Migrasjons- og fordampningsmønstrene for sporstoffer som natrium (Na), vanadium (V), nikkel (Ni) og kalsium (Ca) i petroleumskoks under kalsinering påvirkes i fellesskap av temperatur, forekomstformer og kjemiske reaksjoner. De spesifikke mønstrene er som følger:
1. Migrasjon og fordampning av natrium (Na)
- Lavtemperaturfase (<1000 °C): Natrium finnes hovedsakelig i form av uorganiske salter (f.eks. natriumsulfat, natriumklorid) eller organiske komplekser, med lav flyktighet. Når temperaturen stiger, spaltes det gradvis til gassformige oksider (f.eks. Na₂O) eller hydroksider (f.eks. NaOH).
- Høytemperaturfase (>1000 °C): Natriumets flyktighet øker betydelig. Forbindelser dannet med svovel og klor (f.eks. Na₂S, NaCl) sublimerer eller dekomponerer lett ved høye temperaturer, noe som fører til at natrium slipper ut i gassform.
- Påvirkende faktorer: Fordampningen av natrium påvirkes betydelig av kalsineringsatmosfæren (oksiderende/reduserende). Under reduserende forhold er det mer sannsynlig at natrium fordamper i form av sulfider.
2. Migrasjon og fordampning av vanadium (V)
- Forekomstformer: Vanadium i petroleumskoks finnes hovedsakelig i organisk bundne former (f.eks. vanadylporfyriner) og stabile former (f.eks. vanadiumoksider, silikater).
- Lavtemperaturfase (<1100 °C): Organisk bundet vanadium dekomponerer gradvis med økende temperatur og omdannes til vannløselige, ionbyttbare eller karbonatbundne former. Noe vanadium reagerer med kalsium- og jernmineraler for å danne eutektika med lavt smeltepunkt.
- Høytemperaturfase (>1100 °C): Vanadiums flyktighet øker kraftig. Organisk bundet vanadium dekomponerer raskt til gassformige VOₓ-forbindelser (f.eks. VO₂, V₂O₅), mens stabilt vanadium (f.eks. V₂O₃) smelter delvis og frigjør en liten mengde vanadium ved høye temperaturer.
- Påvirkende faktorer: Fordampningen av vanadium påvirkes av temperatur, utbrenningshastighet og mineralsammensetning. Ved høye temperaturer danner vanadium nanokrystallinske strukturer med silisium og svovel, noe som fører til delvis fordampning i gassform.
3. Migrasjon og fordampning av nikkel (Ni)
- Forekomstformer: Nikkel i petroleumskoks finnes hovedsakelig i form av sulfider (Ni₃S₂), oksider (NiO) eller silikater.
- Lavtemperaturtrinn (<900 °C): Nikkel finnes som Ni₃S₂, med lav flyktighet.
- Middels temperaturtrinn (900–1200 °C): Ni₃S₂ omdannes gradvis til NiS i flytende slagg, og når et maksimalt NiS-innhold på omtrent 22,4 % ved 1200 °C, før det går tilbake til Ni₃S₂ når temperaturen stiger ytterligere.
- Høytemperaturfase (>1400 °C): Nikkel fordamper i form av gassformige forbindelser (f.eks. Ni(g), NiS(g)), men Ni₃S₂ omdannes ikke direkte til fast Ni(s).
- Påvirkende faktorer: Fordampningen av nikkel påvirkes betydelig av forgassingsmidler (f.eks. O₂, H₂O). Tilsetning av O₂ hemmer omdannelsen av Ni₃S₂ til elementært Ni og undertrykker dannelsen av spinellforbindelser (f.eks. NiAl₂O₄).
4. Migrasjon og fordampning av kalsium (Ca)
- Forekomstformer: Kalsium i petroleumskoks finnes hovedsakelig i form av karbonater (CaCO₃), sulfater (CaSO₄) eller silikater.
- Lavtemperaturfase (<800 °C): Karbonater spaltes til CaO og CO₂, mens sulfater spaltes til CaO og SO₃, noe som fører til anriking av kalsium i oksidform.
- Middels temperaturtrinn (800–1200 °C): CaO reagerer med silisium og aluminium for å danne mineraler med lavt smeltepunkt (f.eks. anortitt CaAl₂Si₂O₈), med noe kalsium igjen i fast form.
- Høytemperaturstadium (>1200 °C): Kalsiumets flyktighet er lav, men mineraler med lavt smeltepunkt kan delvis smelte eller dekomponere ved høye temperaturer, noe som fører til at kalsium migrerer i gassform eller flytende form.
- Påvirkende faktorer: Kalsiummigrasjonen påvirkes betydelig av forholdet mellom silika og alumina og jern og kalsium. En økning i forholdet mellom silika og alumina fremmer omdannelsen av FeV₂O₄ til V₂O₃, mens en økning i forholdet mellom jern og kalsium hemmer dannelsen av CaAl₂Si₂O₈.
Omfattende mønstre
- Temperaturavhengighet: Fordampningshastigheten til sporstoffer øker med temperaturen, men temperaturområdene for fordampning varierer betydelig mellom elementene (f.eks. fordamper vanadium kraftig over 1100 °C, mens nikkel blir betydelig over 1400 °C).
- Påvirkning av forekomstformer: Organisk bundne sporstoffer (f.eks. organisk vanadium) er mer flyktige enn stabile former (f.eks. vanadiumoksider).
- Kontroll av kjemisk reaksjon: Fordampningen av sporstoffer kontrolleres av reaksjoner med svovel og klor, som danner forbindelser med lavt smeltepunkt eller gassformige forbindelser (f.eks. Na₂S, VOₓ).
- Retningslinjer for prosessoptimalisering: Kontroll av kalsineringstemperatur, atmosfære og tilsetningsstoffer (f.eks. modifikatorer for silika-alumina-forholdet) kan undertrykke fordampningen av skadelige elementer og forbedre kvaliteten på kalsinert koks.
Publisert: 17. april 2026