عملية تصنيع كتل الأنود الكربونية

تشمل عملية إنتاج المواد الأنودية التكسير الأولي، التكليس، التكسير، الغربلة، التصنيف، والخلط للمواد الخام مثل فحم الكوك البترولي، فحم الكوك القطراني، والأنودات المستهلكة؛ بالإضافة إلى المعالجة المسبقة والخلط للمواد الرابطة؛ وكذلك التشكيل، والتحميص، ومعالجة التنظيف للعجينة بعد الخلط.

1. تحضير المواد الخام

• التكسير الأولي للمواد الخام (مثل: فحم الكوك البترولي، فحم الكوك القطراني، وبقايا الأنودات المستهلكة)
• تكليس فحم الكوك لإزالة المواد المتطايرة وتحسين التوصيلية
• التكسير، الغربلة، والتصنيف للحصول على توزيع حجم الجسيمات المطلوب
• تحضير الركام

2. تحضير المادة الرابطة

المعالجة المسبقة لقطران الفحم لضبط اللزوجة ونقطة التليّن.

3. الخلط والعجن

عجن الركام الجاف مع المادة الرابطة المسخنة لإنتاج عجينة خضراء متجانسة.

4. التشكيل

تشكيل العجينة (بالضغط الاهتزازي أو البثق) إلى كتل خضراء.

5. الخبز

حرق الكتل الخضراء في أفران الخبز (عادةً عند 1100–1200 درجة مئوية) من أجل كربنة المادة الرابطة وتطوير القوة الميكانيكية.

6. التشطيب

• التشغيل للوصول إلى الأبعاد النهائية
• فحص الجودة (الكثافة، المقاومة الكهربائية، اختبارات القوة)

المواد الخام المستخدمة في عملية التصنيع

1. فحم الكوك البترولي

يتم الحصول على فحم الكوك البترولي الأخضر (الخام) من مصافي النفط كناتج ثانوي من وحدات التكسير المؤجل، حيث يخضع الزيت المتبقي للتحلل الحراري. ويُعرف أيضًا باسم “الكوك المؤجل”، ويُستخدم كالمادة الخام الرئيسية لإنتاج الأنودات في مصاهر الألمنيوم.

يُفضَّل فحم الكوك البترولي في تصنيع الأنود الكربوني نظرًا لـ:

• نقاوته العالية (محتوى منخفض من المعادن/الرماد)
• قوته الميكانيكية الممتازة
• موصليته الكهربائية الجيدة

بالإضافة إلى الكوك المؤجل، تنتج المصافي أيضًا الكوك المميع، وهو كوك منخفض الجودة مشتق من الزيت الثقيل من خلال التكويك في المراجل المميعة.

2. فحم الكوك القطراني

مادة خام بديلة هي فحم الكوك القطراني، ويتم إنتاجه من التحلل الحراري والتكويك لقطران الفحم.

بالمقارنة مع فحم الكوك البترولي، يتميز فحم الكوك القطراني بـ:

• محتوى أقل من المواد المتطايرة
• كثافة أعلى واستقرار ميكانيكي أفضل

3. فحم الكوك البترولي المُكلَّس (CPC)

يحتوي فحم الكوك البترولي الأخضر على نسبة عالية من الرطوبة (5–10%) والمواد المتطايرة (8–12%)، إلى جانب آثار من الشوائب المعدنية وغير المعدنية.

إن انخفاض كثافته الحقيقية، وضعف قوته، وارتفاع مقاومته الكهربائية تجعله غير مناسب لإنتاج الأنود مباشرة.

يؤدي التكليس عند درجة حرارة 1250–1350°C إلى إزالة المواد المتطايرة وتحسين:

• القوة الميكانيكية
• الكثافة الحقيقية
• التوصيلية الكهربائية

ترتبط الكثافة الحجمية الأعلى لـ CPC بجودة أفضل للأنود.

4. . قطران الفحم (المادة الرابطة)

يُعد قطران الفحم مناسبًا بشكل خاص كمادة رابطة للمنتجات الكربونية والجرافيتية في الصناعات المعدنية الحديدية وغير الحديدية، وذلك بسبب:

• محتواه العالي من الكربون (عادة 92–95٪ وزناً)
• خصائصه الممتازة في الترابط (نقطة تليّن 80–110°C لامتصاص مثالي)
• نقاوته العالية بعد الكربنة (محتوى الرماد <0.3% بعد معالجة 1200°C)
• انخفاض تكلفة الإنتاج (ناتج ثانوي من تنقية غاز أفران فحم الكوك)

وهذا يجعله المادة الرابطة المهيمنة لـ:
✓ الأنودات المخبوزة مسبقًا (إلكتروليت الألمنيوم)
✓ الأقطاب الجرافيتية (أفران القوس الكهربائي للصلب)
✓ الكتل الكربونية (صهر المغنيسيوم/الرصاص/الزنك)
✓ عجائن الكاثود (خلايا اختزال الألمنيوم)

 5. بقايا الأنودات

تُستخدم بقايا الأنودات (الأنودات المستهلكة) كمصدر آخر للكربون في تصنيع الأنودات المخبوزة مسبقًا في عمليات التحليل الكهربائي للألمنيوم. عند استخدام هذه البقايا كمواد خام لإنتاج الأنود، يجب أولاً إزالة القشرة الإلكترونية الملتصقة بها بشكل كامل.

في الممارسة القياسية، تتم معالجة بقايا الأنودات المعاد تدويرها من خلايا التحليل الكهربائي مع فحم الكوك البترولي المُكلَّس. عادةً، يتم سحق هذه البقايا النظيفة وخلطها في تركيبة الأنود الجديدة كجزء من الركام الخشن في المزيج الجاف.