पेट्रोलियम कोकच्या सूक्ष्म संरचनेचा (सुईसारखी, स्पंजी आणि गोळीसारखी) कॅल्सीनेशन आकुंचन दर आणि वास्तविक घनतेवर काय प्रभाव पडतो?

१. नीडल कोक: कमी आकुंचन आणि उच्च वास्तविक घनतेचे एक प्रातिनिधिक उदाहरण

• संरचनात्मक वैशिष्ट्ये: नीडल कोकची रचना तंतुमय किंवा लांबट असून, त्यात सुव्यवस्थितपणे मांडलेली लांबट लंबवर्तुळाकार छिद्रे असतात. ही रचना कॅल्सिनेशन प्रक्रियेदरम्यान उत्कृष्ट घनीकरण क्षमता दर्शवते.
• कॅल्सिनेशन आकुंचन:
  • नीडल कोकचा आकुंचन दर तुलनेने कमी असतो, जो साधारणपणे १०% ते २०% पर्यंत असतो. त्याच्या तंतुमय रचनेमुळे उच्च तापमानात रेणूंची पुनर्रचना आणि छिद्रे बंद होण्याद्वारे आकुंचन साधले जाते, तर छिद्रांची सुव्यवस्थित रचना अव्यवस्थित आकुंचनासाठीची जागा कमी करते, ज्यामुळे एकूण आकुंचन दर कमी होतो.
  • उदाहरणार्थ, 1300°C तापमानावर कॅल्सिनेशन केल्यावर, उष्णतेचा ताण एकसमानपणे पसरवण्याच्या क्षमतेमुळे, नीडल कोकचे आकारमानातील आकुंचन स्पंज कोकच्या तुलनेत केवळ अर्धेच असू शकते.
• खरी घनता:
  • नीडल कोकची खरी घनता जास्त असते, जी साधारणपणे २.१०–२.१५ ग्रॅम/सेमी³ पर्यंत पोहोचते. हे त्याच्या उच्च दर्जाच्या ग्राफायटीकरण आणि दाट स्फटिकमय रचनेला दर्शवते, जे त्याच्या तंतुमय रचनेतील कार्बनच्या थरांच्या सुव्यवस्थित मांडणीशी जवळून संबंधित आहे.
  • अभ्यासातून असे दिसून येते की, कमी संरचनात्मक दोष आणि कार्बन थरांच्या अधिक घट्ट रचनेमुळे, नीडल कोकची खरी घनता स्पंज कोकपेक्षा अंदाजे ५% ते १०% जास्त असते.

२. स्पंज कोक: उच्च आकुंचन आणि कमी वास्तविक घनतेचे एक प्रातिनिधिक उदाहरण

• संरचनात्मक वैशिष्ट्ये: स्पंज कोकची रचना सच्छिद्र, स्पंजसारखी असून त्यात अनियमित आकाराची आणि वितरीत झालेली छिद्रे, पातळ कोळशाच्या भिंती (चार वॉल्स) आणि ठिसूळपणा असतो.
• कॅल्सिनेशन आकुंचन:
  • स्पंज कोकमध्ये आकुंचनाचा दर जास्त असतो, जो साधारणपणे ३०% ते ५०% पर्यंत असतो. त्याच्या अव्यवस्थित सच्छिद्र संरचनेत, कॅल्सीनेशन प्रक्रियेदरम्यान बाष्पशील पदार्थांचे उत्सर्जन आणि औष्णिक ताणाच्या केंद्रीकरणामुळे छिद्रे कोसळण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे लक्षणीय आकुंचन होते.
  • उदाहरणार्थ, 1200°C तापमानावर कॅल्सिनेशन केल्यावर, स्पंज कोकचे आकारमान आकुंचन 40% पेक्षा जास्त असू शकते, जे नीडल कोकच्या तुलनेत खूप जास्त आहे.
• खरी घनता:
  • स्पंज कोकची खरी घनता तुलनेने कमी असते, साधारणपणे १.९० ते २.०५ ग्रॅम/सेमी³ दरम्यान. याचे कारण म्हणजे त्याच्या संरचनेतील मोठ्या संख्येने असलेले अवशिष्ट छिद्र आणि कार्बनच्या थरांची अव्यवस्थित मांडणी, ज्यामुळे असंख्य स्फटिकीय दोष निर्माण होतात.
  • अपुऱ्या घनीकरणामुळे, नीडल कोकच्या तुलनेत स्पंज कोकची खरी घनता १०% ते १५% कमी असू शकते.

