《煤化工工艺学》——煤的炭素制品PPT课件
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煤化工工艺学第三章-炼焦幻灯片PPT
焦炭挥发分过高，说明焦炭没有完全成熟， 出现“生焦”。焦炭挥发分过低时，说明焦 炭过火，焦炭裂纹增多，易碎。
（4）硫分：焦炭的硫分是受炼焦煤料影响 的，它是生铁的主要有害杂质。
（5）磷分：焦炭的磷分含量很少，焦炭的 含磷量多少取决于炼焦煤料，煤中的含磷 几乎全部转入焦炭中，一般焦炭含磷量约 0.02%。磷在炼铁过程中，进入生铁中使生 铁产生冷脆性。
1．煤的基本结构单元
煤是以有机体为主，并具有不同的分子量，不同化学结构 的一组“相似化合物”的混合物。
它不象一般的聚合物，是由相同化学结构的单体聚合而成 的。因此构成煤的大分子聚合物的“相似混合物”被称作基 本结构单元。也就是说，煤是许许多多的基本结构单元组合 而成的大分子结构。基本结构单元包括规则部分和不规则部 分，规则部分为结构单元的核心部分，由几个或十几个苯环、 脂环、氧化芳香环及杂环（含氮、氧、硫）组成；在苯核的 周围连接着各种含氧基团和烷基侧链，属于基本结构的不规 则部分。
(1) 物理研究法 如红外光谱、核磁共振波谱、射线衍射、 显微分光光度法扫描电镜和各种物理性质研究以及利用物理 常数进行统计结构分析；
(2) 物理化学方法 如溶剂抽提和吸附性能研究等； (3) 化学研究方法 如氧化、加氢、卤化、水解、热解和 官能团分析等方法。
长期以来，对煤的结构研究，始终未能获得突破性的结 论，只是根据实验结果分析推测，提出了煤的分子结构模 型——化学结构模型和物理结构模型。近年来，对煤的结构 研究取得一些进展。由于煤的显微组分中往往以镜质组分为 主，再加上它在成煤过程中变化比较均匀以及矿物质含量低 等优点，一般采用煤的镜质组分作为研究结构的对象。
煤中的氧相当一部分是以非活性状态（即比较不易起化学反 应和不易热分解的那部分氧）存在，主要是醚键和杂环中的氧， 它们整个存在于成煤过程中，这一部分氧无法用直接方法测定。 有人认为，有一部分非活性氧经KOH的酒精溶液水解之后，可 以转化为活性氧，因为，它们变成了羟基或羧基。在褐煤阶段 含氧官能团含量最高，在烟煤阶段其含量就大大降低，而且以 非活性氧为主，到无烟煤阶段，含氧量则更低。煤中除含氧官 能团之外，还存在着含氮官能团和含硫官能团。煤中含氮量在 1～2%，主要是以胺基、亚胺基、五元杂环，六元杂环，吡啶 和咔唑等形式存在。含硫官能团主要以硫醇、硫醚、二硫醚、 硫醌及杂环硫等形式存在。煤的基本结构单元上连接着烷基侧 链。烷基侧链的平均长度，是随煤化程度的增加而迅速减少。
（4）硫分：焦炭的硫分是受炼焦煤料影响 的，它是生铁的主要有害杂质。
（5）磷分：焦炭的磷分含量很少，焦炭的 含磷量多少取决于炼焦煤料，煤中的含磷 几乎全部转入焦炭中，一般焦炭含磷量约 0.02%。磷在炼铁过程中，进入生铁中使生 铁产生冷脆性。
1．煤的基本结构单元
煤是以有机体为主，并具有不同的分子量，不同化学结构 的一组“相似化合物”的混合物。
它不象一般的聚合物，是由相同化学结构的单体聚合而成 的。因此构成煤的大分子聚合物的“相似混合物”被称作基 本结构单元。也就是说，煤是许许多多的基本结构单元组合 而成的大分子结构。基本结构单元包括规则部分和不规则部 分，规则部分为结构单元的核心部分，由几个或十几个苯环、 脂环、氧化芳香环及杂环（含氮、氧、硫）组成；在苯核的 周围连接着各种含氧基团和烷基侧链，属于基本结构的不规 则部分。
(1) 物理研究法 如红外光谱、核磁共振波谱、射线衍射、 显微分光光度法扫描电镜和各种物理性质研究以及利用物理 常数进行统计结构分析；
(2) 物理化学方法 如溶剂抽提和吸附性能研究等； (3) 化学研究方法 如氧化、加氢、卤化、水解、热解和 官能团分析等方法。
长期以来，对煤的结构研究，始终未能获得突破性的结 论，只是根据实验结果分析推测，提出了煤的分子结构模 型——化学结构模型和物理结构模型。近年来，对煤的结构 研究取得一些进展。由于煤的显微组分中往往以镜质组分为 主，再加上它在成煤过程中变化比较均匀以及矿物质含量低 等优点，一般采用煤的镜质组分作为研究结构的对象。
煤中的氧相当一部分是以非活性状态（即比较不易起化学反 应和不易热分解的那部分氧）存在，主要是醚键和杂环中的氧， 它们整个存在于成煤过程中，这一部分氧无法用直接方法测定。 有人认为，有一部分非活性氧经KOH的酒精溶液水解之后，可 以转化为活性氧，因为，它们变成了羟基或羧基。在褐煤阶段 含氧官能团含量最高，在烟煤阶段其含量就大大降低，而且以 非活性氧为主，到无烟煤阶段，含氧量则更低。煤中除含氧官 能团之外，还存在着含氮官能团和含硫官能团。煤中含氮量在 1～2%，主要是以胺基、亚胺基、五元杂环，六元杂环，吡啶 和咔唑等形式存在。含硫官能团主要以硫醇、硫醚、二硫醚、 硫醌及杂环硫等形式存在。煤的基本结构单元上连接着烷基侧 链。烷基侧链的平均长度，是随煤化程度的增加而迅速减少。
