Разновидности кок: классификация и особенности¶

Кок — это твёрдый углеродсодержащий материал, получаемый путём пиролиза (нагрева без доступа воздуха) различных углеродсодержащих веществ: каменного угля, нефтяных остатков, торфа, древесины и других. В зависимости от исходного сырья, температуры и технологии производства выделяют несколько принципиально разных видов кокса, различающихся по составу, структуре, физико-механическим свойствам и областям применения. Основными потребителями кокса являются металлургия, химическая промышленность и производство углеродных материалов.

¶Классификация по исходному сырью

Наиболее распространённый принцип разделения кокса — по типу сырья, из которого он получен. Именно природа исходного материала определяет ключевые свойства готового продукта.

¶Каменноугольный кокс

Каменноугольный кокс — основной и наиболее массовый вид. Его получают из специальных коксующихся углей методом высокотемпературного пиролиза (коксования) при температурах 900–1100 °C в коксовых печах. Продукт отличается высокой прочностью, пористостью и низким содержанием летучих веществ. Применяется главным образом в доменном производстве как топливо и восстановитель железной руды, а также в литейном производстве и цветной металлургии.

По фракционному составу выделяют:

• доменный кокс — крупный (обычно более 25 мм), с высокой механической прочностью;
• литейный кокс — более мелкий, с повышенной реакционной способностью;
• коксовая мелочь — фракция менее 10 мм, используемая в агломерации и энергетике.

¶Нефтяной кокс

Нефтяной кокс образуется при термической переработке тяжёлых нефтяных остатков (гудрона, крекинг-остатков) в процессе замедленного коксования или коксования в псевдоожиженном слое. В зависимости от содержания серы и структуры различают:

• анодный (малосернистый) кокс — сырьё для производства анодов в алюминиевой промышленности;
• игольчатый кокс — обладает анизотропной волокнистой структурой, применяется для изготовления графитированных электродов;
• топливный (высокосернистый) кокс — используется как энергетическое топливо.

¶Пековый кокс

Пековый кокс получают из каменноугольного или нефтяного пека. Он отличается низким содержанием серы и золы, высокой плотностью и используется в производстве электродов, углеродных волокон и конструкционных графитов.

¶Древесный кокс

Древесный кокс (не путать с древесным углём) образуется при пиролизе древесины при относительно высоких температурах. Содержит больше золы и меньше углерода, чем каменноугольный. Применяется в цветной металлургии, производстве карбида кальция и как восстановитель в специальных процессах.

¶Торфяной кокс

Торфяной кокс получают коксованием торфа. Характеризуется повышенной зольностью и используется ограниченно — преимущественно как местное топливо и сырьё для получения углеродных сорбентов.

¶Классификация по назначению

По целевому использованию кокс делят на несколько групп:

¶Классификация по температуре получения

Температура коксования существенно влияет на свойства продукта:

• низкотемпературный кокс (полукокс) — получают при 500–700 °C; содержит больше летучих веществ, обладает повышенной реакционной способностью;
• среднетемпературный кокс — 700–900 °C;
• высокотемпературный кокс — свыше 900 °C; наиболее плотный и прочный, основной тип для металлургии.

¶Классификация по структуре

По микроструктуре различают:

• слоистый (ламеллярный) кокс — с выраженной слоистостью, типичен для нефтяных остатков;
• волокнистый (игольчатый) — с вытянутыми анизотропными зёрнами;
• сферический — с изотропными глобулярными элементами;
• пористый — с развитой системой пор, характерен для каменноугольного кокса.

Структура определяется условиями коксования и природой сырья и напрямую влияет на такие показатели, как прочность, реакционная способность и электропроводность.

¶Показатели качества

Независимо от вида, кокс оценивают по ряду стандартных характеристик:

• содержание углерода (обычно 85–98 %);
• зольность;
• содержание серы и фосфора;
• выход летучих веществ;
• механическая прочность (по барабану, истираемость);
• пористость и насыпная плотность;
• реакционная способность (CRI) и прочность после реакции (CSR).

Для металлургического кокса наиболее значимы прочность и низкое содержание серы; для анодного — минимальная зольность и содержание примесей.

¶Применение разных видов

Металлургический каменноугольный кокс — ключевой компонент доменной шихты, выполняющий одновременно роль топлива, восстановителя и разрыхлителя столба шихты. Нефтяной игольчатый кокс служит сырьём для электродов дуговых печей и анодов алюминиевых электролизёров. Пековый кокс применяется в высокотехнологичных углеродных материалах. Древесный и торфяной кокс используются в ограниченных нишах — от производства карбида кальция до получения активированных углей.

¶Мировое производство

Основные объёмы производства приходятся на каменноугольный кокс, выпускаемый преимущественно в странах с развитой металлургией — Китае, Индии, России, Японии. Нефтяной кокс производится на нефтеперерабатывающих заводах по всему миру, причём значительная доля приходится на высокосернистые топливные сорта. Точные объёмы зависят от конъюнктуры рынка стали и алюминия.

¶Экологические аспекты

Коксохимическое производство относится к экологически напряжённым отраслям: выделяются летучие органические соединения, бензол, сероводород, пыль. Современные технологии предусматривают улавливание коксового газа, очистку сточных вод и бездымную загрузку печей. Высокосернистый нефтяной кокс при сжигании даёт значительные выбросы диоксида серы, что ограничивает его применение в ряде регионов.