高碳

炭的电阻率有影响，并且灰分含量过高会使焦炭的耐磨强度降低。优质冶金焦的灰分应不大于12%。(2)硫分。优质冶金焦的硫分应不大于0.6%。(3)挥发分。冶金焦的挥发分高低与焦炭的干馏温度和焦化程度有关。焦化充分的冶金焦外观呈银灰色，敲击有金属声，挥发分一般只有1%左右。由于冶金焦成焦温度高达1000℃左右，故炭材料生产用的冶金焦原料无需煅烧，只要烘干即可使用。(4)水分。冶金焦的水分与熄焦操作及焦炭块度大小有关，在适当的温度下烘干即可除去。

13无烟煤是煤的前驱体长期受到地层高温高压的作用，煤中有机物分解比较完全，在各种类型煤中属于高度变质的煤，即煤炭分类中高煤化度的煤。低灰分、块状及机械强度较高的优质无烟煤是生产各种类型炭块、炭质电极和电极糊的原料。

14炭材料生产用无烟煤应具备的条件：(1)灰分含量要低。生产炭块和炭质电极的无烟煤灰分应低于6%，生产电极糊的无烟煤灰分应低于8%。(2)机械强度要高，块煤要多。无烟煤的机械强度直接关系着炭制品的强度，生产炭材料需采用经过挑选的具有较高强度的块状无烟煤，其块度不小于50mm，并且要求无烟煤在经过一定时期贮存后也能保持较高的机械强度。炭材料生产用无烟煤的磨损率(大于40mm的残留量)应不小于35%。(3)热稳定性要好。热稳定性差的无烟煤在煅烧时容易分裂成小块，并且影响到制品的热稳定性能。(4)硫含量要低。炭材料生产用无烟煤的硫含量应小于0.5%。(5)导电导热性好。高温电煅烧无烟煤可显著提高无烟煤的导电导热性能，电煅无烟煤是生产优质炭块和高性能电极糊的主要原料。(6)抗碱性能好。炭块的抗碱性与原料无烟煤受碱类化合物侵蚀后的灰分增量、残余线膨胀系数的大小有直接联系，灰分增量和残余线膨胀系数越低，则制成的炭块抗碱性越好。

15天然石墨是一种黑色带有光泽的非金属矿物晶体，质软并富有滑腻感，具有耐高温、导电导热、抗热震、自润滑、可塑和化学稳定等性能。根据结晶形态，天然石墨分为显晶石墨和隐晶石墨两类，天然石墨是生产炭电刷、石墨坩埚、柔性石墨、天然石墨电极、耐磨石墨制品、电池炭棒、铅笔芯、机械用炭(如石墨密封环、石墨轴衬和石墨活塞环等)、合成金刚石用石墨粉以及含碳耐火材料等的原料。

16炭黑是由烃类碳氢化合物的热分解或不完全燃烧制得的具有高度分散度的黑色粉末状炭质物料，炭黑颗粒细小(小于1μm)，比表面积大，含碳量为90%～99%，纯度高，粉末比电阻大，热稳定性高，导热率较低，属难石墨化炭。炭黑可与其它炭质物料配合，制成机械强度高、电阻率大、硬度较高的炭材料。炭黑还可用作电炭生产的石墨化保温料。炭黑用于生产电炭制品，可以增加产品的体积密度和硬度，减少各向异性。用炭黑制备的硬质电化石墨电刷在高转数或转数经常改变、负荷很不均衡的直流电机或交流整流子式电机上能改变电机整流状态，减小火花和磨损；用炭黑制备的机械用炭制品，具有高的机械强度和耐磨性能。

17生产返回料(1)生碎。生碎是糊料成型后的生坯经检查不合格的废品、成型过程中掉落的糊渣和挤压成型时切下的残头等物料。(2)焙烧碎。焙烧碎为炭坯在焙烧后产生的废品以及炭块、炭质电极等炭制品在加工时产生的切削碎等物料。(3)石墨碎。石墨碎为炭制品在石墨化后产生的废品及石墨化半成品在加工时产生的切削碎等物料。(4)石墨化冶金焦。用作石墨化炉电阻料的冶金焦经过高温石墨化处理后转变成具有较低电阻率和灰分的物料。

18残极是炭阳极在电解槽上使用以后的残余部分。在炭阳极的使用周期内，随着炭阳极被逐渐消耗，阳极炭块变得很薄(13～18cm)，为防止阳极钢爪被电解质熔化，必须更换新的阳极炭块组，为此而取出的这些残余炭块即为残极。残极量一般占炭阳极量的15%～25%。残极长期与电解质接触，含有较高的电解质成分，外表常附有电解质所形成的硬壳。为了在炭阳极生产中重新利用残极，残极上的残余电解质应认真清理，因为