煤化工工艺学课件 第十一章 煤基炭材料
② 抗弯强度（或抗折强度）：当外力与物体轴线相垂 直，物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限 抵抗能力。
③ 抗拉强度：当外力为拉力时，物体被拉断的瞬间极 限抵抗能力称为抗拉强度。
物体受破坏的外部原因还有冲击力或剪切力，但炭制 品一般不测定抗冲击强度或抗剪强度。
11.2.2 石墨电极
（5）弹性模量 指石墨电极在弹性变形范围内，应力和应变的比值。
很明显，平行于层面方向的电阻为5×10-5Ω·cm，垂直方向 则比其要大100~1000倍。 （3）化学稳定性
石墨具有出色的化学稳定性，除了不能长期浸泡在硝酸、 硫酸、氢氟酸和其他强氧化性介质中外，不受一般酸、碱和 盐的影响，是优良的耐腐蚀材料。
11.1.2 炭材料的性质
（4）自润滑性和耐磨性
石墨对各种表面都有很高的附着性，沿解离面易于滑动， 故有很好的自润滑性。
11.2.1 自焙电极
电极糊的质量控制(YB/T 4448-2014)
指标
项目
单位
1号
2号
3号
4号
5号
灰分
%≤
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
挥发分
% 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5
耐压强度 Mpa≥
19
20
21
22
22
电阻率 μΩ·m≤
63
至关重要。
11.2.2 石墨电极
石墨电极
预装接头的石墨电极
11.2.2 石墨电极
石墨电极是目前炭素行业的支柱产品，在冶金、电炉、 电火花加工等领域被广泛采用。
石墨电极分为3个品种： 普通功率石墨电极（RP级） 高功率石墨电极（HP级） 超高功率石墨电极（UHP级）
③ 抗拉强度：当外力为拉力时，物体被拉断的瞬间极 限抵抗能力称为抗拉强度。
物体受破坏的外部原因还有冲击力或剪切力，但炭制 品一般不测定抗冲击强度或抗剪强度。
11.2.2 石墨电极
（5）弹性模量 指石墨电极在弹性变形范围内，应力和应变的比值。
很明显，平行于层面方向的电阻为5×10-5Ω·cm，垂直方向 则比其要大100~1000倍。 （3）化学稳定性
石墨具有出色的化学稳定性，除了不能长期浸泡在硝酸、 硫酸、氢氟酸和其他强氧化性介质中外，不受一般酸、碱和 盐的影响，是优良的耐腐蚀材料。
11.1.2 炭材料的性质
（4）自润滑性和耐磨性
石墨对各种表面都有很高的附着性，沿解离面易于滑动， 故有很好的自润滑性。
11.2.1 自焙电极
电极糊的质量控制(YB/T 4448-2014)
指标
项目
单位
1号
2号
3号
4号
5号
灰分
%≤
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
挥发分
% 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5
耐压强度 Mpa≥
19
20
21
22
22
电阻率 μΩ·m≤
63
至关重要。
11.2.2 石墨电极
石墨电极
预装接头的石墨电极
11.2.2 石墨电极
石墨电极是目前炭素行业的支柱产品，在冶金、电炉、 电火花加工等领域被广泛采用。
石墨电极分为3个品种： 普通功率石墨电极（RP级） 高功率石墨电极（HP级） 超高功率石墨电极（UHP级）
炭素材料的制备原料27页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
炭素材料的制备原料
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•9、只Biblioteka 成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
END
炭素工艺学――第一章炭和石墨材料PPT课件
1.1.2 炭素材料的结构性质
1.1.2.1 密度
真实密度反映炭素材料的石墨化度，比较精确的测定方法是采用X射线衍 射法测定其晶格常数a和c，然后按下式计算：
Dt
m• N v
Dt——真实密度，g/cm3；
m ——碳原子质量，1.65963×10-24g；
