Хөнгөн цагааны электролизийн үйлдвэрлэлд бал чулуужсан газрын тосны коксын хэрэглээ ба давуу талуудын шинжилгээ
I. Графитжуулсан газрын тосны коксыг катодын блок болон анодын зуурмагт хэрэглэх нь
1. Катодын блок үйлдвэрлэл
Графитжуулсан газрын тосны кокс нь графитжуулсан катодын нүүрстөрөгчийн блок үйлдвэрлэх гол түүхий эд юм. Ойролцоогоор 3000°C-д өндөр температурт графитжуулсны дараа түүний нүүрстөрөгчийн цэвэршилт 98%-иас давж, жинхэнэ нягтрал мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, өндөр дараалсан графит талст бүтэц үүсгэдэг. Энэхүү бүтэц нь катодын блокуудад дараах шинж чанаруудыг өгдөг.
- Натрийн элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг сайжруулсан: Өндөр цэвэршилттэй графитжуулсан бүтэц нь хөнгөн цагааны электролизийн үед натрийн нэвчилтийг үр дүнтэй эсэргүүцэж, катодын ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.
- Цахилгаан дамжуулах чанар сайжирсан: Графитжуулалт нь эсэргүүцлийг мэдэгдэхүйц бууруулж, эсийн ёроолын хүчдэлийн уналтыг бууруулж, хөнгөн цагааны үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний хэрэглээг ойролцоогоор 5%-10% -иар бууруулдаг.
- Дулааны тогтвортой байдлыг оновчтой болгох: Өндөр температурт бага хэмжээний тэлэлт нь дулааны стрессээс үүдэлтэй хагарлын эрсдлийг бууруулдаг.
2. Анодын зуурмаг бэлтгэх
Анодын зуурмагт графитжуулсан газрын тосны кокс нь голчлон нүүрстөрөгчийн нэмэлт болон дамжуулагч хүрээний материал болж үйлчилдэг бөгөөд дараах үр нөлөөтэй байдаг.
- Цахилгаан дамжуулах чанар сайжирсан: Графитжуулсан бүтэц нь гүйдлийн жигд тархалтыг дэмжиж, анодын хэт хүчдэлийг бууруулдаг.
- Исэлдэлтэд тэсвэртэй байдал сайжирсан: Хүхрийн агууламж багатай (ихэвчлэн <0.06%) нь CO₂-тай урвалд орох үед хийнээс үүдэлтэй хагарлыг багасгаж, нэг тонн ган тутамд анодын хэрэглээг бууруулдаг (жишээлбэл, тодорхой аж ахуйн нэгжийн хэрэглээ 12%-иар буурдаг).
- Оновчтой нүх сүвний бүтэц: Графитжуулалт нь давирхайн коксын нүх сүвийг бууруулж, анодын нягтрал болон механик бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.
II. Бал чулуужуулсан газрын тосны коксоос илүү бал чулуужуулсан газрын тосны коксын гол давуу талууд
| Гүйцэтгэлийн хэмжүүр | Графитжуулсан газрын тосны кокс | Кальцинжуулсан газрын тосны кокс |
|---|---|---|
| Хүхрийн агууламж | 0.03%–0.06% (бага хүхэртэй төрөл) | ~0.5% (стандарт төрөл) |
| Шингээлтийн хурд | 90%-95% | 80%-90% |
| Графитжуулалтын зэрэг | Өндөр нягтралтай (жинхэнэ нягтрал ≥2.18 г/см³) | Хэсэгчилсэн бал чулуужсан (жинхэнэ нягтрал 1.8–2.0 г/см³) |
| Бохирдлын агууламж | Үнс ≤0.15%, дэгдэмхий бодис <0.5% | Үнс 0.3%–0.8%, дэгдэмхий бодис 0.7%–1.5% |
| Дулааны тэлэлтийн коэффициент | Бага (кокаин зүүний төрөл) | Өндөр (хөвөн кокаин төрөл) |
| Хэрэглээний хувилбарууд | Өндөр хүчин чадалтай бал чулуун электродууд, тусгай нүүрстөрөгчийн бүтээгдэхүүнүүд | Стандарт урьдчилан жигнэсэн анод, үйлдвэрлэлийн цахиурын электродууд |
Тодорхой давуу талууд:
1. Электрохимийн гүйцэтгэлийн оновчлол
- Графитжуулсан газрын тосны коксын эсэргүүцэл нь кальцинжуулсан коксынхоос 30%-50% бага байдаг нь электролизийн эсийн эрчим хүчний хэрэглээг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Жишээлбэл, 750 мм-ийн зүүтэй коксын электродуудад цахилгаан дамжуулах чанар нь стандарт коксынхоос гурав дахин их байдаг тул гангийн үр ашгийг зуух бүрт 25 минут хүртэл нэмэгдүүлдэг.
