Ion-beam-assisted characterization of quinoline-insoluble particles in nuclear graphite

The irradiation behavior of graphite is essential for its applications in the nuclear industry.However,the behavioral differences of graphite remain obscure because of the very limited comprehension of its microstructural differences.One typical structure,the quinoline-insoluble(QI)particle,was investigated using IG-110 and NBG-18 graphite.After irradiation,the QI particles on the polished surface were proven to become hillocks,which were easily identifiable via scanning electron microscopy(SEM).Thus,a method that combined ion irradiation and SEM characterization was proposed to study the distribution and concentration of QI particles in graphite.During irradiation,the QI particles were found to evolve into densified spheres,which were weakly bonded with the surrounding graphite structures,thereby indicating that the densification of QI particles did not evidently contribute to graphite dimensional shrinkage.A much higher concentration of QI particles in NBG-18 than IG-110,which was suggested to be responsible for the smaller maximum dimensional shrinkage of former over the latter during irradiation,was characterized.

大型焦炉煤焦油QI含量偏高的原因分析

采用元素分析、红外光谱、XRD及扫描电镜等分析手段对煤焦油QI进行了组成结构的定性分析.结果表明,煤焦油QI主要由焦粉、煤粉、热解碳和高温缩聚产物组成.煤焦油QI经氯化锌溶液浮选分离后,定量地确定了焦粉、煤粉、热解碳和高温缩聚产物在煤焦油中的含量.相关分析数据表明,无烟装煤技术7、.63 m焦炉本身的结构特点和加热制度是造成煤焦油中QI含量偏高的主要原因,其中因高温作用而产生的热解碳及高分子聚合物对QI的贡献占主导地位.

过滤精度对煤焦油QI的组成和结构的影响

采用精度为2~5μm和20~40μm的滤芯分别对煤焦油进行热过滤,从得到的滤渣中提取出喹啉不溶物(QI)。然后利用元素分析(EA)、激光粒度仪(LPSA)、扫描电子显微镜/X射线能量色散光谱(SEM/EDS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对所得煤焦油QI组分进行对比分析。结果表明:煤焦油QI组分芳构化程度高,有机物多为稠环类物质并带有很多侧链或杂质原子,同时存在少量石英石、方解石以及煤灰等无机物;当煤焦油热过滤时采用的滤芯精度较低时,最终提取出的QI组分缩聚度相对较高,并且稠环结构中所含侧链和杂原子也相对较少。经精度较低的滤芯热过滤后提取的QI组分中金属杂原子含量相对较高,这些金属杂原子主要存在于大颗粒无机物中,部分存在于小颗粒有机物中。当滤芯精度较高时所得QI组分中主要含酚类、醚类和羧酸类有机物,酮类含量相对较少;反之,QI中则主要含酚类、醚类和酮类有机物。因此,煤焦油热过滤所选的滤芯精度不宜过高,尤其不宜选精度在5μm以下的滤芯。

煤焦油脱除喹啉不溶物(QI)的净化处理研究

以煤焦油为原料,通过重力预沉降、离心分离处理,制备出优质的针状焦生产原料,煤焦油中喹啉不溶物(QI)质量分数<0.1%。结果表明,通过重力预沉降处理,煤焦油中QI质量分数可脱除20%～30;%在煤焦油中添加有机溶剂,煤焦油黏度和密度明显改善,离心分离效果显著提高,净化焦油产率显著增加。重力预沉降处理的适宜工艺条件为:焦油温度为75℃,静置时间为24h;离心分离处理的适宜工艺条件为:焦油温度为80℃,添加由轻油和洗油组成的混合溶剂,轻油∶洗油(质量比)=1∶1,煤焦油∶混合溶剂(质量比)=1∶0.3,离心机转速为5 000r/mi n,离心分离时间为1mi n。