N ——单位晶格中碳原子数，N=4；
v ——单位晶格的体积容积，a2 sin60°•c， μm3
理想石墨结构 （a）六方晶系石墨；（b）斜方晶系石墨
两种堆叠方式的石墨结构
堆叠方式
晶系
键长
层间距
晶胞边长
晶胞高
AB AB ABC ABC
六方 斜方
1.4211 Å 1.4211 Å
3.3538 Å 3.3538 Å
2.4612 Å 2.4612 Å
6.7079 Å 6.7079 Å
斜方晶系石墨实际上是六方晶系由于晶体缺陷形成的，其在天然石墨 中占20%~30%，经3000 ℃处理后，转变为六方晶系石墨，故在人造石墨 中不存在。
几种常用炭素材料的全气孔
名称
全气孔率，%
名称
全气孔率，%
炭电极
17~25
过滤材料
17~25
石墨电极
22~30
浸渍结构材料
22~30
炭块
15~20
电炭材料
15~20
孔径分布及其分布 炭素材料中的气孔一般是不规则的，此时的孔径是指 与不规则气孔具有相同体积的球形气孔的直径。平均孔半径可有下式计算：
r 3 Pt SD v
弹性模量：表示材料所受应力与产生应变之间的关系，通常采用杨氏弹性模量。 石墨晶体、石墨晶须、热解石墨和高模量炭纤维的弹性模量比较高，而一
煤化工工艺学课件ppt
7
§ 1.4本书简介
1、绪论： 介绍煤炭资源、煤化工发展简史和煤化工范畴。
2、煤的低温干馏： 低温干馏主要原理、主要炉型、立式炉生产城市煤气以及固体 热载体干馏新工艺。
3、炼焦： 煤的成焦过程、配煤和焦炭、现代焦炉、炼焦新技术、燃烧和 传热以及流体力学。
4、炼焦化学产品的回收与精制：
粗煤气的分离、氨和粗苯的回收、粗苯精制、焦油蒸馏和沥青 加工、粗苯精制生产生产苯类产品、焦油分离精制生产酚类、 萘、蒽等。
只能处理块状煤料，干馏气态产物混入气态惰性气体热值低
2.托斯考（Toscoal）工艺
⑴原料：
非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）
⑵产品：
煤气：热值高（符合中热值城市煤气需求）
焦油：
（加氢可转化为合成原油）
半焦：有一定挥发分（可作发电厂燃料或制成无烟燃料）
2021/3/10
25
⑶托斯考干馏非黏洁性煤的流程（图2-7）
气体冷却系统
煤气
粉尘
焦油、中油
⑵ 鲁奇三段炉（固定床）： ①原料：褐煤块、型煤，20~80mm，非粘结性煤
2021/3/10
21
②流程（图2—3）： 三段：干燥段、干馏段和冷却段
煤
煤 槽
水
干馏炉 烟气
初冷器
电捕焦油器
冷却器
余
干
煤
燥 段
气
燃 空气
低
烧
温
室
干
气体燃料
馏
段
分离器
冷
焦油
水
却
段
焦
图2--3 气流内热式炉干馏流程
§ 1、绪论
§ 1.1煤炭资源 § 1.2煤化工发展史 § 1.3煤化工的范畴 § 1.4本书简介
§ 1.4本书简介
1、绪论： 介绍煤炭资源、煤化工发展简史和煤化工范畴。
2、煤的低温干馏： 低温干馏主要原理、主要炉型、立式炉生产城市煤气以及固体 热载体干馏新工艺。
3、炼焦： 煤的成焦过程、配煤和焦炭、现代焦炉、炼焦新技术、燃烧和 传热以及流体力学。
4、炼焦化学产品的回收与精制：
粗煤气的分离、氨和粗苯的回收、粗苯精制、焦油蒸馏和沥青 加工、粗苯精制生产生产苯类产品、焦油分离精制生产酚类、 萘、蒽等。
只能处理块状煤料，干馏气态产物混入气态惰性气体热值低
2.托斯考（Toscoal）工艺
⑴原料：
非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）
⑵产品：
煤气：热值高（符合中热值城市煤气需求）
焦油：
（加氢可转化为合成原油）
半焦：有一定挥发分（可作发电厂燃料或制成无烟燃料）
2021/3/10
25
⑶托斯考干馏非黏洁性煤的流程（图2-7）
气体冷却系统
煤气
粉尘
焦油、中油
⑵ 鲁奇三段炉（固定床）： ①原料：褐煤块、型煤，20~80mm，非粘结性煤
2021/3/10
21
②流程（图2—3）： 三段：干燥段、干馏段和冷却段
煤
煤 槽
水
干馏炉 烟气
初冷器
电捕焦油器
冷却器
余
干
煤
燥 段
气
燃 空气
低
烧
温
室
干
气体燃料
馏
段
分离器
冷
焦油
水
却
段
焦
图2--3 气流内热式炉干馏流程
§ 1、绪论
§ 1.1煤炭资源 § 1.2煤化工发展史 § 1.3煤化工的范畴 § 1.4本书简介
第五章-炭素材料的配料工艺-《炭素材料》教学课件
小颗粒（粉料）的作用是填充颗粒间的空隙，在一定范围内增加小颗粒粉料的用量， 可以提高产品的密度和机械强度，减少气孔，产品加工后表面比较光洁。粉料一般 在配料中占40～70%。但粉料用量过多会走向反面，特别是在焙烧和石墨化热处理 中会产生大量裂纹废品，并且粉料增多导致粘结剂用量增大，反而会降低制品机械 强度和提高制品气孔率。
