पेट्रोलियम कोक की सूक्ष्म संरचना (सुई जैसी, स्पंजी और गोली जैसी) कैल्सीनेशन संकुचन दर और वास्तविक घनत्व पर क्या प्रभाव डालती है?

1. नीडल कोक: कम संकुचन और उच्च वास्तविक घनत्व का एक विशिष्ट उदाहरण

• संरचनात्मक विशेषताएँ: नीडल कोक में रेशेदार या लम्बी संरचना होती है जिसमें सुव्यवस्थित ढंग से लम्बी अंडाकार छिद्र होते हैं। यह संरचना कैल्सीनेशन के दौरान उत्कृष्ट सघनता क्षमता प्रदर्शित करती है।
• कैल्सीनेशन संकुचन:
  • नीडल कोक में संकुचन की दर अपेक्षाकृत कम होती है, जो आमतौर पर 10% से 20% तक होती है। इसकी रेशेदार संरचना उच्च तापमान पर आणविक पुनर्व्यवस्था और छिद्रों के बंद होने के माध्यम से संकुचन प्राप्त करती है, जबकि छिद्रों की व्यवस्थित व्यवस्था अव्यवस्थित संकुचन के लिए स्थान को कम करती है, जिससे समग्र संकुचन दर कम हो जाती है।
  • उदाहरण के लिए, 1300 डिग्री सेल्सियस पर कैल्सीनेशन करने पर, सुईनुमा कोक का आयतनिक संकुचन स्पंज कोक की तुलना में केवल आधा हो सकता है, क्योंकि इसमें तापीय तनाव को समान रूप से वितरित करने की क्षमता होती है।
• वास्तविक घनत्व:
  • नीडल कोक का वास्तविक घनत्व उच्च होता है, जो आमतौर पर 2.10–2.15 ग्राम/सेमी³ तक पहुँच जाता है। यह इसके उच्च स्तर के ग्रेफाइटीकरण और सघन क्रिस्टलीय संरचना को दर्शाता है, जो इसकी रेशेदार संरचना में कार्बन परतों की व्यवस्थित व्यवस्था से निकटता से संबंधित है।
  • अध्ययनों से पता चलता है कि संरचनात्मक दोषों की कम संख्या और कार्बन परतों की सघन संरचना के कारण, नीडल कोक का वास्तविक घनत्व स्पंज कोक की तुलना में लगभग 5%–10% अधिक होता है।

2. स्पंज कोक: उच्च संकुचन और कम वास्तविक घनत्व का एक विशिष्ट उदाहरण

• संरचनात्मक विशेषताएं: स्पंज कोक में अनियमित आकार और वितरण वाले छिद्रों, पतली चारकोल दीवारों और भंगुरता के साथ एक छिद्रपूर्ण, स्पंज जैसी संरचना होती है।
• कैल्सीनेशन संकुचन:
  • स्पंज कोक में संकुचन की दर काफी अधिक होती है, जो आमतौर पर 30% से 50% तक होती है। इसकी अव्यवस्थित छिद्रपूर्ण संरचना वाष्पशील पदार्थों के निकलने और ऊष्मीय तनाव के संकेंद्रण के कारण कैल्सीनेशन के दौरान छिद्रों के ढहने की संभावना रखती है, जिससे काफी संकुचन होता है।
  • उदाहरण के लिए, 1200 डिग्री सेल्सियस पर कैल्सीनेशन करने पर, स्पंज कोक का आयतनिक संकुचन 40% से अधिक हो सकता है, जो कि नीडल कोक की तुलना में कहीं अधिक है।
• वास्तविक घनत्व:
  • स्पंज कोक का वास्तविक घनत्व अपेक्षाकृत कम होता है, जो आमतौर पर 1.90 और 2.05 ग्राम/सेमी³ के बीच होता है। इसका कारण इसकी संरचना में बड़ी संख्या में अवशिष्ट छिद्र और कार्बन परतों की अव्यवस्थित व्यवस्था है, जिसके परिणामस्वरूप कई क्रिस्टलीय दोष उत्पन्न होते हैं।
  • नीडल कोक की तुलना में, अपर्याप्त सघनता के कारण स्पंज कोक का वास्तविक घनत्व 10%–15% कम हो सकता है।

