Than cốc

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

cốc

Than cốc là sản phẩm tạo thành từ than đá, là loại than chứa ít lưu huỳnh và ít tro nhờ quy trình luyện than đá thành than cốc ở điều kiện yếm khí trên 1000°С. Các thành phần dễ bay hơi như nước, khí than và tro than đã bị loại bỏ gần như hoàn toàn. Cacbon và các phần tro còn lại bị hòa tan lẫn vào nhau. Một phần cacbon bị chuyển sang dạng giống như than chì (hay graphít).

[sửa] Thuộc tính vật lý

Than cốc là sản phẩm cứng và xốp có màu xám, thu được nhờ quá trình luyện cốc của than đá. Tính theo hàm lượng thì than cốc chứa khoảng 96-98% С, phần còn lại là Н, S, N, O. Độ xốp đạt 49-53%, tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1 g/cm³, còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng 400-500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay hơi khoảng 1%. Độ ẩm tương đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lượng. Giới hạn sức bền khi bị nén là 15-25 MPa, khi bị cắt (đặc trưng cho tính bền vững đối với sự cắt) 6-12 MPa, năng suất tỏa nhiệt 29-30 MJ/kg.

[sửa] Thuộc tính hóa lý

Trên 900°С, than cốc dễ dàng phục hồi khí cacbonic (СО₂) theo phản ứng sau:

С + СО₂ = 2СО

Ở nhiệt độ khoảng 1000°С, tốc độ của phản ứng (khả năng phản ứng tiêu chuẩn của than cốc) tính trên 1 g than cốc là 0,1-0,2 ml СО₂ trên 1 giây, năng lượng tỏa ra là 140-200 kJ/mol. Tốc độ phản ứng với О₂ (tức phản ứng cháy của than cốc) theo phương trình:

С +О₂ = СО₂

là cao hơn một cách đáng kể so với phản ứng cùng СО₂, và ở mức khoảng 500°С thì gần 0,1 ml О₂ trên 1 giây, năng suất tỏa nhiệt khoảng 100-140 kJ/mol.

Các thuộc tính hóa lý của than cốc được xác định bởi cấu trúc của nó, do cấu trúc của nó rất gần với cấu trúc lớp lục giác của [graphít]]. Cấu trúc của than cốc được đặc trưng bởi sự sắp xếp không hoàn hảo: các phần riêng rẽ (các lớp) được liên kết bởi lực Van de Waals đã chiếm giữ một số các vị trí có khả năng (ví dụ, xếp chồng lên nhau). Bên cạnh các nguyên tử cacbon trong lưới không gian của than cốc (đặc biệt trong các phần ngoại biên của nó) có thể phân bổ các nguyên tử dị thường như lưu huỳnh, nitơ, ôxy.

Cấu trúc và tính chất của than cốc phụ thuộc vào thành phần của mẻ than đá cũng như nhiệt độ và tốc độ đốt nóng mẻ than này. Với sự tăng lên của hàm lượng khí than đá và các thành phần khác, được đặc trưng bởi mức độ biến đổi thấp thì nhiệt độ cốc hóa bị giảm xuống và sự giảm đi của các thành phần đó trong nhiệt độ này, khả năng phản ứng và khả năng cháy của than cốc nhận được cuối cùng là tăng lên do khi tăng hàm lượng của khí than đá trong mẻ than thì độ bền và độ tạo cục trung bình của than cốc giảm xuống, độ xốp của nó tăng lên. Sự tăng cao nhiệt độ cốc hóa cũng có khả năng tăng độ xốp của than cốc. Khi tăng thời gian cốc hóa và giảm tốc độ đốt nóng thì độ xốp của than cốc cũng được tăng lên.

[sửa] Ứng dụng

Than cốc được sử dụng để nung chảy gang (cốc lò cao) cũng như làm nhiên liệu không khói chất lượng cao, làm chất khử trong các công nghệ luyện kim từ quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu. Than cốc cũng được sử dụng như là nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng thông thường, trong các công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt (các dạng cốc đặc biệt). Cốc lò cao cần phải có kích thước các cục không nhỏ hơn 25-40 mm với số lượng các cục cốc nhỏ hơn 25 mm và lớn hơn 80 mm không vượt quá 3%. Than cốc sử dụng để đúc gang theo kích thước không được nhỏ hơn than cốc lò cao, các cục cốc trong trường hợp này có kích thước không nhỏ hơn 60-80 mm. Sự khác biệt chính giữa cốc lò cao và cốc đúc là hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn, nó không được vượt quá 1% (trong cốc lò cao có thể tới 2%). Trong công nghiệp luyện các hợp kim của sắt người ta sử dụng các cục than cốc nhỏ (ví dụ, các cục kích thước 10-25 mm), trong trường hợp này thì người ta cần tốc độ phản ứng nhanh chứ không phải hàm lượng các tạp chất có trong than cốc. Các yêu cầu đối với độ bền vững của than cốc thông thường là không quá nghiêm ngặt so với cốc lò cao hay cốc đúc. Trong mọi loại hình sản xuất than cốc thì loại nguyên liệu được ưa chuộng là các loại than có độ xốp cao, ít tro và chứa ít lưu huỳnh và chứa không nhiều các thành phần tạo cốc cục nhỏ. Sản lượng than cốc sản xuất trên thế giới khoảng 400 triệu tấn/năm.