5.4.2 实际配方中颗粒粒级配比及大颗粒尺寸的确定
1）各种粒级在配方中的作用
炭和石墨制品的配料除选择原料配比外，还要确定粒度组成，即用不同尺寸的大颗粒、 中颗粒和小颗粒（细粉）配合起来使用，目的是使制品能有较高的堆积密度和较小的 气孔率。一般，大颗粒和细粉占较大的比例，而中间颗粒占较少比例。
大颗粒在坯体结构中起骨架作用，适当增加大颗粒的尺寸和提高大颗粒的使用比例， 可以提高产品的抗氧化性能和抗热震性能，减少压型和焙烧工序的裂纹废品；但另 一方面会提高产品的气孔率，降低制品密度和机械强度，加工后产品表面粗糙。
（1）产品配方的粒度组成 成品配方的粒度组成较粗，即粉 料用量较少，大颗粒用量较多，且 大颗粒尺寸较大时，粘结剂用量相 对减少。反之，粒度组成较细的配 方，粘结剂用量必须适当增加，所 以小规格制品要比大规格制品的粘 结剂用量多一些。 （2）物料颗粒性质 粘结剂用量和固体原料的颗粒表面性质有关，无烟 煤表面光滑，气孔较少，对粘结剂吸附性较差，所 以，采用无烟煤为主要原料的炭块、电极糊等制品 的粘结剂用量要少一些，石油焦、沥青焦等为多孔 结构，比表面积大，对粘结剂吸附性能大，所以用 石油焦或沥青焦为原料的制品在一般情况下粘结剂 用量要相对多些。
2）粘结剂用量对生 制品及焙烧制品性能的 影响
每一种使用不同原料、 不同颗粒组成的配方的制 品有一个最佳的粘结剂比 例。粘结剂用量过多或过 少都会影响产品的物理化 学性能。首先表现在成型 工序，当粘结剂用量过少 时，糊料的塑性差，挤压 或模压成型时需提高成型 压力，而且产生裂纹废品 的可能性增加。粘结剂用 量较多时，糊料塑性好， 成型压力较低，成型的成 品率也高一些。但过多的 粘结剂会使生制品挤出或 脱模后容易变形。
煤制活性炭技术课件
. 低温时:
. 高温时：
2.3 碱(KOH)活化
. 把一定量的炭材料与碱类物质的混合，在300~ 500 ℃下脱水后，在600~800℃范围内活化，活 化的混合物经冷却，用水充分洗涤除去剩余碱， 便得到活性炭。有关的主要反应如下：
2.3 碱(KOH)活化
• 500 ℃以下发生脱水反应，在氧化钾存在下，发 生水煤气反应和水煤气转移反应，可以认为氧化 钾作为催化剂。
三、活性炭的吸附
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于 有机溶剂中的吸附能力。
三、活性炭的吸附应用
活性炭的吸附作用
对芳族化 合物的吸 附
非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的 吸附。
有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少
活性炭对 于吸附无 机物也有 一定的潜 力
活性炭的吸 附性能是由 于它的表面 基团类型、 比表面积和 孔径的分布 决定的。
令医药方面的应用 活性炭作为外用药， 用于烂疮、化脓化创 伤，也可用于内服药
治疗腹泻。活性炭能 吸附病毒、细菌毒素、 药物等，可用于治疗 中毒ห้องสมุดไป่ตู้过量服药的病人。
令农业和其它方面的 应用
活性炭施用于土壤中， 能促进氮的生物固定 作用，除去农药对作 物的毒害等。此外， 活性炭还用作制造锌 — 空气电池的电极。
活性炭的用途
• 空气净化：能吸附过滤空气中的恶臭、体臭、 烟气、毒气、 O3 、 SO2、NO等。
•水净化：能去除水中的重金属离子、致癌物 质、臭味、霉味、细菌及脱色等；可 用于自来水、食品工业用水及工业用 纯水等处理；
•环保工程：废气及污水处理； • 防毒口罩、防毒衣、香烟过滤嘴等；
•溶剂回收：对苯类、酮类、酯类、石油类均能 吸附回收。
. 高温时：
2.3 碱(KOH)活化
. 把一定量的炭材料与碱类物质的混合，在300~ 500 ℃下脱水后，在600~800℃范围内活化，活 化的混合物经冷却，用水充分洗涤除去剩余碱， 便得到活性炭。有关的主要反应如下：
2.3 碱(KOH)活化
• 500 ℃以下发生脱水反应，在氧化钾存在下，发 生水煤气反应和水煤气转移反应，可以认为氧化 钾作为催化剂。
三、活性炭的吸附
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于 有机溶剂中的吸附能力。
三、活性炭的吸附应用
活性炭的吸附作用
对芳族化 合物的吸 附
非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的 吸附。