溶剂-离心法脱除煤焦油QI的研究

利用溶剂并结合离心法脱除煤焦油中QI,考察了溶剂和离心条件对QI的脱除效果。研究结果表明,溶剂用量越多,离心时间越久,脱除效果越好。

溶剂法煤焦油沥青制备低QI精制沥青的中试研究

介绍了以煤焦油低温萃取中试装置的煤焦油沥青为原料,采用溶剂法制备低喹啉不溶物精制沥青的中试研究,分析了混合溶剂芳脂比、煤焦油沥青浓度、沉降时间、沉降温度等因素对精制沥青喹啉不溶物含量的影响。结果表明,在混合溶剂芳脂比为0.6,煤焦油沥青质量浓度为0.5 g/cm3,沉降时间26 h,沉降温度130℃时,所得精制沥青喹啉不溶物质量分数在0.01%以下,可满足生产针状焦原料的质量要求。

由乙烯焦油调制石墨电极用浸渍剂沥青

以乙烯焦油为原料,采用空气氧化法调制石墨电极用浸渍剂沥青。考察了氧化温度、氧化时间和空气流速对所制浸渍剂沥青物化性质的影响,并与煤系浸渍剂沥青进行比较。实验还采用激光解析质谱、傅里叶变换红外光谱、核磁共振、元素分析和旋转流变仪等表征手段对浸渍剂沥青的理化性质进行分析。结果表明,在乙烯焦油改性过程中,影响浸渍剂沥青物化性质的主要因素依次为:氧化温度>空气流速>氧化时间,较高的氧化温度有利于提高所制浸渍剂沥青的结焦值;较短的氧化时间和较低的空气流速能降低所制浸渍剂沥青的软化点,其相对较低的软化点有助于浸渍过程中的流动性。在氧化温度、氧化时间和空气流速分别为310℃、4 h和0.2 L/min的最佳制备条件下,所制浸渍剂沥青软化点、结焦值分别为93.44℃、46.73%(以质量分数表示),喹啉不溶物(QI)质量分数低于0.1%,并且S、N和O等杂原子的含量很低,具有更好的流动性,有望达到良好的浸渍效果。

热溶过滤法脱除煤焦油沥青中喹啉不溶物的研究

以5种煤焦油沥青为原料,喹啉为溶剂,研究了热溶过滤法脱除喹啉不溶物(QI)等杂质的效应,目的是制备QI含量较低的净化沥青。结果表明:热溶过滤法可以有效地脱除喹啉不溶物,QI脱除率随滤网网目增加而提高,但阻力增加,脱除时间变长。综合考虑脱除率和实际可操作性,采用1000目的滤布,QI含量可以降到0.3%以下,基本能达到要求。采用凝胶色谱对QI脱除后沥青的组成和分子量分布的研究表明,热溶过滤脱除了沥青中的大分子组分,分子量减小,分子量分布变窄。

混合溶剂法脱除煤沥青的喹啉不溶物

以中温煤沥青为原料,以洗油和石油烷烃组成的混合溶剂,通过溶剂离心法脱除其中的喹啉不溶物,考察了芳烷比、溶剂比、离心时间、离心温度对精制沥青的QI含量和收率的影响。结果表明:当芳烷比一定时,精制沥青QI和收率随溶剂比的增大而减小;当溶剂比一定时,精制沥青QI和收率均随芳烷比的增大而增加;离心时间越长,所得精制沥青QI越低,收率也越低;离心温度升高,有利于QI脱除,特别是80℃以上时,所得精制沥青QI显著降低,能满足要求;通过调整混合溶剂的比例,可以方便地控制净化过程的收率和QI含量。

煤焦油中喹啉不溶物的分离方法

为了提高煤焦油的质量,分析了煤焦油中喹啉不溶物(QI)的性质及其危害,并根据分离原理分别对比分析了以下方法:自由沉降分离法原理简单,操作简便,但净化效率低;热溶分离过滤法虽然效率高,但难以推广使用;高温离心分离法大大提高了脱除率,应用前景较好;溶剂抽提脱除率较高,但需要大量的溶剂。根据实践经验提出在配煤炼焦环节通过优化配煤质量、改进工艺等措施可以最大程度地降低QI含量。

溶剂沉降法脱除煤焦油中的喹啉不溶物

以高温煤焦油为原料,二甲苯和溶剂油为溶剂,采用溶剂沉降法对煤焦油中的喹林不溶物(QI)进行分离研究.考察了溶剂中芳脂比、溶剂比、沉降时间和沉降温度对精制焦油中QI含量及收率的影响.结果表明,在一定范围内,温度越高,时间越长,越有利于QI的脱除;随着芳脂比的逐渐增加,焦油中QI含量先下降后增加,焦油收率逐渐增加;随着溶剂比的增加,QI含量逐渐减少,焦油收率先增加后降低.当溶剂比为1,芳脂比为0.6,在75℃下沉降2h,精制焦油收率可达到75.48%,QI脱除率达到87.7%,QI含量降至0.178%.

