Las principales diferencias en el comportamiento de calcinación entre el coque derivado del petróleo y el coque derivado del carbón radican en las distintas vías de reacción, determinadas por las diferencias en la composición química de sus materias primas. Esto conlleva variaciones significativas en la evolución de la estructura cristalina, cambios en las propiedades físicas y dificultades en el control del proceso. A continuación, se presenta un análisis detallado:
1. Las diferencias en la composición química de las materias primas sientan las bases del comportamiento de calcinación.
El coque de origen oleoso se obtiene a partir de destilados pesados como los residuos de petróleo y el petróleo clarificado mediante craqueo catalítico. Su composición química se caracteriza principalmente por hidrocarburos aromáticos policíclicos lineales de cadena corta, con contenidos relativamente bajos de azufre, nitrógeno, oxígeno y heteroátomos metálicos, así como mínimas impurezas sólidas y materia insoluble en quinolina. Esta composición da como resultado un proceso de calcinación dominado por reacciones de pirólisis, con una ruta de reacción relativamente simple y una eliminación completa de impurezas.
En cambio, el coque de carbón se produce a partir de brea de alquitrán de hulla y sus destilados, que contienen una mayor proporción de hidrocarburos aromáticos policíclicos condensados y de cadena lateral larga, junto con cantidades significativas de azufre, nitrógeno, heteroátomos de oxígeno e impurezas sólidas. La compleja composición del coque de carbón da lugar no solo a reacciones de pirólisis, sino también a importantes reacciones de condensación durante la calcinación, lo que resulta en una ruta de reacción más compleja y una mayor dificultad para la eliminación de impurezas.
2. Las diferencias en la evolución de la estructura cristalina afectan las propiedades del material.
Durante la calcinación, los microcristales de carbono en el coque de origen petrolífero aumentan gradualmente de diámetro (La), altura (Lc) y número de capas (N). El contenido de microcristales de grafito ideales (Ig/Iall) también se incrementa significativamente. Si bien Lc experimenta un punto de inflexión debido a la liberación de materia volátil y la contracción del coque crudo, la estructura cristalina general se vuelve más regular, con un mayor grado de grafitización. Esta evolución estructural confiere al coque de origen petrolífero excelentes propiedades, como un bajo coeficiente de expansión térmica, baja resistividad eléctrica y alta conductividad eléctrica tras la calcinación, lo que lo hace especialmente adecuado para la fabricación de electrodos de grafito de gran tamaño y ultra alta potencia.
De manera similar, la microestructura de carbono del coque derivado del carbón evoluciona con el aumento de La, Lc y N durante la calcinación. Sin embargo, debido a la influencia de impurezas y reacciones de condensación en la materia prima, se presentan más defectos cristalinos y el aumento del contenido de microcristales de grafito ideales es limitado. Además, el fenómeno del "punto de inflexión" para Lc es más pronunciado en el coque derivado del carbón, y las capas recién añadidas exhiben "fallas de apilamiento" aleatorias con las capas originales, lo que genera fluctuaciones significativas en el espaciado interlaminar (d002). Estas características estructurales hacen que el coque derivado del carbón tenga un coeficiente de expansión térmica y una resistividad eléctrica menores que el coque derivado del petróleo después de la calcinación, pero menor resistencia y resistencia a la abrasión, lo que lo hace más adecuado para la producción de electrodos de alta potencia y electrodos de ultra alta potencia de tamaño medio.
3. Las diferencias en los cambios de las propiedades físicas determinan las áreas de aplicación.
Durante la calcinación, el coque a base de aceite experimenta una completa liberación de materia volátil y una contracción volumétrica uniforme, lo que resulta en un aumento significativo de la densidad real (hasta 2,00–2,12 g/cm³) y una mejora sustancial de la resistencia mecánica. Simultáneamente, la conductividad eléctrica, la resistencia a la oxidación y la estabilidad química del material calcinado mejoran significativamente, cumpliendo así con los estrictos requisitos de rendimiento para productos de grafito de alta gama.
En cambio, el coque de carbón experimenta una concentración de tensiones localizada durante la liberación de materia volátil debido a su mayor contenido de impurezas, lo que provoca una contracción volumétrica desigual y un aumento relativamente menor de la densidad real. Además, la menor resistencia y la menor resistencia a la abrasión del coque de carbón tras la calcinación, junto con su tendencia a expandirse durante la grafitización a alta temperatura, exigen un control estricto de la velocidad de aumento de temperatura. Estas características limitan la aplicación del coque de carbón en sectores de alta tecnología, aunque su bajo coeficiente de dilatación térmica y su baja resistividad eléctrica lo hacen aún indispensable en áreas específicas.
4. Las diferencias en las dificultades del control de procesos afectan la eficiencia de la producción.
Debido a su composición química relativamente simple, el coque derivado del petróleo presenta rutas de reacción claras durante la calcinación, lo que reduce la dificultad de control del proceso. Al optimizar parámetros como la temperatura de calcinación, la velocidad de calentamiento y el control de la atmósfera, se puede mejorar eficazmente la calidad y la eficiencia de producción de los productos calcinados. Además, el alto contenido de materia volátil del coque derivado del petróleo proporciona energía térmica autosuficiente durante la calcinación, lo que reduce los costos de producción.
En cambio, la compleja composición química del coque de carbón da lugar a diversas vías de reacción durante la calcinación, lo que dificulta el control del proceso. Se requiere un pretratamiento riguroso de la materia prima, un control preciso de la velocidad de calentamiento y un ajuste especial de la atmósfera para garantizar una calidad estable del producto tras la calcinación. Además, el coque de carbón requiere un aporte adicional de energía térmica durante la calcinación, lo que incrementa los costes de producción y el consumo energético.
Fecha de publicación: 7 de abril de 2026