પેટ્રોલિયમ કોક (સોય જેવું, સ્પોન્જી અને પેલેટ જેવું) ની સૂક્ષ્મ રચના કેલ્સિનેશન સંકોચન દર અને સાચી ઘનતા પર શું અસર કરે છે?

૧. નીડલ કોક: ઓછા સંકોચન અને ઉચ્ચ સાચી ઘનતાનું એક લાક્ષણિક ઉદાહરણ

• માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ: સોય કોક એક તંતુમય અથવા વિસ્તરેલ માળખું દર્શાવે છે જેમાં વિસ્તૃત લંબગોળ છિદ્રો ક્રમબદ્ધ રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે. આ માળખું કેલ્સિનેશન દરમિયાન ઉત્તમ ઘનતા ક્ષમતા દર્શાવે છે.
• કેલ્સિનેશન સંકોચન:
  • નીડલ કોકનો સંકોચન દર પ્રમાણમાં ઓછો હોય છે, જે સામાન્ય રીતે 10% થી 20% સુધીનો હોય છે. તેની તંતુમય રચના ઊંચા તાપમાને પરમાણુ પુનઃ ગોઠવણી અને છિદ્રો બંધ કરીને સંકોચન પ્રાપ્ત કરે છે, જ્યારે છિદ્રોની ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી અવ્યવસ્થિત સંકોચન માટે જગ્યા ઘટાડે છે, જેનાથી એકંદર સંકોચન દર ઘટે છે.
  • ઉદાહરણ તરીકે, ૧૩૦૦°C કેલ્સિનેશન પર, સોય કોકનું વોલ્યુમેટ્રિક સંકોચન સ્પોન્જ કોક કરતા માત્ર અડધું જ હોઈ શકે છે, કારણ કે તે થર્મલ તાણને એકસરખી રીતે વિખેરી નાખવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
• સાચી ઘનતા:
  • નીડલ કોકની સાચી ઘનતા ઊંચી હોય છે, જે સામાન્ય રીતે 2.10–2.15 g/cm³ સુધી પહોંચે છે. આ તેના ગ્રાફિટાઇઝેશનની ઉચ્ચ ડિગ્રી અને ગાઢ સ્ફટિકીય રચનાને પ્રતિબિંબિત કરે છે, જે તેના તંતુમય માળખામાં કાર્બન સ્તરોની ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે.
  • અભ્યાસો દર્શાવે છે કે સોય કોકની સાચી ઘનતા સ્પોન્જ કોક કરતા લગભગ 5%-10% વધારે છે, જેનું કારણ ઓછી માળખાકીય ખામીઓ અને કડક કાર્બન સ્તર સ્ટેકીંગ છે.

2. સ્પોન્જ કોક: ઉચ્ચ સંકોચન અને ઓછી સાચી ઘનતાનું એક લાક્ષણિક ઉદાહરણ

• માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ: સ્પોન્જ કોક છિદ્રાળુ, સ્પોન્જ જેવી રચના ધરાવે છે જેમાં અનિયમિત કદ અને વિતરિત છિદ્રો, પાતળી દિવાલો (ચાર દિવાલો) અને બરડપણું હોય છે.
• કેલ્સિનેશન સંકોચન:
  • સ્પોન્જ કોકમાં સંકોચન દર ઊંચો હોય છે, જે સામાન્ય રીતે 30% થી 50% સુધીનો હોય છે. તેની અવ્યવસ્થિત છિદ્રાળુ રચના અસ્થિર પ્રકાશન અને થર્મલ તાણ સાંદ્રતાને કારણે કેલ્સિનેશન દરમિયાન છિદ્રો તૂટી જવાની સંભાવના ધરાવે છે, જેના કારણે નોંધપાત્ર સંકોચન થાય છે.
  • ઉદાહરણ તરીકે, ૧૨૦૦°C કેલ્સિનેશન પર, સ્પોન્જ કોકનું વોલ્યુમેટ્રિક સંકોચન ૪૦% થી વધુ થઈ શકે છે, જે સોય કોક કરતા ઘણું વધારે છે.
• સાચી ઘનતા:
  • સ્પોન્જ કોકની સાચી ઘનતા પ્રમાણમાં ઓછી હોય છે, સામાન્ય રીતે 1.90 અને 2.05 g/cm³ ની વચ્ચે. આનું કારણ મોટી સંખ્યામાં અવશેષ છિદ્રો અને તેની રચનામાં કાર્બન સ્તરોની અવ્યવસ્થિત ગોઠવણી છે, જેના પરિણામે અસંખ્ય સ્ફટિકીય ખામીઓ થાય છે.
  • સોય કોકની તુલનામાં, અપૂરતી ઘનતાને કારણે સ્પોન્જ કોકની સાચી ઘનતા 10%-15% ઓછી હોઈ શકે છે.