添加剂对煤沥青在喹啉不溶物滤饼中渗透性的影响

本工作研究了添加剂对煤沥青的渗透性的影响。本研究采用的添加剂是阳离子型和非离子型添加剂的混合体系。它们对煤沥青的粘度和组成的影响很小,但是渗透性却有大幅度提高,根据达西定律和渗透系数方程对煤沥青浸渍动力学进行了讨论,认为添加剂起到了凝聚QI颗粒、增大有效尺寸和增大孔隙率的作用,改变了滤饼结构。随着其含量的增加,渗透性呈现先增加后减小的规律。通过对2D炭预制体致密化发现,添加剂能够提高煤沥青对高密度的预制体的致密化效率。

不同喹啉不溶物的特性及对中间相转化过程的影响

采用￣１３Ｃ－ＮＭＲ、ｘ－ｒａｙ衍射、扫描和透射电镜研究了二种ＱＩ──原生ＱＩ、次生ＱＩ（喹啉不溶物）结构，并通过热转化试验考察了它们对中间相热转化过程的影响。结果表明，原生ＱＩ是由炭黑状固体小圆球组成，并包含有煤粉、焦粉等夹杂物，属非晶态混和物。它在中间相转化过程中，促使中间相小球体较早生成，并阻碍中间相球体融并，导致中间相热转化最终固体产物的镶嵌结构生成。次生ＱＩ微晶排列有序性较好，属中间相组织或中间相前躯体，对中间相的成长过程有利。

煤系针状焦技术的研究进展

分析了焦油蒸馏之后残留的多环芳烃的黑色稠状物煤沥青作为针状焦原料的基础条件;研究了煤系针状焦原料煤沥青中间相的生成机理及成焦过程;讨论了国内外煤系针状焦的生产工艺及国内针状焦工艺存在的不足;并对比分析了国内外不同生产工艺生产的煤系针状焦产品的微观结构差异,造成此微观差异的主要是因为国内原料预处理没有充分脱除喹啉不溶物,以致阻碍了中间相的充分发展,在固化成焦的过程中,温度和时间没有得到有效控制。因此相对于国外针状焦的质量,国内煤系针状焦的生产工艺和质量还需发展和提高。

溶剂-离心法脱除煤焦油沥青中的喹啉不溶物

以洗油和烷烃的混合物为溶剂,采用溶剂-离心法对煤焦油沥青中的喹啉不溶物(QI)进行分离,考察混合溶剂芳烷比、溶剂用量、溶解温度、离心转速以及离心时间等因素对精制沥青QI含量和收率的影响。结果表明,随着芳烷比的增加,精制沥青的收率逐渐增加,QI含量先降低后增加;随着溶剂比的增大,精制沥青的QI含量逐渐减小,收率逐渐增大;溶解温度升高有利于QI的脱除和精制沥青收率的提高;离心转速越快,离心时间越长,所得精制沥青的QI含量和收率均越低;当芳烷比为1.2、溶剂比为2、溶解温度为80℃、离心转速为3000r/min、离心时间为8min时,精制沥青收率可达79.8%,其QI含量低达0.18%。

煤焦油中喹啉不溶物的组成分析

采用自主设计的煤焦油过滤装置提取中温煤焦油中的喹啉不溶物(QI),利用元素分析仪、激光粒度分析仪、SEM、FTIR、XRD和XPS等手段对QI进行表征。表征结果表明,煤焦油中QI的颗粒形状不规则,粒径大小不一,且分布不均匀;QI主要由有机物组成,并含有少量的Si,Ca,Fe等元素,有机物主要是多元芳环类物质高度缩合而成的产物,无机物主要是石英砂、方解石;煤焦油中的QI组分主要以C和O元素为主,碳大部分以碳氢化合物、醚类、酚类的形式存在,总含量达73.2%(x),另有26.8%(x)的碳是以石墨碳形式存在;而氧主要以羰基、碳氧单键和羧基形式存在,总含量达85.6%(x)。

