詹 兵

（方大喜科墨（江蘇）針狀焦科技有限公司，江蘇 徐州 221300）

針狀焦具有結(jié)晶度高、熱膨脹系數(shù)小、取向性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)電爐煉鋼行業(yè)的高功率和超高功率石墨電極、特種炭素制品及鋰電池負(fù)極材料等領(lǐng)域。

根據(jù)生產(chǎn)原料的不同，針狀焦可分為油系針狀焦與煤系針狀焦。煤系針狀焦的生產(chǎn)工藝包括原料預(yù)處理、延遲焦化、煅燒3個(gè)工序，其中不同生產(chǎn)工藝的延遲焦化與煅燒工序大致相同。根據(jù)預(yù)處理工藝的不同，煤系針狀焦的生產(chǎn)方法又分為蒸餾法、離心法、溶劑法、改質(zhì)法，目前應(yīng)用較多且比較成熟的工藝是溶劑法。

生產(chǎn)煤系針狀焦的主要原料為軟瀝青（Soft Oil Pitch，簡(jiǎn)稱SOP），通常含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～9%的喹啉不溶物（QI），QI附著在中間相周圍，阻礙球狀晶體的長(zhǎng)大、融并，焦化后也不能得到纖維結(jié)構(gòu)良好的針狀焦組織，影響針狀焦的品質(zhì)，特別是熱膨脹系數(shù)，因此需對(duì)SOP進(jìn)行預(yù)處理，除去其中防礙小球體生長(zhǎng)的QI，使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%，這是用SOP生產(chǎn)針狀焦的必要條件和關(guān)鍵工序。

在溶劑法生產(chǎn)煤系針狀焦的預(yù)處理工序中，作為中間控制的重要參數(shù)QI，需及時(shí)檢測(cè)其含量，跟蹤生產(chǎn)，其采樣頻率一般為每2 h 1次，而常規(guī)QI的測(cè)試采用重量分析法，耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)試單個(gè)樣品需3 h以上，顯然不適合作為中間控制測(cè)試方法。

本文探討了一種快速測(cè)定溶劑法煤系針狀焦預(yù)處理工序QI的分析方法——快速Q(mào)I色度法：將樣品經(jīng)溶劑喹啉充分溶解、玻璃纖維濾紙過(guò)濾、丙酮洗滌后，用色差儀（Color Computer）測(cè)試過(guò)濾后濾紙的色度，并建立了常規(guī)QI測(cè)試值（重量分析法QI值）與色度的相關(guān)線性方程。單次樣品測(cè)試報(bào)告時(shí)間僅約30 min。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)器具、裝置、試劑

恒溫水浴、抽濾裝置（Aspirator）、抽濾瓶、玻璃纖維濾紙（型號(hào)GS-25）、色差儀（型號(hào)Konica Minolta DP-400）、分光光度計(jì)（型號(hào)Hach DR3900）、燒杯（100 mL）、玻璃過(guò)濾器（G5）、真空泵、烘箱、喹啉（AR，APHA色度＜250）、丙酮（AR）等。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

1.2.1 軟瀝青(SOP)：QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～9%，來(lái)自上游供應(yīng)商。

1.2.2 精制瀝青（UP）：QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.1%，來(lái)自工廠預(yù)處理工序。

1.2.3 不同QI含量的UP樣品調(diào)制

在定量UP（QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.016 1%）中加入不同量已知QI含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.03%）的SOP，攪拌混勻，制得不同QI含量的UP樣品。不同QI值的UP樣品調(diào)制方法見(jiàn)表1。

表1 不同QI值的UP樣品調(diào)制方法

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 常規(guī)法（重量分析法）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）精確稱量2 g樣品到100 mL燒杯中，加入20 mL約80℃的喹啉，用玻璃棒攪拌后，置于80℃的水浴中加熱30 min。加熱過(guò)程中，每5 min用玻璃棒攪拌1次，最后10 min不要攪拌。

（2）用已恒重的玻璃過(guò)濾器抽濾。

（3）用80℃的喹啉洗滌燒杯及過(guò)濾器，直到濾液和喹啉變成同一顏色為止，然后用丙酮（每次5 mL）清洗4次。

（4）將過(guò)濾器放入約110℃的烘箱內(nèi)干燥2 h，冷卻，稱重。

（5）QI值的計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中：ω(QI)為QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m1為過(guò)濾器和殘留成分的質(zhì)量，g；m2為過(guò)濾器的質(zhì)量，g；ms為樣品質(zhì)量，g。

