌شود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای «روان کاری» و «روغن کاری» استفاده می‌شود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان‌کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها، فولادهای پرکربن، چدن‌ها، مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود. گرافیت بر خلاف الماس (دیگر آلوتروپ کربن) هادی جریان الکتریکی‌ست. گرافیت پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است. از جمله مهم ترین خواص گرافیت می توان به بالاترین مقاومت طبیعی و سختی، ضدزنگ و مقاوم در برابر حرارت، روانکاری طبیعی بالا، مقاومت حرارتی بالا تا ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد، رسانای الکتریکی و حرارتی، ثبات شیمیایی، بازدارنده تابش (اشعه)، اصطکاک کم و مقاومت فشاری بالا اشاره نمود.

پودر گرافیت

شکل 1 پودر گرافیت

 

الکترود گرافیتی

شکل 2 الکترود گرافیتی

کک ماده‌ای با کربن بسیار بالا و ناخالصیهای اندک میباشد که به عنوان سوخت به کار میرود. کک ماده جامد کربناتی است که از زغالهای بیتومین کم خاکستر و کم گوگرد حاصل می‌شود.ککی که از زغال حاصل می‌شود دارای رنگ خاکستری و همچنین سخت و متخلخل است. البته کک به صورت طبیعی نیز وجود دارد اما بیشترین کک مورد استفاده کک ساخته شده از زغال سنگ توسط انسان است. زغالهای خاصی جهت تولید کک متالورژی به کار می‌روند و خواص زغال سنگ تعیین کننده خواص کک تولیدی است. مواد غیر آلی زغال سنگ موسوم به استریل بوده و در کک به صورت خاکستر باقی می‌ماند و تاثیراتی بر عملکرد کوره بلند می‌گذارد. تولید کک از مواد سنگین نفتی روشی است که برای نخستین بار در کشور با اتکا به فناوری بومی انجام می‌شود. در این طرح میزان گوگرد و فلزات سنگین در خوراک واحد کک سازی که تاثیر اساسی در کیفیت محصول نهایی دارند با تدابیر ویژه به صورت مناسبی حل شده است. ماده اولیه مورد نیاز برای تولید کک از ته مانده برج تقطیر در خلاء پالایشگاه آبادان و CSO پالایشگاه اراک تامین خواهد شد.

 

کک نفتی

شکل 3 کک نفتی

ماده معدنی سیاه رنگ به نام گیلسونایت در بازارهای تجاری شناخته شده است و اصطلاحاً به آن قیر طبیعی، قیر معدنی و یا بیتومین نیز گفته می‌شود که 70 تا 80 درصد این ماده از کربن تشکیل شده و چند درصدی نیز نیتروژن و گوگرد در خود جای داده و ناخالصی‌های آن بصورت سلیکاتی، آهکی، گچ و رس است اما ماده خالص بیتومین یا قیر طبیعی که درصد خاکستر آن کمتر از 5 درصد است، یک ماده عمدتاً کربنی است. بیتومین بیش از 160 نوع کاربرد صنعتی دارد و می‌توان آن را جز مشتقات نفتی و نفت جامد نامید. در کشورهای آمریکا و کانادا از طریق کراکینگ، از این سنگ معدنی، بنزین و گازوئیل نیز تولید شده و همچنین در تولید پودر چاپگر رایانه، الکترودهای گرافیتی و زغالی، صنایع چسب و صنایع شیمیایی، صنایع رنگ، لاستیک سازی و در صنایع فولاد به جای دوده و کربن سیاه از آن نیز استفاده شده است. از این ماده در صنایع آسفالت و قیرهای پالایشگاهی و ایزوگام نیز استفاده شده است و پودر میکرونیزه آن در صنایع حفاری (گِل و سیمان حفاری) به عنوان روان کننده، سبک کننده و درزگیر استفاده می شود. کشورهای آمریکا، کانادا، ونزولا، روسیه، استرالیا، عراق و ایران دارای منابع عظیم و عمده گیلسونایت یا قیر طبیعی در جهان هستند که ایران پس از آمریکا و کانادا دارای سومین ذخائر بیتومین در جهان می باشد به طوری که بیش از 15 درصد این ماده معدنی در جهان در ایران و عمدتاً در استان‌های غربی کشور به ویژه ایلام، جنوب کرمانشاه و شرق لرستان وجود دارد.