૩. શોટ કોક: મધ્યમ સંકોચન અને સાચી ઘનતા સાથે એક મધ્યવર્તી સ્થિતિ

• માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ: શોટ કોક ગોળાકાર અથવા પેલેટ જેવો દેખાય છે, જેની સપાટી સખત હોય છે અને થોડા છિદ્રો હોય છે, જે સોય કોક અને સ્પોન્જ કોક વચ્ચેના માળખાકીય મધ્યસ્થીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
• કેલ્સિનેશન સંકોચન:
  • શોટ કોકનો સંકોચન દર સામાન્ય રીતે 20% થી 30% સુધીનો હોય છે. કેલ્સિનેશન દરમિયાન સપાટીના તણાવને કારણે તેની ગોળાકાર રચના સંકોચનમાંથી પસાર થાય છે, પરંતુ મર્યાદિત આંતરિક છિદ્રાળુતા સંકોચનના કંપનવિસ્તારને પ્રતિબંધિત કરે છે.
  • ઉદાહરણ તરીકે, ૧૨૫૦°C કેલ્સિનેશન પર, શોટ કોકનું વોલ્યુમેટ્રિક સંકોચન ૨૫% હોઈ શકે છે, જે સોય કોક અને સ્પોન્જ કોકની વચ્ચે આવે છે.
• સાચી ઘનતા:
  • શોટ કોકની સાચી ઘનતા સામાન્ય રીતે 2.00 અને 2.10 ગ્રામ/સેમી³ ની વચ્ચે હોય છે. તેનું માળખાકીય ઘનતા સ્પોન્જ કોક કરતાં શ્રેષ્ઠ છે પરંતુ સોય કોક કરતાં હલકી ગુણવત્તાવાળા છે, જેના પરિણામે મધ્યવર્તી સાચી ઘનતા મળે છે.
  • સંશોધન દર્શાવે છે કે શોટ કોકની સાચી ઘનતા સ્પોન્જ કોક કરતા લગભગ 5% વધારે છે પરંતુ સોય કોક કરતા 3%-5% ઓછી છે.

માળખું-મિલકત સંબંધોનું વ્યાપક વિશ્લેષણ

• સંકોચન પદ્ધતિ:
  • સોય કોકનું ક્રમબદ્ધ તંતુમય માળખું અવ્યવસ્થિત સંકોચન માર્ગોને ઘટાડે છે, તેના સંકોચન દરને ઘટાડે છે; સ્પોન્જ કોકનું અવ્યવસ્થિત છિદ્રાળુ માળખું છિદ્રોના પતનને કારણે ઉચ્ચ સંકોચન તરફ દોરી જાય છે; શોટ કોકનું ગોળાકાર માળખું સપાટીના તણાવ દ્વારા મધ્યમ સંકોચન પ્રાપ્ત કરે છે.
• સાચી ઘનતા પદ્ધતિ:
  • સાચી ઘનતા સીધી રીતે સ્ફટિકીય માળખાના ઘનતા સાથે સંબંધિત છે. ક્રમબદ્ધ કાર્બન સ્તરની ગોઠવણી અને સોય કોકની ઓછી ખામીયુક્ત ઘનતા ઉચ્ચ સાચી ઘનતામાં પરિણમે છે; સ્પોન્જ કોકની અવ્યવસ્થિત રચના અને અવશેષ છિદ્રો સાચી ઘનતા ઘટાડે છે; શોટ કોક મધ્યવર્તી ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
• પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશન ભલામણો:
  • ઓછી સંકોચન અને ઉચ્ચ સાચી ઘનતા (દા.ત., ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ) ની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમો માટે, સોય કોક પસંદ કરવામાં આવે છે;
  • ઓછી કામગીરી જરૂરિયાતો (દા.ત., બળતણ) ધરાવતા ખર્ચ-સંવેદનશીલ એપ્લિકેશનો માટે, સ્પોન્જ કોક અથવા શોટ કોક વધુ યોગ્ય હોઈ શકે છે;
  • કેલ્સિનેશન તાપમાન (દા.ત., ૧૩૦૦°C થી ઉપર) અને ગરમી દર (દા.ત., ૫૦°C/મિનિટથી નીચે) ને સમાયોજિત કરવાથી સોય કોકની સાચી ઘનતા અને સંકોચન વધુ શ્રેષ્ઠ બની શકે છે.