- Хүхрийн агууламж багатай тул анод болон фтор агуулсан электролитуудын хоорондох урвалыг бууруулж, хийнээс үүдэлтэй хавдрыг багасгаж, анодын ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.
2. Механик шинж чанарыг сайжруулах
- Графитжуулалт нь материалын хатуулаг болон дулааны цохилтын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг. Өндөр температурт хөнгөн цагааны электролизийн орчинд графитжуулсан катодын блокуудын дулааны тэлэлтийн коэффициент нь кальцинжуулсан коксоос 30% бага байдаг тул температурын хэлбэлзлээс үүсэх бүтцийн эвдрэлийг бууруулдаг.
- Жинхэнэ нягтрал нэмэгдсэн (≥2.18 г/см³) нь материалын нягтралыг нэмэгдүүлж, хөнгөн цагаан шингэний нэвчилт болон натрийн элэгдлийг багасгадаг.
3. Байгаль орчин ба эдийн засгийн ашиг тус
- Хүхрийн агууламжийг бууруулснаар SO₂ ялгарлыг бууруулж, байгаль орчны дүрэм журмыг хангасан. Жишээлбэл, бага хүхэртэй графитжуулсан кокс ашигладаг хөнгөн цагааны үйлдвэр нь хөнгөн цагааны нэг тонн тутамд SO₂ ялгарлыг 15%-иар бууруулсан.
- Өндөр өртөгтэй (кальцинжуулсан коксоос ойролцоогоор 1.5-2 дахин) хэдий ч ашиглалтын хугацаа уртассан болон эрчим хүчний хэрэглээ бага байсан нь анхны хөрөнгө оруулалтыг нөхсөн. Жишээлбэл, катодын блокийн ашиглалтын хугацаа 5-8 жил болж нэмэгдэж, нийт зардлыг 20%-иар бууруулсан.
III. Хэрэглээний тохиолдлууд болон өгөгдлийн дэмжлэг
- Хөнгөн цагааны электролизийн үйлдвэрлэл: Дэлхий даяар кальцинжуулсан коксын 70%-ийг хөнгөн цагааны электролизийн анодод ашигладаг боловч өндөр зэрэглэлийн зах зээлүүд (жишээлбэл, бал чулуужуулсан катод) бал чулуужуулсан коксыг улам бүр ашиглаж байна. Нэгэн аж ахуйн нэгж бал чулуужуулсан катодыг нэвтрүүлсний дараа анодын хэрэглээг 420 кг/т-Ал-аас 370 кг/т-Ал болгон бууруулж, жилд 200 сая юань хэмнэжээ.
- Гангийн үйлдвэрлэл: 100,000 А гүйдэл дамжуулдаг 750 мм-ийн зүү коксын электродууд нь зуух бүрт 25 минутын ган хайлуулах үр ашгийг бий болгосон бөгөөд цахилгаан дамжуулах чанар нь стандарт коксынхоос гурав дахин өндөр байв.
- Эрчим хүч хадгалах салбар: Асфальтан аргаар өөрчилсөн кальцинжуулсан кокс нь хатуу нүүрстөрөгчийн анодын мөчлөгийн ашиглалтын хугацааг 400 мөчлөгөөр сайжруулж, натрийн ионы батерейны зах зээлд нэр хүндтэй болсон.
IV. Дүгнэлт
Өндөр температурт графитжуулалтаар дамжуулан бал чулуужуулсан газрын тосны кокс нь кальцижуулсан газрын тосны кокстой харьцуулахад илүү цэвэршилт, цахилгаан дамжуулах чанар, дулааны тогтвортой байдлыг харуулдаг тул өндөр зэрэглэлийн хөнгөн цагааны электролизийн катодын блок болон тусгай анодын зуурмаг үйлдвэрлэхэд тохиромжтой. Өндөр өртөгтэй хэдий ч ашиглалтын хугацаа нь уртсах, эрчим хүчний хэмнэлттэй, байгаль орчны ашиг тустай тул хөнгөн цагааны үйлдвэрлэлийг шинэчлэхэд чухал материал болж өгдөг. Графитжуулалтын технологийн ирээдүйн дэвшил (жишээлбэл, 3000°C-д хэт өндөр температурт боловсруулах) нь цөмийн зэрэглэлийн бал чулуу, лити-ион батерейны анод болон бусад дэвшилтэт салбарт түүний хэрэглээг цаашид өргөжүүлэх болно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 9-р сарын 22