३. शॉट कोक: मध्यम आकुंचन आणि खरी घनता असलेली एक मध्यवर्ती अवस्था

• संरचनात्मक वैशिष्ट्ये: शॉट कोक गोलाकार किंवा गोळीसारखा दिसतो, त्याचा पृष्ठभाग कठीण असतो आणि त्यात कमी छिद्रे असतात. तो नीडल कोक आणि स्पंज कोक यांच्यामधील एक संरचनात्मक मध्यस्थ असतो.
• कॅल्सिनेशन आकुंचन:
  • शॉट कोकचा आकुंचन दर साधारणपणे २०% ते ३०% असतो. कॅल्सिनेशन प्रक्रियेदरम्यान पृष्ठताणामुळे त्याच्या गोलाकार संरचनेत आकुंचन होते, परंतु मर्यादित अंतर्गत सच्छिद्रतेमुळे आकुंचनाची व्याप्ती मर्यादित राहते.
  • उदाहरणार्थ, 1250°C तापमानावर कॅल्सिनेशन केल्यावर, शॉट कोकचे आकारमान आकुंचन 25% असू शकते, जे नीडल कोक आणि स्पंज कोक यांच्या दरम्यान येते.
• खरी घनता:
  • शॉट कोकची वास्तविक घनता साधारणपणे २.०० ते २.१० ग्रॅम/सेमी³ च्या दरम्यान असते. त्याचे संरचनात्मक घनीकरण स्पंज कोकपेक्षा श्रेष्ठ परंतु नीडल कोकपेक्षा कनिष्ठ असते, परिणामी त्याची वास्तविक घनता मध्यम स्वरूपाची असते.
  • संशोधनातून असे दिसून आले आहे की शॉट कोकची खरी घनता स्पंज कोकपेक्षा अंदाजे ५% जास्त असते, परंतु नीडल कोकपेक्षा ३% ते ५% कमी असते.

संरचना-गुणधर्म संबंधांचे सर्वसमावेशक विश्लेषण

• आकुंचन यंत्रणा:
  • नीडल कोकची सुव्यवस्थित तंतुमय रचना अव्यवस्थित आकुंचन मार्ग कमी करते, ज्यामुळे त्याचा आकुंचन दर कमी होतो; स्पंज कोकच्या अव्यवस्थित सच्छिद्र रचनेमुळे छिद्रे कोसळून जास्त आकुंचन होते; शॉट कोकची गोलाकार रचना पृष्ठताणामुळे मध्यम आकुंचन साधते.
• खरी घनता यंत्रणा:
  • खरी घनता ही स्फटिकमय संरचनेच्या घनीकरणाशी थेट संबंधित असते. नीडल कोकमधील कार्बनच्या थरांची सुव्यवस्थित रचना आणि कमी दोष घनतेमुळे उच्च खरी घनता प्राप्त होते; स्पंज कोकमधील अव्यवस्थित रचना आणि अवशिष्ट छिद्रांमुळे खरी घनता कमी होते; शॉट कोकमध्ये या दोन्हीच्या मधले गुणधर्म आढळतात.
• प्रक्रिया सुव्यवस्थीकरणासाठी शिफारसी:
  • कमी आकुंचन आणि उच्च वास्तविक घनता आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी (उदा., उच्च-शक्तीचे ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड), नीडल कोक पसंत केला जातो;
  • कमी कार्यक्षमतेची आवश्यकता असलेल्या आणि खर्चाच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या अनुप्रयोगांसाठी (उदा., इंधन), स्पंज कोक किंवा शॉट कोक अधिक योग्य असू शकतात;
  • कॅल्सीनेशन तापमान (उदा., 1300°C पेक्षा जास्त) आणि तापवण्याचा दर (उदा., 50°C/मिनिट पेक्षा कमी) समायोजित करून नीडल कोकची खरी घनता आणि आकुंचन आणखी अनुकूलित केले जाऊ शकते.