એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ઉદ્યોગમાં, કેથોડ બ્લોક્સ અને એનોડ પેસ્ટ બનાવવા માટે ગ્રાફિટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોકનો ઉપયોગ કેવી રીતે થાય છે? કેલ્સાઈન્ડ પેટ્રોલિયમ કોક કરતાં તેના કયા ફાયદા છે?

એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ઉદ્યોગમાં ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોકનો ઉપયોગ અને ફાયદા વિશ્લેષણ

I. કેથોડ બ્લોક્સ અને એનોડ પેસ્ટમાં ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોકનો ઉપયોગ

૧. કેથોડ બ્લોક ઉત્પાદન
ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક એ ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ કેથોડ કાર્બન બ્લોક્સના ઉત્પાદન માટે મુખ્ય કાચો માલ છે. આશરે 3000°C પર ઉચ્ચ-તાપમાન ગ્રેફાઇટાઇઝેશન ટ્રીટમેન્ટ પછી, તેની કાર્બન શુદ્ધતા 98% કરતાં વધી જાય છે, અને સાચી ઘનતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે, જે ખૂબ જ ક્રમબદ્ધ ગ્રેફાઇટ સ્ફટિક માળખું બનાવે છે. આ માળખું કેથોડ બ્લોક્સને નીચેના ગુણધર્મો આપે છે:

• સોડિયમના ધોવાણ સામે પ્રતિકારમાં વધારો: ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળી ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ રચના એલ્યુમિનિયમ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન સોડિયમના પ્રવેશને અસરકારક રીતે પ્રતિકાર કરે છે, કેથોડ સેવા જીવનને લંબાવે છે.
• સુધારેલ વિદ્યુત વાહકતા: ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રતિકારકતામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે, સેલ બોટમ વોલ્ટેજ ડ્રોપ ઘટાડે છે અને એલ્યુમિનિયમ ઉત્પાદન ઉર્જા વપરાશમાં આશરે 5%–10% ઘટાડો કરે છે.
• ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ થર્મલ સ્થિરતા: ઊંચા તાપમાને ઓછા વોલ્યુમનું વિસ્તરણ થર્મલ તણાવને કારણે ક્રેકીંગના જોખમને ઘટાડે છે.

2. એનોડ પેસ્ટ તૈયારી
એનોડ પેસ્ટમાં, ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક મુખ્યત્વે કાર્બન એડિટિવ અને વાહક ફ્રેમવર્ક સામગ્રી તરીકે કામ કરે છે, જેની નીચેની અસરો હોય છે:

• ઉન્નત વિદ્યુત વાહકતા: ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ માળખું એકસમાન પ્રવાહ વિતરણને પ્રોત્સાહન આપે છે, જેનાથી એનોડ ઓવરવોલ્ટેજ ઘટે છે.
• સુધારેલ ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર: ઓછી સલ્ફર સામગ્રી (સામાન્ય રીતે <0.06%) CO₂ સાથે પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન ગેસ-પ્રેરિત ક્રેકીંગ ઘટાડે છે, પ્રતિ ટન સ્ટીલ એનોડ વપરાશ ઘટાડે છે (દા.ત., ચોક્કસ એન્ટરપ્રાઇઝના ઉપયોગમાં 12% ઘટાડો).
• ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ છિદ્ર રચના: ગ્રાફિટાઇઝેશન પિચ કોકની છિદ્રાળુતા ઘટાડે છે, એનોડ ઘનતા અને યાંત્રિક શક્તિમાં વધારો કરે છે.

II. કેલ્સાઈન્ડ પેટ્રોલિયમ કોક કરતાં ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોકના મુખ્ય ફાયદા

ચોક્કસ ફાયદા:
1. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પર્ફોર્મન્સ ઑપ્ટિમાઇઝેશન

• ગ્રાફાઈટાઈઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોકની પ્રતિકારકતા કેલ્સાઈન્ડ કોક કરતા 30%–50% ઓછી છે, જે ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સેલ ઉર્જા વપરાશમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 750 મીમી સોય કોક ઇલેક્ટ્રોડમાં, વાહકતા પ્રમાણભૂત કોક કરતા ત્રણ ગણી વધી જાય છે, જે સ્ટીલ બનાવવાની કાર્યક્ષમતામાં પ્રતિ ભઠ્ઠી 25 મિનિટ સુધી સુધારો કરે છે.
• સલ્ફરનું ઓછું પ્રમાણ એનોડ અને ફ્લોરાઇડ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાઓ ઘટાડે છે, ગેસ-પ્રેરિત સોજો ઘટાડે છે અને એનોડનું આયુષ્ય લંબાવે છે.