有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少
活性炭对 于吸附无 机物也有 一定的潜 力
活性炭的吸 附性能是由 于它的表面 基团类型、 比表面积和 孔径的分布 决定的。
令医药方面的应用 活性炭作为外用药， 用于烂疮、化脓化创 伤，也可用于内服药
治疗腹泻。活性炭能 吸附病毒、细菌毒素、 药物等，可用于治疗 中毒ห้องสมุดไป่ตู้过量服药的病人。
令农业和其它方面的 应用
活性炭施用于土壤中， 能促进氮的生物固定 作用，除去农药对作 物的毒害等。此外， 活性炭还用作制造锌 — 空气电池的电极。
活性炭的用途
• 空气净化：能吸附过滤空气中的恶臭、体臭、 烟气、毒气、 O3 、 SO2、NO等。
•水净化：能去除水中的重金属离子、致癌物 质、臭味、霉味、细菌及脱色等；可 用于自来水、食品工业用水及工业用 纯水等处理；
•环保工程：废气及污水处理； • 防毒口罩、防毒衣、香烟过滤嘴等；
•溶剂回收：对苯类、酮类、酯类、石油类均能 吸附回收。
《煤化工工艺学》――煤炭素制品PPT课件
③ 成型 为了制得不同形状、尺寸、密度和物理机械 性能的制品,必须将混合料进行成型。成型方法有模压、 挤压、振动成型、等静压成型等。
-18- 21.07.2020
④ 焙烧 焙烧是将生坯在隔绝空气和用焦粉和黄砂的 保护下,加热到1300℃左右的热处理过程。其目的是 粘结剂炭化,使粘结剂和骨料更好的牢固结合,使制品 获得新的物理和机械性能。
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
-
21.07.2020
炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
剂。骨料主要是石油焦、沥青焦、炭黑、天然石墨、
无烟煤等。粘结剂主要有煤焦油、煤沥青及合成树脂
等。
大部分骨料需预先经过煅烧,以排除水分、挥发分、
提高原料密度、强度、导电性和抗氧化性。
-17- 21.07.2020
② 配料和捏和 根据不同产品的要求确定各种骨料的 种类、粒度、数量,并选择合适的粘结剂。生产核石墨、 火箭喷咀、超高功率电极必须用灰分低、强度高、易 石墨化的针状焦、石油焦、沥青焦。对纯度要求不高 的产品,可以选用冶金焦、无烟煤为骨料。捏和的目的 是把不同组分、不同粒度的原料捏和成宏观上均一的 可塑性混合物。
炭素材料是指从无定形炭到石墨结晶的一系列过渡态
炭。主要炭素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热
和电化学用的电极；机电用的电刷；化工和机械工业用的
不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料；
-18- 21.07.2020
④ 焙烧 焙烧是将生坯在隔绝空气和用焦粉和黄砂的 保护下,加热到1300℃左右的热处理过程。其目的是 粘结剂炭化,使粘结剂和骨料更好的牢固结合,使制品 获得新的物理和机械性能。
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
-
21.07.2020
炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
剂。骨料主要是石油焦、沥青焦、炭黑、天然石墨、
无烟煤等。粘结剂主要有煤焦油、煤沥青及合成树脂
等。
大部分骨料需预先经过煅烧,以排除水分、挥发分、
提高原料密度、强度、导电性和抗氧化性。
-17- 21.07.2020
② 配料和捏和 根据不同产品的要求确定各种骨料的 种类、粒度、数量,并选择合适的粘结剂。生产核石墨、 火箭喷咀、超高功率电极必须用灰分低、强度高、易 石墨化的针状焦、石油焦、沥青焦。对纯度要求不高 的产品,可以选用冶金焦、无烟煤为骨料。捏和的目的 是把不同组分、不同粒度的原料捏和成宏观上均一的 可塑性混合物。
炭素材料是指从无定形炭到石墨结晶的一系列过渡态
炭。主要炭素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热
和电化学用的电极；机电用的电刷；化工和机械工业用的
不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料；
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③ 成型 为了制得不同形状、尺寸、密度和物理机械 性能的制品,必须将混合料进行成型。成型方法有模压、 挤压、振动成型、等静压成型等。
