炭與煤是否是一回事？

【專家解說】：碳素 炭和石墨材料是以碳元素為主的非金屬固體材料，其中炭材料基本上由非石墨質碳組成的材料，而石墨材料則是基本上由石墨質碳組成的材料。為了簡便起見，有時也把炭和石墨材料統(tǒng)稱為炭素材料（或碳材料）。 炭素制品按產(chǎn)品用途可分為石墨電極類、炭塊類、石墨陽極類、炭電極類、糊類、電炭類、炭素纖維類、特種石墨類、石墨熱交換器類等。石墨電極類根據(jù)允許使用電流密度大小，可分為普通功率石墨電極。高功率電極、超高功率電極。炭塊按用途可分為高爐炭塊、鋁用炭塊、電爐塊等。炭素制品按加工深度高低可分為炭制品、石墨制品、炭纖維和石墨纖維等。炭素制品按原料和生產(chǎn)工藝不同，可分為石墨制品、炭制品、炭素纖維、特種石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分為多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。 我國炭素制品的國家技術標準和部頒技術標準是按產(chǎn)品不同的用途和不同的生產(chǎn)工藝過程進行分類的。這種分類方法，基本上反映了產(chǎn)品的不同用途和不同生產(chǎn)過程，也便于進行核算，因此其計算方法也采用這種分類標準。下面介紹炭素制品的分類及說明。 一、炭和石墨制品 (一)石墨電極類 主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導體，根據(jù)其質量指標高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。石墨電極包括： （1）普通功率石墨電極。允許使用電流密度低于 17A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等的普通功率電爐。 （2）抗氧化涂層石墨電極。表面涂覆一層抗氧化保護層的石墨電極，形成既能導電又耐高溫氧化的保護層，降低煉鋼時的電極消耗。 （3）高功率石墨電極。允許使用電流密度為18～25A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。 （4）超高功率石墨電極。允許使用電流密度大于 25A／厘米 2的石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。 （二）石墨陽極類 主要以石油焦為原料，煤瀝青作粘結劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、浸漬、石墨化、機加工而制成。一般用于電化學工業(yè)中電解設備的導電陽極。包括： （1）各種化工用陽極板。 （2）各種陽極棒。 （三）特種石墨類 主要以優(yōu)質石油焦為原料，煤瀝青或合成樹脂為粘結劑，經(jīng)原料制備、配料、混捏、壓片、粉碎、再混捏、成型、多次焙燒、多次侵漬、純化及石墨化、機加工而制成。一般用于航天、電子、核工業(yè)部門。 它包括光譜純石墨，高純、高強、高密以及熱解石墨等。 （四）石墨熱交換器 將人造石墨加工成所需要的形狀，再用樹脂浸漬和固化而制成的用于熱交換的不透性石墨制品，它是以人造不透性石墨為基體加工而成的換熱設備，主要用于化學工業(yè)。包括： （1）塊孔式熱交換器； （2）徑向式熱交換器； （3）降膜式熱交換器； （4）列管式熱交換器。 （五）炭電極類 以炭質材料如無煙煤和冶金焦（或石油焦）為原料、煤瀝青為粘結劑，不經(jīng)過石墨化，經(jīng)壓制成型而燒成的導電電極。它不適合熔煉高級合金鋼的電爐。包括： （l）多灰電極（用無煙煤、冶金焦、瀝青焦生產(chǎn)的電極）； （2）再生電極（用人造石墨、天然石墨生產(chǎn)的電極）； （3）炭電阻棒（即炭素格子磚）； （4）炭陽極（用石油焦生產(chǎn)的預焙陽極）； （5）焙燒電極毛坯。 （六）炭塊類 以無煙煤、冶金焦為主要原料，煤瀝青為粘結劑，經(jīng)原料制備、配料、混粘、成型、焙燒、機加工而制成。其中高爐炭塊作為耐高溫抗腐蝕材料用于砌筑高爐內(nèi)襯；底部炭塊、側部炭塊、電爐塊則用于鋁電解槽和鐵合金電爐等。包括： （1）高爐炭塊； （2）鋁槽炭塊（底部炭塊及側部炭塊）； （3）電爐炭塊。 （七）炭糊類 以石油焦、無煙煤、冶金焦為主要原料，煤瀝青為粘結劑而制成。有的用于各種連續(xù)自焙電爐作為導電電極使用的電極糊；有的用于連續(xù)自焙式鋁槽作為導電陽極使用的陽極糊；有的用于高爐砌筑的填料和耐火泥漿的粗縫糊和細縫糊。高爐用自焙炭塊雖用途不同，但和糊類制品的生產(chǎn)工藝相仿，暫歸在糊類制品內(nèi)。包括： （1）陽極糊； （2）電極糊（包括標準、非標準電極糊）； （3）底糊（包括多灰、少灰底糊）； （4）密閉糊（包括多灰、少灰密閉糊）； （5）其它糊（包括粗縫糊、細縫糊、自焙炭磚等）。 （八）非標準炭、石墨制品類 這是指用炭、石墨制品經(jīng)過進一步加工而改制成的各種異型炭、石墨制品。包括鏟型陽極、制氟陽極以及各種規(guī)格的坩堝、板、棒、塊等異型品。 （九）不透性石墨類 這是指經(jīng)樹脂及各種有機物浸漬、加工而制成的各種石墨異型品，包括熱交換器的基體塊。 （十）電炭產(chǎn)品類 這是指炭精棒、電刷等產(chǎn)品。 二、炭素纖維 它包括各種炭纖維、石墨纖維、預氧絲、炭布、炭帶、炭繩、炭氈及其復合材料。其中炭纖維為含碳量高于93％的纖維。用聚丙烯睛纖維、粘膠絲和瀝青纖維經(jīng)碳化制成。熱處理溫度由低至高，可分別制成耐熱纖維、碳化纖維和石墨纖維。 碳黑 據(jù)記載,中國是世界上最早生產(chǎn)炭黑的國家之一。在古時候,人們焚燒動植物油、松樹枝,收集火煙凝成的黑灰,用來調制墨和黑色顏料。這種被稱之為“炱”的黑灰就是最早的炭黑。 1821 年人們在北美地區(qū)首次用天然氣為原料生產(chǎn)炭黑,從此炭黑不再是“炱”那么簡單,它是“氣態(tài)或液態(tài)的碳氫化合物在空氣不足的條件下進行不完全燃燒或熱裂分解所生成的無定形碳,為疏松、質輕而極細的黑色粉末”。大片油氣田相繼開采,源源不斷的原料供應推動炭黑生產(chǎn)由手工操作邁入了大規(guī)模工業(yè)化時代。 1912 年人們發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠具有補強作用,從此炭黑逐漸成為橡膠工業(yè)不可缺少的原材料。目前世界橡膠工業(yè)原材料耗用量排在第一位的是生膠,第二位的是炭黑;換言之,炭黑已成為消費量最大的橡膠配合劑。炭黑的耗用量一般占橡膠耗用量的40%～50% ,也就是說,在橡膠配方中,通常每使用2 份橡膠就會搭配使用1 份炭黑。 炭黑的結構性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來表示的。由凝聚體的尺寸、形態(tài)和每一凝聚體中的粒子數(shù)量構成的凝聚體組成的炭黑稱為高結構炭黑。目前常用吸油值表示結構性，吸油值越大，炭黑結構性越高，容易形成空間網(wǎng)絡通道，而且不易破壞。高結構炭黑顆粒細，網(wǎng)狀鏈堆積緊密，比表面積大，單位質量顆粒多，有利于在聚合物中形成鏈式導電結構，其中在眾多炭黑品種中以乙炔炭黑為最佳。粒徑分布寬的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能賦予聚合物導電性，并用統(tǒng)計方法解釋這個現(xiàn)象。粒徑分布寬的炭黑，少數(shù)大直徑粒子需要數(shù)目巨大，直徑更小的粒子給予補償，相同平均粒徑分布寬的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子總數(shù)。 大部分都是探討導電粒子接觸的幾何學研究。該理論認為，炭黑填充量越大，處于分散狀態(tài)的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大，粒子間的平均距離越小，相互接觸的幾率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導電通路也越多。不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大，炭黑臨界體積分數(shù)就越大，意味著體系的導電性下降，因為炭黑表面含有很強的極性基團，基體極性大，作用增強，這時強度增加，卻妨礙導電粒子自身的凝集，以致導電性差。 但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由于不同基體的極性不同，填充炭黑會產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，這時導電性能取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態(tài)，還取決于偏析相高聚物所占比例。 碳黑的表面積也是相當重要的，碳黑比表面積研究和相關數(shù)據(jù)報告中，只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，因為國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的。(GB.T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質比表面積的方法。比表面積測定分析有專用的比表面積測試儀，國內(nèi)比較成熟的是動態(tài)氮吸附法，現(xiàn)有國產(chǎn)儀器中大多數(shù)還只能進行直接對比法的，，北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠實現(xiàn)BET法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ匾谋本┙鸢ＷV科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，，其測試結果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確