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它们会影响炭阳极产品的导电性和氧化活性。清理后的残极经过破碎、筛分，分成不同的粒度，在炭阳极的生产配料时，它作为一种骨料颗粒加入。

19煤沥青全称为煤焦油沥青（coal-tar pitch)，是煤焦油蒸馏(360℃)提取馏分(如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物，其收率约占煤焦油的50% ～60%。煤沥青常温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化，继而熔化，密度为1.25～1.35g／cm3。煤沥青的组成极为复杂，已查明的化合物有100余种，大多数为3环以上的多环芳烃，还含有O、N、S等元素的杂环化合物和少量直径很小的炭粒。煤沥青的分子量为170～2000，其C／H原子比为1.7～1.8，元素组成为：C占92%～93％，H占3.5%～4.5％，其余为N、O、S。

20煤沥青种类：煤沥青品种较多，普通煤沥青产品包括低温沥青(软化点为30～75℃，又称为软沥青)、中温沥青(软化点为75～95℃)、高温沥青(软化点为100～120℃，又称为硬沥青)和改质沥青，改质沥青是普通煤沥青类型中的高档产品。对煤焦油或煤沥青进行净化处理，可制备低杂质含量精制净化沥青，以净化沥青为原料，可调制出浸渍剂沥青和中间相沥青。中间相沥青是生产煤沥青基炭纤维和中间相碳微球等新型炭材料的优质原料，净化沥青也是生产沥青系针状焦的优质原料。

21煤沥青生产原料煤焦油的种类：根据干馏温度和方法的不同可分为：（1）低温焦油（450～650℃）；（2）低温和中温焦油（600～800℃）；（3）中温焦油（900～1000℃）（4）高温焦油（1000℃）（炼焦焦油）。

22中温沥青生产：管式炉连续蒸馏。中温沥青收率占煤焦油加工量的50%～60%。 23中国改质沥青生产方式（1）热聚合法。我国煤沥青生产的主要方式（2）闪蒸法。高温热聚合法将煤沥青或煤焦油放置在聚合釜内，于一定温度和压力下保持一定的时间进行热聚合，调制沥青各项指标。热聚法沥青改质常采用釜式连续流程。真空闪蒸法(减压蒸馏法)

24影响煤沥青市场供应和价格的因素（1）电解铝工业的状况（铝用炭素生产用煤沥青需求量）（2）国际石油的价格走势（煤沥青燃料油替代重油、煤焦油燃料）（3）中国钢铁工业的状况（冶金焦的产量、电炉钢产量）（4）中国炭黑工业的状况（炭黑生产用煤焦油）（5）煤沥青的出口（6）煤焦油集中加工（7）沥青焦的生产（煤系针状焦的开发）（8）中国炭材料工业发展趋势

25炭材料生产用煤沥青的不可替代性：煤沥青是污染性严重的多环芳烃有机物质，炭材料生产依赖煤沥青作为黏结剂和浸渍剂。煤沥青具有独特的“强黏结能力—富碳低灰—热塑性—固态（类似玻璃态）与液态的可逆转化—与固体炭质物料极好的配伍性和亲和力—较高的结焦残炭值—炭化产物黏结焦的易石墨化性—良好的渗透浸润性—价廉且易选择性”。

26煤沥青在炭材料生产中的功能；（1）在混捏、成型过程中赋与糊料以一定的塑性，使其满足成型的要求。（2）在焙烧过程中于固体炭质物料之间形成炭膜黏结桥，将炭质物料结合成一个整体，使其具有一定的机械强度。（3）在高压下煤沥青浸入渗透到炭材料的微孔内，再经过二次焙烧达到密实化目的

27中温煤沥青质量标准：软化点 75-95℃，甲苯不溶物含量为15%-25%，喹啉不溶物含量为小于10%，灰分含量小于0.3%，水分含量小于5.0%，挥发分为60%-70%。 改质沥青标准：软化点为108-114℃(一级品)、105-120℃(二级品)，甲苯不溶物含量为28%-32%(一级品)、26%-34%(二级品)，喹啉不溶物含量为8%-12%(一级品)、6%-15%(二级品)，β树脂含量为不小于18%(一级品)、不小于16%(二级品)，结焦值为不小于56%(一级品)、不小于54%(二级品)，灰分不大于0.25%(一级品)、不大于0.35%(二级品)，水分不大于5%