-17- 26.09.2020
④ 焙烧 焙烧是将生坯在隔绝空气和用焦粉和黄砂的 保护下,加热到1300℃左右的热处理过程。其目的是 粘结剂炭化,使粘结剂和骨料更好的牢固结合,使制品 获得新的物理和机械性能。
-3-
26.09.2020
炭素材料的主要特性：
⑴ 耐热性和抗热震性
在非氧化介质中，炭是耐热性最好的材料,其升华
温度为3350℃,12 MPa时3700℃熔化。与金属相反,机
械强度随温度升高而增大,大于2800℃时才失去强度,
这是其它材料难以比拟的。
炭和石墨制品由于膨胀系数低,导热系数高,又有较
剂。骨料主要是石油焦、沥青焦、炭黑、天然石墨、
无烟煤等。粘结剂主要有煤焦油、煤沥青及合成树脂
等。
大部分骨料需预先经过煅烧,以排除水分、挥发分、
提高原料密度、强度、导电性和抗氧化性。
-16- 26.09.2020
② 配料和捏和 根据不同产品的要求确定各种骨料的 种类、粒度、数量,并选择合适的粘结剂。生产核石墨、 火箭喷咀、超高功率电极必须用灰分低、强度高、易 石墨化的针状焦、石油焦、沥青焦。对纯度要求不高 的产品,可以选用冶金焦、无烟煤为骨料。捏和的目的 是把不同组分、不同粒度的原料捏和成宏观上均一的 可塑性混合物。
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
-4-
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炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
26.09.2020
⑷ 机械性能
炭素材料的强度特性是温度越高强度越好,是高温
下的较好的机械零件的材料。炭纤维及其复合材料具
有很高的比强度和比模量,如炭纤维树脂复合材料的比
模量比钢和铝合金高五倍；比强度比钢和铝合金高三
倍。所以它们成为人造卫星、火箭、飞机的结构材料。
良好的耐磨性和自润滑性使它成了电刷、高温轴
间,比不锈钢、铅、硅铁好。
石墨的导电性介于金属与半导体之间。层面方向的电
阻率为5×10-5Ωcm。
-5-
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⑶ 良好的化学稳定性
炭素材料在非氧化介质中具有极好的化学
稳定性。几乎能抵抗沸点以下的各种酸和盐溶
液的腐蚀。石墨是罕有的能在任何温度下耐氢
氟酸和磷酸的几种材料之一。
-6-
-13- 26.09.2020
石墨化是炭素材料经过2000℃以上高温处理的过程, 使炭的乱层结构逐渐转变成三维有序的石墨结构。
(1) 炭和石墨制品的工艺过程 炭和石墨制品的工艺过程如图6-4-06所示,主要包括
以下工序。
-14- 26.09.2020
-15- 26.09.2020
① 原料及原料的煅烧 基本原料包括骨(架)料和粘结
第8章 煤的炭素制品
-1-
26.09.2020
煤的炭素制品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
炭素材料作为结构材料和功能材料广泛用于冶金、机
电、化工等工业。近几十年来出现的新型炭素材料因其优
异的特性而广泛用于原子能、宇航、航空等领域。
炭素材料是指从无定形炭到石墨结晶的一系列过渡态
炭。主要炭素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热
⑤ 石墨化 焙烧后的制品中,碳原子主要为两维有序 排列,属于乱层结构,只有通过2000-3000℃高温处理, 才能成为三维有序的石墨晶体。
和电化学用的电极；机电用的电刷；化工和机械工业用的
不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料；
用作高温结构材料和烧蚀材料的炭纤维及其复合材料以及
用于化工和环保的各种炭质吸附剂等。
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8.1 炭素材料的结构与性能
石墨是由六角形碳网平面以一定规律叠合而成的三 维有序结构。层面内碳原子的键长为0.14211 nm，层 面间为范德华键，层间距为0.33538 nm。石墨晶体大 部分呈六方体，少部分呈菱面体。石墨的最大特点是 各向异性。实际应用的炭素材料,绝大部分是乱层石墨 结构和石墨的微晶结构。
互融并成广域的中间相。中间相经过重排并在热解逸
出气流作用下变形,逐步成为具有不同光学性质的半焦。
-12- 26.09.2020
为了实现中间相转化的整个过程,要求炭化