2. યાંત્રિક ગુણધર્મ વૃદ્ધિ

• ગ્રાફિટાઇઝેશન સામગ્રીની કઠિનતા અને થર્મલ શોક પ્રતિકાર વધારે છે. ઉચ્ચ-તાપમાન એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ વાતાવરણમાં, ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કેથોડ બ્લોક્સનો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક કેલ્સાઈન્ડ કોક કરતા 30% ઓછો હોય છે, જે તાપમાનના વધઘટથી માળખાકીય નુકસાન ઘટાડે છે.
• વધેલી સાચી ઘનતા (≥2.18 g/cm³) સામગ્રીની ઘનતા વધારે છે, એલ્યુમિનિયમ પ્રવાહીના પ્રવેશ અને સોડિયમ ધોવાણને ઘટાડે છે.

૩. પર્યાવરણીય અને આર્થિક લાભો

• સલ્ફરનું પ્રમાણ ઓછું થવાથી SO₂ ઉત્સર્જન ઘટે છે, જે પર્યાવરણીય નિયમોનું પાલન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓછા સલ્ફરવાળા ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કોકનો ઉપયોગ કરતા એલ્યુમિનિયમ પ્લાન્ટે પ્રતિ ટન એલ્યુમિનિયમ SO₂ ઉત્સર્જનમાં 15% ઘટાડો કર્યો.
• ઊંચા ખર્ચ (કેલ્સાઈન્ડ કોક કરતા આશરે 1.5-2 ગણા) હોવા છતાં, લાંબા આયુષ્ય અને ઓછા ઉર્જા વપરાશે પ્રારંભિક રોકાણોને સરભર કર્યા. ઉદાહરણ તરીકે, કેથોડ બ્લોકનું આયુષ્ય 5 થી 8 વર્ષ સુધી વધ્યું, જેનાથી એકંદર ખર્ચમાં 20% ઘટાડો થયો.

III. એપ્લિકેશન કેસો અને ડેટા સપોર્ટ

• એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ઉદ્યોગ: વૈશ્વિક સ્તરે, 70% કેલ્સાઈન્ડ કોકનો ઉપયોગ એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ એનોડ માટે થાય છે, પરંતુ ઉચ્ચ કક્ષાના બજારો (દા.ત., ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ કેથોડ્સ) વધુને વધુ ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ કોક અપનાવી રહ્યા છે. એક એન્ટરપ્રાઇઝે ગ્રાફાઈટાઇઝ્ડ કેથોડ્સ અપનાવ્યા પછી એનોડનો વપરાશ 420 kg/t-Al થી ઘટાડીને 370 kg/t-Al કર્યો, જેનાથી વાર્ષિક 200 મિલિયન RMB બચત થઈ.
• સ્ટીલ ઉદ્યોગ: 100,000 A કરંટ વહન કરતા 750 મીમી સોય કોક ઇલેક્ટ્રોડ્સે પ્રતિ ભઠ્ઠી 25 મિનિટની સ્ટીલ બનાવવાની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી, જેમાં પ્રમાણભૂત કોક કરતા ત્રણ ગણી વધારે વાહકતા હતી.
• ઉર્જા સંગ્રહ ક્ષેત્ર: ડામર-સંશોધિત કેલ્સાઈન્ડ કોકે હાર્ડ કાર્બન એનોડ ચક્રના જીવનમાં 400 ચક્રનો સુધારો કર્યો, જેનાથી સોડિયમ-આયન બેટરી બજારોમાં આકર્ષણ વધ્યું.

IV. નિષ્કર્ષ

ગ્રાફિટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક, ઉચ્ચ-તાપમાન ગ્રાફિટાઇઝેશન દ્વારા, કેલ્સાઈન્ડ પેટ્રોલિયમ કોકની તુલનામાં શ્રેષ્ઠ શુદ્ધતા, વિદ્યુત વાહકતા અને થર્મલ સ્થિરતા દર્શાવે છે, જે તેને ઉચ્ચ-સ્તરીય એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ કેથોડ બ્લોક્સ અને વિશેષ એનોડ પેસ્ટ ઉત્પાદન માટે આદર્શ બનાવે છે. ઊંચા ખર્ચ હોવા છતાં, તેનું વિસ્તૃત જીવનકાળ, ઉર્જા કાર્યક્ષમતા અને પર્યાવરણીય લાભો તેને એલ્યુમિનિયમ ઉદ્યોગને અપગ્રેડ કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી તરીકે સ્થાન આપે છે. ગ્રાફિટાઇઝેશન ટેકનોલોજીમાં ભવિષ્યની પ્રગતિ (દા.ત., 3000°C પર અતિ-ઉચ્ચ-તાપમાન સારવાર) તેના ઉપયોગોને પરમાણુ-ગ્રેડ ગ્રેફાઇટ, લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડ અને અન્ય અત્યાધુનિક ક્ષેત્રોમાં વધુ વિસ્તૃત કરશે.