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28软化点：由于煤沥青化学组成复杂，因此煤沥青无严格的、固定的熔化温度，而由软化温度(固态转变为软化状态时的温度，它介于煤沥青失去原有脆性和转变为液态之间的温度)代替。我国测定煤沥青软化点的标准方法为环球法。软化点可以间接反映出构成煤沥青的分子组成分布情况，软化点低，说明煤沥青含轻质组分较多，中小分子所占比率较大；软化点高，则说明煤沥青分子聚合度较大，中大分子分布较多。

29黏度：沥青的黏度主要由沥青本身的结构组成和加热温度所决定。煤沥青的黏度与沥青的可塑性有关，它随温度而变化，对温度反应的敏感性极强，温度升高，黏度迅速下降。黏度和软化点都代表煤沥青的可塑性，影响着炭材料生产中糊料的混捏和成型以及焙烧曲线前段的制定

30结焦值和挥发分：煤沥青的结焦值与煤沥青的挥发分含量和高分子组成含量密切相关，高软化点煤沥青结焦值高。若升温速率比较缓慢，则结焦值较大，即慢速升温有利于提高炭坯中煤沥青的结焦值；挥发分排出时，阻力增大(例如加压焙烧时)，也会导致结焦值增加。一般中温沥青的结焦值在50%以下，改质沥青结焦值可提高到55%～65%，炭糊料中沥青的结焦值比单独沥青炭化时的结焦值要高一些。对于提高炭材料密度和机械强度而言，希望煤沥青的结焦残炭值尽可能高一些。煤沥青的挥发分含量越高，则其结焦值越低。炭材料用中温沥青的挥发分含量定为60%～70%。

31煤沥青的溶剂萃取组分分析：煤沥青的溶剂萃取组分分析原理是，根据化学相似相溶原则，即两种物质的分子大小、元素组成、化学结构和性质愈相似，就愈能很好地互相溶解。

我国常采用甲苯(或苯)和喹啉为溶剂将煤沥青分为四种组分。

32煤沥青的(甲)苯不溶物 BI/TI煤沥青TI/BI是由多种不同化学成分的高分子碳氢化合物组成的混合物，它是煤沥青焙烧形成黏结焦的主要组分，主要起黏结桥作用，其结焦值可达90%～95%，即在焙烧过程中使骨料炭颗粒和粉料结合成一个整体，对骨料的焦结起重要作用，影响着炭材料的密度、强度和导电率等性质。TI(或BI)具有热可塑性。TI(或BI)含量应保持在一定范围内，其含量过低，会影响焙烧制品的强度和气孔率(即强度低，气孔率大)，但其含量过高，会影响煤沥青在混捏时的黏结性能。TI(或BI)有助于降低煤沥青黏度对温度的敏感性，它对固体炭质物料湿润能力差，在焙烧过程中，它与石油质和沥青质一起焦化，有促进后两者生成强固致密黏结焦的作用。煤沥青的结焦值随着所含TI(或BI)增加而提高，其最重要的功能是提高炭制品的强度。

33煤沥青QI：喹啉不溶物(QI)为煤沥青中不溶于喹啉的组分，又称为高分子α树脂。QI的平均分子量为1800～2600，碳含量为93%左右，氢含量为3%左右，C／H原子比大于1.67。

34煤沥青所含QI来之何方？按QI的形成过程划分，可将其分成原生QI和次生QI。原生QI是在煤焦化过程中形成的。原生QI存在于煤焦油中，对煤焦油进行蒸馏时，原生QI又成倍转移到煤沥青中。次生QI是在煤焦油蒸馏过程中由原生QI以外的其他物质缩聚而形成的。中温沥青国家标准中规定QI小于10%。

34煤沥青所含QI的组成和粒度：原生QI包含无机QI和有机QI两部分，有机QI占98%左右。原生QI颗粒大小在0.5～30μm之间。原生有机QI是在炼焦时煤热解生成的和热解产物热聚合形成的大分子芳烃，有机QI颗粒大小约1μm，它还包含少量大于10μm的煤和焦炭粉末，其C/H原子比为3.5～4.0。次生QI为相对分子质量更大的芳烃聚合物，呈非硬质颗粒状态，其大小为1～100μm，C／H原子比为2.0～2.5。

35煤沥青的喹啉不溶物QI：QI对炭质骨料无润湿和黏结能力，是沥青炭化形成黏结焦的主要成分。在煤沥青焦化过程中，QI不利于煤沥青中间相的生长，它是妨碍煤沥青形成纤维状结构的成分。适量的QI有利于提高煤沥青焦化时的残炭量，从而有利于提