条件十分缓和,使液相处于无干扰、无温度梯度
的条件下。如在恒温条件下热解,则热解温度应
较低,一般在400℃左右；如采用渐增升温热解
条件,则升温速度以5℃/分为宜。
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-10- 26.09.2020
要获得石墨结晶,有机物必须经过液相炭化过程,
使碳原子排列呈现三维有序化。这一过程中，在300-
500℃会出现类似液晶的中间相状态,这种中间相是生
成尽可能规整化石墨晶格的基础，也是炭素材料可石
墨化的决定性因素。
-11- 26.09.2020
沥青、煤焦油等液相炭化时,大于350℃，各组分
的分子发生分解和聚合。在400-430℃维持1-30小时
后，当聚合的稠环芳烃分子量达到1000-1500,形成环
数为十几到二十多个稠环芳烃时,平面状的大分子凭借
分子热运动相互接近,受范德华力和分子间偶极矩的吸
引相互平行叠合,在表面张力作用下形成各向异性的中
间相小球。随温度提高,时间延长,小球不断长大、相
承、机械密封的重要材料。
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⑸ 核物理性能 碳原子核散射中子的截面为俘获中子截面的
1270倍,石墨的减速比为201,仅次于重水,但成本比 重水低得多,所以高纯石墨是原子反应堆的减速材 料。 ⑹ 吸附性能 炭素材料在宏观上是由碳骨架和孔隙两部分构 成的,为多孔性物质。经过适当处理,提高吸附能力, 是耐热性好、化学稳定性好的炭质吸附材料。
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8.2 生产原理和工艺过程
以有机物为原料制成各种炭素材料必须经过炭化
过程。高温加热时,有机物的氢、氧、氮等元素被分
解,碳原子不断环化、芳构化。随温度升高,碳进一步
缩聚成稠环芳烃和碳网平面并相互叠合。最终经过
石墨化过程生成石墨结晶。整个变化过程如图6-4-
05所示。
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④ 焙烧 焙烧是将生坯在隔绝空气和用焦粉和黄砂的 保护下,加热到1300℃左右的热处理过程。其目的是 粘结剂炭化,使粘结剂和骨料更好的牢固结合,使制品 获得新的物理和机械性能。
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炭素材料的主要特性：
⑴ 耐热性和抗热震性
在非氧化介质中，炭是耐热性最好的材料,其升华
温度为3350℃,12 MPa时3700℃熔化。与金属相反,机
械强度随温度升高而增大,大于2800℃时才失去强度,
这是其它材料难以比拟的。
炭和石墨制品由于膨胀系数低,导热系数高,又有较
剂。骨料主要是石油焦、沥青焦、炭黑、天然石墨、
无烟煤等。粘结剂主要有煤焦油、煤沥青及合成树脂
等。
大部分骨料需预先经过煅烧,以排除水分、挥发分、
提高原料密度、强度、导电性和抗氧化性。
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② 配料和捏和 根据不同产品的要求确定各种骨料的 种类、粒度、数量,并选择合适的粘结剂。生产核石墨、 火箭喷咀、超高功率电极必须用灰分低、强度高、易 石墨化的针状焦、石油焦、沥青焦。对纯度要求不高 的产品,可以选用冶金焦、无烟煤为骨料。捏和的目的 是把不同组分、不同粒度的原料捏和成宏观上均一的 可塑性混合物。
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
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炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
26.09.2020
⑷ 机械性能
炭素材料的强度特性是温度越高强度越好,是高温
下的较好的机械零件的材料。炭纤维及其复合材料具
有很高的比强度和比模量,如炭纤维树脂复合材料的比
模量比钢和铝合金高五倍；比强度比钢和铝合金高三
倍。所以它们成为人造卫星、火箭、飞机的结构材料。
良好的耐磨性和自润滑性使它成了电刷、高温轴
间,比不锈钢、铅、硅铁好。
石墨的导电性介于金属与半导体之间。层面方向的电
阻率为5×10-5Ωcm。
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⑶ 良好的化学稳定性
炭素材料在非氧化介质中具有极好的化学
稳定性。几乎能抵抗沸点以下的各种酸和盐溶
