Mit der rasanten Entwicklung der elektrolytischen Aluminiumindustrie hat sich die Aluminium-Vorbackanodenindustrie zu einem neuen Investitionsschwerpunkt entwickelt. Die Produktion von Vorbackanoden nimmt zu, Petrolkoks ist der wichtigste Rohstoff für Vorbackanoden, und seine Kennwerte haben einen gewissen Einfluss auf die Produktqualität.
Schwefelgehalt
Der Schwefelgehalt in Petrolkoks hängt hauptsächlich von der Rohölqualität ab. Generell gilt: Bei relativ niedrigem Schwefelgehalt sinkt der Anodenverbrauch mit steigendem Schwefelgehalt, da Schwefel die Verkokungsrate von Asphalt erhöht und dessen Porosität verringert. Gleichzeitig bindet Schwefel Metallverunreinigungen, wodurch deren katalytische Wirkung reduziert und die Reaktivität von Kohlenstoffanoden gegenüber Kohlendioxid und Luft gehemmt wird. Ist der Schwefelgehalt jedoch zu hoch, erhöht sich die thermische Sprödigkeit der Kohlenstoffanode. Da Schwefel während der Elektrolyse hauptsächlich in Form von Oxiden in die Gasphase übergeht, beeinträchtigt dies die Elektrolyseumgebung erheblich und führt zu hohen Anforderungen an den Umweltschutz. Zudem kann sich auf der Eisenschicht der Anodenstange eine Sulfatierung bilden, die den Spannungsabfall erhöht. Angesichts der stetig steigenden Rohölimporte und der sich verbessernden Verarbeitungsmethoden ist die zunehmende Verwendung von minderwertigem Petrolkoks unvermeidlich. Um sich an die veränderten Rohstoffbedingungen anzupassen, haben Hersteller von vorgebrannten Anoden und die elektrolytische Aluminiumindustrie zahlreiche technologische Transformationen und Durchbrüche erzielt. Untersuchungen chinesischer Produktionsunternehmen zufolge kann Petrolkoks mit einem Schwefelgehalt von etwa 3 % in der Regel direkt kalziniert werden.
Spurenelemente
Spurenelemente im Petrolkoks umfassen hauptsächlich Fe, Ca, V, Na, Si, Ni, P, Al, Pb usw. Aufgrund der unterschiedlichen Ölquellen der Erdölraffinerien variieren Zusammensetzung und Gehalt der Spurenelemente stark. Einige Spurenelemente, wie z. B. S und V, stammen aus dem Rohöl. Auch einige Alkali- und Erdalkalimetalle gelangen hinein, und während Transport und Lagerung gelangen Aschebestandteile wie Si, Fe und Ca in den Petrolkoks. Der Gehalt an Spurenelementen beeinflusst direkt die Lebensdauer vorgebrannter Anoden sowie die Qualität und Güte von elektrolytisch gewonnenen Aluminiumprodukten. Ca, V, Na, Ni und andere Elemente wirken stark katalytisch auf die anodische Oxidationsreaktion. Dies fördert die selektive Oxidation der Anode, führt zu Schlackenbildung und Verstopfungen und erhöht den Anodenverbrauch. Silizium (Si) und Eisen (Fe) beeinflussen maßgeblich die Qualität von Primäraluminium. Ein erhöhter Si-Gehalt steigert die Härte des Aluminiums und verringert die elektrische Leitfähigkeit. Ein erhöhter Fe-Gehalt hingegen hat großen Einfluss auf die Plastizität und Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung. Entsprechend den Produktionsanforderungen der Unternehmen sollte der Gehalt an Spurenelementen wie Fe, Ca, V, Na, Si und Ni in Petrolkoks begrenzt werden.
