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焦炭、炭黑、活性炭,它們都屬于無定形碳,然而成分是相同的,都是由石墨微晶體構成,只是宏觀形態(tài)有差別而已:焦炭是由煤焦化制成,為黑灰色固體,含有的雜質較多;炭黑是黑色粉末,主要由含碳燃料如、液化氣、石蠟、苯等有機物不完全燃燒產生,活性炭則是具有多孔結構的無定形碳,也是黑色物質。
焦炭冶金是利用了碳在高溫下的還原性,和碳還原金屬氧化物(或其不完全燃燒)產生的氣體的還原性。
焦粉由于其表面多孔,比表面積較大,在煉焦過程中,本身為惰性物,與活性組分的液態(tài)產物接觸面積大,其間的結合單純依靠固體顆粒對液相的吸附作用,因此配入量不宜過多。
焦粉一方面減少了半焦收縮和固化階段的揮發(fā)分析出量,降低了兩個階段的收縮度;另一方面由于多孔結構的剛性小,使焦餅收縮產生的應力較小,減少了焦炭的氣孔率,兩方面的結果都使焦炭塊度和抗碎性能增加,因此,在以往的生產實踐中焦粉經常被用作瘦化劑。
焦炭主要用于高爐煉鐵和用于銅、鉛、鋅、鈦、銻、等有色金屬的鼓風爐冶煉,起還原劑、發(fā)熱劑和料柱骨架作用。煉鐵高爐采用焦炭代替木炭,為現代高爐的大型化奠定了基礎,是冶金的一個重大里程碑。
為使高爐操作達到較好的技術經濟指標,冶煉用焦炭(冶金焦)必須具有適當的化學性質和物理性質,包括冶煉過程中的熱態(tài)性質。
焦炭除大量用于煉鐵和有色金屬冶煉(冶金焦)外,還用于鑄造、化工、和鐵合金,其質量要求有所不同。如鑄造用焦,一般要求粒度大、氣孔率低、固定碳高和硫分低;化工氣化用焦,對強度要求不嚴,但要求反應性好,灰熔點較高;生產用焦要求盡量提高固定碳含量。
焦炭是高溫干餾的固體產物,主要成分是碳,是具有裂紋和不規(guī)則的孔孢結構體(或孔孢多孔體)。
裂紋的多少直接影響到焦炭的力度和抗碎強度,其指標一般以裂紋度(指單位體積焦炭內的裂紋長度的多少)來衡量。
衡量孔孢結構的指標主要用氣孔率(只焦炭氣孔體積占總體積的百分數)來表示,它影響到焦炭的反應性和強度。不同用途的焦炭,對氣孔率指標要求不同,一般冶金焦氣孔率要求在40~45%,鑄造焦要求在35~40%,有些要求在30%左右。