液的腐蚀。石墨是罕有的能在任何温度下耐氢
氟酸和磷酸的几种材料之一。
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-13- 26.09.2020
石墨化是炭素材料经过2000℃以上高温处理的过程, 使炭的乱层结构逐渐转变成三维有序的石墨结构。
(1) 炭和石墨制品的工艺过程 炭和石墨制品的工艺过程如图6-4-06所示,主要包括
以下工序。
-14- 26.09.2020
-15- 26.09.2020
① 原料及原料的煅烧 基本原料包括骨(架)料和粘结
第8章 煤的炭素制品
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26.09.2020
煤的炭素制品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
炭素材料作为结构材料和功能材料广泛用于冶金、机
电、化工等工业。近几十年来出现的新型炭素材料因其优
异的特性而广泛用于原子能、宇航、航空等领域。
炭素材料是指从无定形炭到石墨结晶的一系列过渡态
炭。主要炭素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热
⑤ 石墨化 焙烧后的制品中,碳原子主要为两维有序 排列,属于乱层结构,只有通过2000-3000℃高温处理, 才能成为三维有序的石墨晶体。
和电化学用的电极；机电用的电刷；化工和机械工业用的
不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料；
用作高温结构材料和烧蚀材料的炭纤维及其复合材料以及
用于化工和环保的各种炭质吸附剂等。
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8.1 炭素材料的结构与性能
石墨是由六角形碳网平面以一定规律叠合而成的三 维有序结构。层面内碳原子的键长为0.14211 nm，层 面间为范德华键，层间距为0.33538 nm。石墨晶体大 部分呈六方体，少部分呈菱面体。石墨的最大特点是 各向异性。实际应用的炭素材料,绝大部分是乱层石墨 结构和石墨的微晶结构。
互融并成广域的中间相。中间相经过重排并在热解逸
出气流作用下变形,逐步成为具有不同光学性质的半焦。
-12- 26.09.2020
为了实现中间相转化的整个过程,要求炭化
条件十分缓和,使液相处于无干扰、无温度梯度
的条件下。如在恒温条件下热解,则热解温度应
较低,一般在400℃左右；如采用渐增升温热解
条件,则升温速度以5℃/分为宜。
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-10- 26.09.2020
要获得石墨结晶,有机物必须经过液相炭化过程,
使碳原子排列呈现三维有序化。这一过程中，在300-
500℃会出现类似液晶的中间相状态,这种中间相是生
成尽可能规整化石墨晶格的基础，也是炭素材料可石
墨化的决定性因素。
-11- 26.09.2020
沥青、煤焦油等液相炭化时,大于350℃，各组分
的分子发生分解和聚合。在400-430℃维持1-30小时
后，当聚合的稠环芳烃分子量达到1000-1500,形成环
数为十几到二十多个稠环芳烃时,平面状的大分子凭借
分子热运动相互接近,受范德华力和分子间偶极矩的吸
引相互平行叠合,在表面张力作用下形成各向异性的中
间相小球。随温度提高,时间延长,小球不断长大、相
承、机械密封的重要材料。
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⑸ 核物理性能 碳原子核散射中子的截面为俘获中子截面的
1270倍,石墨的减速比为201,仅次于重水,但成本比 重水低得多,所以高纯石墨是原子反应堆的减速材 料。 ⑹ 吸附性能 炭素材料在宏观上是由碳骨架和孔隙两部分构 成的,为多孔性物质。经过适当处理,提高吸附能力, 是耐热性好、化学稳定性好的炭质吸附材料。
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8.2 生产原理和工艺过程
以有机物为原料制成各种炭素材料必须经过炭化
过程。高温加热时,有机物的氢、氧、氮等元素被分
解,碳原子不断环化、芳构化。随温度升高,碳进一步
缩聚成稠环芳烃和碳网平面并相互叠合。最终经过
石墨化过程生成石墨结晶。整个变化过程如图6-4-
05所示。
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