3. शॉट कोक: मध्यम संकुचन और वास्तविक घनत्व वाली एक मध्यवर्ती अवस्था

• संरचनात्मक विशेषताएं: शॉट कोक गोलाकार या गोली के आकार का दिखाई देता है, जिसकी सतह कठोर होती है और उसमें कुछ ही छिद्र होते हैं, जो नीडल कोक और स्पंज कोक के बीच की एक मध्यवर्ती संरचनात्मक अवस्था को दर्शाता है।
• कैल्सीनेशन संकुचन:
  • शॉट कोक में आमतौर पर 20% से 30% तक संकुचन दर होती है। इसकी गोलाकार संरचना कैल्सीनेशन के दौरान सतह तनाव के कारण संकुचित होती है, लेकिन सीमित आंतरिक छिद्र संकुचन की मात्रा को सीमित कर देते हैं।
  • उदाहरण के लिए, 1250 डिग्री सेल्सियस पर कैल्सीनेशन करने पर, शॉट कोक का आयतनिक संकुचन 25% हो सकता है, जो नीडल कोक और स्पंज कोक के बीच आता है।
• वास्तविक घनत्व:
  • शॉट कोक का वास्तविक घनत्व आमतौर पर 2.00 और 2.10 ग्राम/सेमी³ के बीच होता है। इसकी संरचनात्मक सघनता स्पंज कोक से बेहतर लेकिन नीडल कोक से कम होती है, जिसके परिणामस्वरूप इसका वास्तविक घनत्व मध्यवर्ती होता है।
  • शोध से पता चलता है कि शॉट कोक का वास्तविक घनत्व स्पंज कोक की तुलना में लगभग 5% अधिक होता है, लेकिन नीडल कोक की तुलना में 3% से 5% कम होता है।

संरचना-गुण संबंधों का व्यापक विश्लेषण

• संकुचन तंत्र:
  • नीडल कोक की व्यवस्थित रेशेदार संरचना अव्यवस्थित संकुचन मार्गों को कम करती है, जिससे इसकी संकुचन दर कम हो जाती है; स्पंज कोक की अव्यवस्थित छिद्रयुक्त संरचना छिद्रों के ढहने के कारण उच्च संकुचन की ओर ले जाती है; शॉट कोक की गोलाकार संरचना पृष्ठ तनाव के माध्यम से मध्यम संकुचन प्राप्त करती है।
• वास्तविक घनत्व तंत्र:
  • वास्तविक घनत्व सीधे क्रिस्टलीय संरचना के सघनता से संबंधित है। नीडल कोक की व्यवस्थित कार्बन परत व्यवस्था और कम दोष घनत्व के कारण इसका वास्तविक घनत्व अधिक होता है; स्पंज कोक की अव्यवस्थित संरचना और अवशिष्ट छिद्र वास्तविक घनत्व को कम करते हैं; शॉट कोक में मध्यवर्ती गुण पाए जाते हैं।
• प्रक्रिया अनुकूलन संबंधी सुझाव:
  • कम संकुचन और उच्च वास्तविक घनत्व की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों (जैसे, उच्च-शक्ति वाले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड) के लिए, नीडल कोक को प्राथमिकता दी जाती है;
  • कम प्रदर्शन आवश्यकताओं वाले लागत-संवेदनशील अनुप्रयोगों (जैसे, ईंधन) के लिए, स्पंज कोक या शॉट कोक अधिक उपयुक्त हो सकते हैं;
  • कैल्सीनेशन तापमान (जैसे, 1300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) और हीटिंग दर (जैसे, 50 डिग्री सेल्सियस/मिनट से नीचे) को समायोजित करके नीडल कोक के वास्तविक घनत्व और संकुचन को और अधिक अनुकूलित किया जा सकता है।