 

قیر طبیعی

شکل 4 قیر طبیعی

روش تولید

ابتدا کک مرغوب دانه‌بندی شده سپس با قیر مذاب مخلوط می‌شود. مخلوط حاصل به وسیله پرس یا اکسترودر تحت فشار به شکل محصول نهایی در می‌آید. سپس در کوره‌ای با 1200 درجه سلسیوس قرار داده می‌شود. مدت پخت و سیکل آن، در خواص گرافیت نهایی مؤثر است. در حین انجام فرایند پخت، مقادیری از اجزای سازنده کک و قیر، تبخیر شده و سبب ایجاد خلل و فرج و ترک‌هایی روی قطعه می‌شود. اگر چگالی قطعه از مقدار مشخصی کمتر باشد، باید به وسیله قیر یا ماده مقاوم دیگری در برابر فشارها و تنش‌های مکانیکی و خوردگی نظیر رزین فنولیک تلقیح شود که این فرایند منجر به افزایش چگالی نیز می‌شود. قطعه حاصل، دوباره در کوره قرار می‌گیرد تا پخته شود. محصول فرایند پخت در 1200 درجه سلسیوس، درون کوره‌ای با حدود 3000 درجه سلسیوس قرار داده می‌شود تا فرایند گرافیت شدن انجام شود.

دانه‌بندی، تأثیر بارزی بر خواص گرافیت تولید شده دارد به شکلی که هر چه دانه‌بندی ریزتر باشد، خواص مکانیکی و الکتریکی محصول بهتر است. از طرف دیگر پخت آن مشکل‌تر است و نیاز به زمان بیشتری دارد. شکل‌دهی معمولاً در فشارهای بسیار بالا و در دمایی بالاتر از نقطه نرمی قیر انجام می‌گیرد. پس از آن، قطعه در مرحله پخت تا دمای 1200 درجه سلسیوس در کوره داغ شده که فرایند کربونیزاسیون انجام می‌شود و هر چه سرعت این فرایند کمتر باشد، ترک‌های ایجاد شده روی قطعه کمتر است. پس از این مرحله، در صورت نیاز قطعه را در اتوکلاوی با دما و فشار معین قرار داده و تحت شرایط خلأ به آن قیر تزریق می‌کنند. معمولاً با انجام سه مرتبه فرایند چگال‌سازی، چگالی قطعه 1/0 تا 2/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب افزایش می‌یابد. پس از پختن نمونه در کوره، نوبت به فرایند گرافیته کردن می‌رسد که در دمای 2400 تا 3000 درجه سلسیوس انجام می‌شود. شکل 5، نمودار جریان مواد را نشان می‌دهد.

 

شکل 5 نمودار جریان مواد در فرایند تولید گرافیت از کک و قیر

در این شکل، Binder همان قیر است که پیش از قالب گیری، با کک مخلوط می‌شود.

مراجع:

[1] https://fa.wikipedia.org/

[2] http://www.karart.ir/index.php/raw-material/carbon-materials/metallurgical-coke

[3] http://www.ifnaa.ir/fa/news/27645/

[4] https://www.iribnews.ir/fa/news/2300302/

[5] http://jamejamonline.ir/online/670055636690741225

[6] https://www.gab-neumann.com/Impervious-graphite-manufacturing-process

[7] https://www.graphitehome.com/what-is-graphite/

[8] http://www.baeghtesad.com/

[9] http://petrocoke.ir/petroleum-coke/

[10] https://www.agahi24.com/

درباره نویسنده

rahmati

بدون دیدگاه

گذاشتن دیدگاه

Lost your password? Please enter your username or email address. You will receive a link to create a new password via email.