1.3.2 快速Q(mào)I色度法實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將喹啉在80℃的恒溫水浴中預(yù)熱。

（2）稱取1 g±0.01 g樣品，置于100 mL玻璃燒杯中，加入50 mL預(yù)熱好的喹啉，置于恒溫水浴中攪拌1 min，使樣品充分溶解。

（3）打開(kāi)抽濾裝置(Aspirator)，將上一步溶解后的樣品倒入過(guò)濾器中。向空燒杯中加入25 mL喹啉洗滌，攪拌后倒入過(guò)濾器中。再向空燒杯中加入25 mL喹啉洗滌，攪拌后倒入過(guò)濾器中。

（4）向空燒杯中加入50 mL丙酮洗滌，倒入過(guò)濾器中。

（5）待溶液抽干后，關(guān)閉抽濾裝置。

（6）用鑷子取出濾紙，置于白紙上，待濾紙干后用色差儀測(cè)量色度，并記錄數(shù)據(jù)。該方法單次樣品測(cè)試報(bào)告時(shí)間約30 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品常規(guī)QI值與快速Q(mào)I色度的相關(guān)性

依照表1調(diào)制好不同QI含量的UP樣品，分別用常規(guī)法和快速Q(mào)I色度法測(cè)試其QI值與色度值，并用色度值對(duì)QI值作圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 快速Q(mào)I色度值與常規(guī)QI值的關(guān)系

由圖1可知，快速Q(mào)I色度值與常規(guī)QI值間存在良好的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)接近0.98。由擬合的線性回歸方程可知：當(dāng)UP樣品中QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，其色度值為77.905 1。為了保證UP樣品中QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)定其色度值須大于79。

2.2 溶劑喹啉的色度（APHA色度）對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

新制的喹啉為無(wú)色透明液體，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)和儲(chǔ)存環(huán)境(高溫、日照等)的變化，顏色會(huì)漸漸變成淡粉色、褐色及深棕色，其APHA色度增大。采用不同供應(yīng)商不同批號(hào)和生產(chǎn)日期的喹啉測(cè)試同一UP樣品的快速Q(mào)I色度值，考察了喹啉的APHA色度對(duì)UP樣品的快速Q(mào)I色度值的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 UP樣品的快速Q(mào)I色度值與溶劑喹啉的APHA色度的相關(guān)性

由圖2可知，同一UP樣品的快速Q(mào)I色度值與溶劑喹啉的APHA色度呈負(fù)相關(guān)，喹啉的APHA色度越大，用其測(cè)得的UP樣品的色度值越小。盡管溶劑喹啉的APHA色度對(duì)樣品的QI色度值的影響不大，但當(dāng)生產(chǎn)異?；虿环€(wěn)定時(shí)，UP樣品中實(shí)際的QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于臨界點(diǎn)（0.1%）時(shí)，有可能因測(cè)試用喹啉的APHA色度較高產(chǎn)生誤判而導(dǎo)致生產(chǎn)上的浪費(fèi)，故設(shè)定能用于快速Q(mào)I色度法的喹啉APHA色度須小于250。

2.3 樣品量對(duì)快速Q(mào)I色度值的影響

稱取不同質(zhì)量的同一UP樣品，使用同一批喹啉試劑測(cè)試其快速Q(mào)I色度值。樣品量與快速Q(mào)I色度值的關(guān)系見(jiàn)圖3。

由圖3可知，樣品量與快速Q(mào)I色度值呈負(fù)相關(guān)，樣品量每變動(dòng)0.01 g，相應(yīng)的色度值變化0.7。因此，為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣品量須嚴(yán)格控制在1 g±0.01 g范圍內(nèi)。

圖3 樣品量與快速Q(mào)I色度值的關(guān)系

3 結(jié) 論

使用溶劑喹啉APHA色度小于250，稱取1 g±0.01 g待測(cè)UP樣品，采用快速Q(mào)I色度法測(cè)試其色度值大于79時(shí)，能保證UP樣品常規(guī)QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%。該方法報(bào)告結(jié)果的時(shí)間在30 min左右，能實(shí)現(xiàn)及時(shí)高效監(jiān)控和反饋現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況，對(duì)溶劑法生產(chǎn)煤系針狀焦的生產(chǎn)控制起到積極的作用。