溶剂沉降法脱除煤沥青中的喹啉不溶物

喹啉不溶物(QI)是煤焦化过程中带入的固体杂质,煤沥青中喹啉不溶物的脱除对于煤沥青的深加工非常重要。采用溶剂沉降法脱除煤沥青中喹啉不溶物,考察了溶剂配比、沉降温度、沉降时间以及溶剂种类对净化沥青QI含量和收率的影响。结果表明,在一定范围内,温度越高,越有利于QI的脱除,当温度达到160℃以上对沉降的影响较小;以洗油与煤油调制的混合溶剂较单纯溶剂油有更好的沉降效果;沉降时间越长,QI脱除率越高,净化沥青的收率越低。

煤沥青中喹啉不溶物的基础物性及喹啉不溶物基沥青炭的微观结构研究

喹啉不溶物(QI)是煤沥青组成中一类大分子碳质颗粒的统称,对煤沥青的性质和应用有着重要的影响。为深入研究煤沥青中喹啉不溶物的基本性质,本研究以喹啉为溶剂,分别对三种典型沥青(中温沥青、氧化改性沥青和热缩聚沥青)进行溶剂萃取分离处理,得到三种喹啉不溶物(QI-M、QI-O和QI-N)。利用元素分析仪、热重分析仪、粒度分析仪和偏光显微镜对三种QI的基础物性进行了表征。通过SEM、XRD、Raman光谱结合分峰拟合的方法对三种喹啉不溶物基沥青炭的微观结构进行了研究。结果表明:QI-M是一种亚微米级球形碳质颗粒,其粒度均匀性最佳;QI-N尺寸较大,是一种粒度分布较为均匀、尺寸约为16μm的球状炭。三种QI的热解行为迥异,QI-O、QI-N在250~500℃内存在热解反应和缩聚反应的协同发生,而QI-M只有热解反应的发生。三种喹啉不溶物基沥青炭QI-M-C、QI-O-C和QI-N-C中,石墨晶体(I G/I All)含量依次为10.61%、6.84%和12.43%;无定形碳含量(I D3/I All)依次为9.18%、11.09%和6.06%;晶粒尺寸(L c)依次为1.62 nm、1.35 nm和1.85 nm。QI-N具有较好的高温可石墨化性,而QI-O的高温可石墨化性欠佳。

不同组分煤沥青中间相形成过程及炭结构分析

采用热台偏光显微镜对2种组分不同的煤沥青升温至550℃的中间相的形成过程进行观察。结果表明:2种煤沥青中间相的形成过程存在差别,原生喹啉不溶物(PQI)对中间相的形成有明显的影响。PQI控制着中间相小球的成核,而且控制着中间相小球的融并。高PQI煤沥青中间相的形成有成核、长大、融并的过程,到550℃左右时复球解体形成域型结构和镶嵌型结构并存的沥青炭。低PQI煤沥青在升温初期没有发现中间相小球,随着温度的升高,在熔融沥青边缘处迅速出现沟槽状结构,并迅速扩展至整个平面,形成流线型沥青炭结构。

改变石油焦和煤沥青性质对预焙阳极块使用性能的影响

通过对石油焦体积密度、真密度改性研究 ,采用压密石油焦新技术 ,使预焙阳极块生产过程中煤沥青加入量控制在 12 %。通过对煤沥青成分改性研究 ,生产出甲苯不溶物 >2 8%、喹啉不溶物 <2 % ,β树脂含量 >2 5 % ,软化点90℃左右的煤沥青 ,使预焙阳极可以在 <160℃条件下混捏 ,同时提高了煤沥青分散性、润滑性、结合强度、石墨化程度。用上述研究成果 ,实现新型预焙阳极块体积密度 1.6g/cm3、耐压强度 3 5MPa、电阻率 5 0 μΩ·m。与常规方法生产的预焙阳极进行比较 ,研究其改性后的石油焦、煤沥青使用特性 。