Flüchtige Stoffe
Der hohe Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im Petrolkoks deutet auf einen höheren Anteil an unverkoktem Material hin. Ein zu hoher Gehalt an flüchtigen Bestandteilen beeinträchtigt die Reindichte des kalzinierten Kokses und reduziert dessen Ausbeute. Ein angemessener Gehalt hingegen fördert die Kalzinierung des Petrolkokses. Nach der Kalzinierung bei hoher Temperatur sinkt der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen. Da die Anforderungen an den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen je nach Anwender variieren und die tatsächlichen Bedürfnisse von Herstellern und Anwendern berücksichtigt werden müssen, wird ein Grenzwert von 10–12 % festgelegt.
Asche
Die nach vollständiger Verbrennung des brennbaren Anteils von Petrolkoks bei einer hohen Temperatur von 850 °C und Luftzirkulation verbleibenden nicht brennbaren mineralischen Verunreinigungen (Spurenelemente) werden als Asche bezeichnet. Die Messung des Aschegehalts dient der Bestimmung des Gehalts an mineralischen Verunreinigungen (Spurenelementen) und damit der Beurteilung der Petrolkoksqualität. Die Kontrolle des Aschegehalts ermöglicht gleichzeitig die Kontrolle der Spurenelemente. Ein zu hoher Aschegehalt beeinträchtigt die Qualität der Anode und des Primäraluminiums. Unter Berücksichtigung der Anwenderbedürfnisse und der Produktionssituation der Unternehmen wird ein Aschegehalt von maximal 0,3–0,5 % empfohlen.
Feuchtigkeit
Die Hauptursachen für den Wassergehalt in Petrolkoks sind: Erstens wird der Petrolkoks beim Entladen des Koksturms durch hydraulisches Schneiden in das Koksbecken befördert; zweitens muss aus Sicherheitsgründen der noch nicht vollständig abgekühlte Petrolkoks nach dem Entladen besprüht werden, um ihn abzukühlen; drittens wird Petrolkoks in Koksbecken und Lagerplätzen im Freien gelagert, wodurch sein Feuchtigkeitsgehalt auch von der Umgebung beeinflusst wird; viertens weist Petrolkoks unterschiedliche Strukturen und ein unterschiedliches Feuchtigkeitsbindungsvermögen auf.
Cola-Gehalt
Die Partikelgröße von Petrolkoks hat einen großen Einfluss auf die tatsächliche Ausbeute, den Energieverbrauch und den Kalzinierungskoks. Petrolkoks mit hohem Pulverkoksanteil weist während des Kalzinierungsprozesses erhebliche Kohlenstoffverluste auf. Unregelmäßigkeiten und andere Faktoren können leicht zu Problemen wie vorzeitigem Bruch des Ofenkörpers, Überbrennen, Verstopfung des Auslassventils, lockerem und leicht pulverisiertem Kalzinierungskoks führen und die Lebensdauer des Kalzinators beeinträchtigen. Gleichzeitig werden die Reindichte, die Stampfdichte, die Porosität und die Festigkeit des Kalzinierungskokses sowie sein spezifischer Widerstand und seine Oxidationsbeständigkeit maßgeblich beeinflusst. Aufgrund der spezifischen Gegebenheiten der inländischen Petrolkoksproduktion wird der Anteil an Pulverkoks (5 mm) auf 30–50 % begrenzt.
Shot-Coke-Gehalt
Kugelkoks, auch als Schrotkoks bekannt, ist relativ hart, dicht und porenfrei und liegt in Form kugelförmiger, geschmolzener Massen vor. Seine Oberfläche ist glatt, die innere Struktur weicht jedoch von der äußeren ab. Aufgrund der fehlenden Poren an der Oberfläche dringt das Bindemittel Steinkohlenteerpech beim Vermengen nur schwer in den Koks ein, was zu schwacher Bindung und inneren Defekten führt. Zudem besitzt Kugelkoks einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der beim Brennen der Anode leicht zu Thermoschockrissen führen kann. Der für die vorgebrannte Anode verwendete Petrolkoks darf keinen Kugelkoks enthalten.
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Veröffentlichungsdatum: 20. Dezember 2022