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高焙烧品的密度和机械强度。一定量的均匀分布的原生QI粒子可促进固体炭质物料与煤沥青粘结剂生成各向同性结构炭，有利于提高炭材料的机械强度。增加煤沥青中QI，可使沥青焦结构增强，但过量时将降低沥青的黏结性能，使煤沥青流动性变差。

36煤沥青的β树脂：β树脂是煤沥青中溶于喹啉但不溶于(甲)苯的组分，是中、高相对分子质量的稠环芳烃，黏结性好，是煤沥青黏结剂中起粘结作用的主要组分，其含量等于煤沥青TI(或BI)与QI的差值(即TI(或BI)－QI)。 β树脂含量对炭糊的塑性起主要作用，并且对焙烧品的物理化学性能(如电阻率、热导率、机械强度等)都有明显影响。一般认为，β树脂含量越高，越有利于提高炭材料的上述性质。煤沥青的黏结力随β树脂含量的增加而增大，但β树脂含量高到某种程度后，煤沥青黏度增大，煤沥青与炭质粉料之间的接触性能变差，此外，随着煤沥青β树脂含量增加，将使压粉成型时的弹性后效增大。β树脂结焦性能好，焙烧结焦值高，黏结焦孔壁结实，结构呈纤维状，具有较好的易石墨化性能；煤沥青β树脂含量有利于提高炭材料强度和降低材料电阻率。 37煤沥青的(甲)苯可溶物 BS/TS：煤沥青中溶于(甲)苯的组分(TS或BS)，又称为低分子γ树脂，γ树脂在煤沥青中的功能是降低沥青的黏度，使沥青易于被炭质骨料吸附，增加糊料的塑性，有利于成型。γ树脂含量少，煤沥青流动性差，可塑性差，焙烧收缩小；γ树脂含量多，煤沥青流动性好，挥发分大，但过量的γ树脂会降低沥青的结焦值，并且焙烧时炭坯收缩大，从而影响焙烧品的密度和机械强度。

配料

1配料：(1)选择原料的种类；(2)确定不同种类原料的比例；(3)确定固体原料的粒度组成；(4)确定黏结剂的用量；(5)确定添加剂的类型及用量。

2炭材料生产用原料选择原则：对纯度要求较高的制品要选用灰分含量低的原料；对导电传热和热稳定性要求较高的制品要选用易石墨化的原料；制品的机械强度要求越高，则所需原料的强度也要求越高。少灰原料有石油焦、沥青焦、人造石墨、天然鳞片石墨和炭黑等；在易石墨化性能方面，石油焦优于沥青焦，针状焦优于普通焦；在机械强度方面，沥青焦优于石油焦。石墨电极生产采用针状焦、石油焦和沥青焦，炭阳极生产采用石油焦。对纯度要求不高的制品，可选用无烟煤和冶金焦等多灰原料作为主要原料，有时为了降低灰分和提高制品的导电传热性能,也加入少量石油焦、沥青焦和石墨碎等。电机用电刷的配方组成比较复杂，高电压电机用电刷采用炭黑或炭黑与沥青焦的混合料为主要原料；中等电压电机用电刷采用石油焦为主要原料；低电压电机用电刷采用鳞片石墨为主要原料。

3各种炭质原料的性能对比：导电性能：石墨碎＞针状焦＞石油焦＞沥青焦＞冶金焦＞无烟煤；机械强度：无烟煤＞沥青焦＞冶金焦＞石油焦；灰分：针状焦＜沥青焦＜石油焦＜无烟煤＜冶金焦；石墨化性能：针状焦＞石油焦＞沥青焦＞炭黑；耐腐蚀性能：无烟煤＞石墨碎＞冶金焦＞沥青焦＞石油焦。

4石墨电极生产选用原料：人造石墨电极生产用原料。全部用石油焦、沥青焦等低灰分原料,可生产高质量的石墨电极。生产普通功率石墨电极，可采用一般质量的石油焦为原料；生产高功率石墨电极，采用优质石油焦和部分针状焦；生产超高功率石墨电极，则必须采用优质针状焦作为原料，生产高纯石墨电极，需用灰分很低的石油焦。再生石墨电极生产用原料。采用石墨材料的加工切削碎屑或废品为原料，经过粉碎，可生产再生石墨电极，也不需要石墨化处理。此类电极灰分含量小于1%，导电性能比人造石墨电极差一些，电阻率约为石墨电极的的1.5倍。

5炭阳极生产选用原料：生产铝电解用炭阳极，必须采用低灰分的石油焦为原料。这是因为炭阳极需要具有良好的导电性能和抗氧化反应性能，并且炭阳极中的灰分将全部转

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