তেল-ভিত্তিক কোক এবং কয়লা-ভিত্তিক কোকের ক্যালসিনেশন আচরণের মধ্যে মূল পার্থক্য কী?

তেল-ভিত্তিক কোক এবং কয়লা-ভিত্তিক কোকের ক্যালসিনেশন আচরণের মূল পার্থক্যগুলো তাদের কাঁচামালের রাসায়নিক গঠনের ভিন্নতার কারণে সৃষ্ট স্বতন্ত্র বিক্রিয়া পথের মধ্যে নিহিত, যা পরবর্তীতে স্ফটিক কাঠামোর বিবর্তন, ভৌত বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তন এবং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জটিলতায় উল্লেখযোগ্য ভিন্নতা সৃষ্টি করে। এর একটি বিশদ বিশ্লেষণ নিচে দেওয়া হলো:

১. কাঁচামালের রাসায়নিক গঠনের পার্থক্যই ক্যালসিনেশন আচরণের ভিত্তি স্থাপন করে।

তেল-ভিত্তিক কোক পেট্রোলিয়াম রেসিডিউ এবং ক্যাটালিটিক ক্র্যাকিং পদ্ধতিতে পরিশোধিত তেলের মতো ভারী ডিস্টিলেট থেকে তৈরি হয়। এর রাসায়নিক গঠন প্রধানত স্বল্প পার্শ্ব-শৃঙ্খলযুক্ত, রৈখিকভাবে সংযুক্ত পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন দ্বারা বৈশিষ্ট্যমণ্ডিত, যেখানে সালফার, নাইট্রোজেন, অক্সিজেন এবং ধাতব হেটেরোঅ্যাটমের পরিমাণ তুলনামূলকভাবে কম থাকে, এবং সেইসাথে কঠিন অপদ্রব্য ও কুইনোলিনে অদ্রবণীয় পদার্থের পরিমাণও নগণ্য। এই গঠনের ফলে ক্যালসিনেশন প্রক্রিয়াটি পাইরোলাইসিস বিক্রিয়া দ্বারা প্রভাবিত হয়, যার বিক্রিয়া পথ তুলনামূলকভাবে সরল এবং অপদ্রব্য সম্পূর্ণরূপে অপসারিত হয়।

অন্যদিকে, কয়লা-ভিত্তিক কোক উৎপাদিত হয় কোল টার পিচ এবং এর ডিস্টিলেট থেকে, যেগুলিতে দীর্ঘ পার্শ্ব-শৃঙ্খল এবং ঘনীভূত পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের উচ্চ অনুপাতের পাশাপাশি উল্লেখযোগ্য পরিমাণে সালফার, নাইট্রোজেন, অক্সিজেন হেটেরোঅ্যাটম এবং কঠিন অপদ্রব্য থাকে। কয়লা-ভিত্তিক কোকের এই জটিল গঠনের কারণে ক্যালসিনেশনের সময় কেবল পাইরোলাইসিস বিক্রিয়াই নয়, বরং উল্লেখযোগ্য ঘনীভবন বিক্রিয়াও ঘটে, যার ফলে বিক্রিয়ার পথ আরও জটিল হয়ে ওঠে এবং অপদ্রব্য অপসারণ করা আরও কঠিন হয়ে পড়ে।

২. স্ফটিক কাঠামোর বিবর্তনের ভিন্নতা পদার্থের বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করে

ক্যালসিনেশনের সময়, তেল-ভিত্তিক কোকের মধ্যে থাকা কার্বন মাইক্রোক্রিস্টালগুলির ব্যাস (La), উচ্চতা (Lc), এবং ক্রিস্টালের ভেতরের স্তরের সংখ্যা (N) ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পায়। আদর্শ গ্রাফাইট মাইক্রোক্রিস্টালের পরিমাণও (Ig/Iall) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। যদিও উদ্বায়ী পদার্থের নির্গমন এবং কাঁচা কোকের সংকোচনের কারণে Lc একটি "ইনফ্লেকশন পয়েন্ট"-এ পৌঁছায়, সামগ্রিক ক্রিস্টাল কাঠামো আরও নিয়মিত হয়ে ওঠে এবং গ্রাফিটাইজেশনের মাত্রা বৃদ্ধি পায়। এই কাঠামোগত বিবর্তন ক্যালসিনেশনের পরে তেল-ভিত্তিক কোককে নিম্ন তাপীয় প্রসারণ সহগ, নিম্ন বৈদ্যুতিক রোধ এবং উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য প্রদান করে, যা এটিকে বড় আকারের অতি-উচ্চ-ক্ষমতার গ্রাফাইট ইলেকট্রোড তৈরির জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত করে তোলে।

একইভাবে, ক্যালসিনেশনের সময় La, Lc, এবং N বৃদ্ধির সাথে সাথে কয়লা-ভিত্তিক কোকের কার্বন মাইক্রোক্রিস্টাল কাঠামো বিকশিত হয়। তবে, কাঁচামালের মধ্যে থাকা অশুদ্ধি এবং ঘনীভবন বিক্রিয়ার প্রভাবে ক্রিস্টাল ত্রুটি বেশি থাকে এবং আদর্শ গ্রাফাইট মাইক্রোক্রিস্টালের পরিমাণ বৃদ্ধি সীমিত থাকে। এছাড়াও, কয়লা-ভিত্তিক কোকে Lc-এর জন্য “ইনফ্লেকশন পয়েন্ট” ঘটনাটি আরও বেশি সুস্পষ্ট, এবং নতুন যুক্ত স্তরগুলি মূল স্তরগুলির সাথে এলোমেলো “স্ট্যাকিং ফল্ট” প্রদর্শন করে, যার ফলে আন্তঃস্তর ব্যবধানে (d002) উল্লেখযোগ্য তারতম্য ঘটে। এই কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলির ফলে ক্যালসিনেশনের পরে কয়লা-ভিত্তিক কোকের তাপীয় প্রসারণ সহগ এবং বৈদ্যুতিক রোধ তেল-ভিত্তিক কোকের তুলনায় কম হয়, কিন্তু এর শক্তি এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা দুর্বল হয়, যা এটিকে উচ্চ-ক্ষমতার ইলেকট্রোড এবং মাঝারি আকারের অতি-উচ্চ-ক্ষমতার ইলেকট্রোড তৈরির জন্য আরও উপযুক্ত করে তোলে।

৩. ভৌত বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তনের ভিন্নতা প্রয়োগের ক্ষেত্র নির্ধারণ করে

ক্যালসিনেশনের সময়, তেল-ভিত্তিক কোক থেকে উদ্বায়ী পদার্থ সম্পূর্ণরূপে নির্গত হয় এবং এর আয়তন সুষমভাবে সংকুচিত হয়, যার ফলে এর প্রকৃত ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় (২.০০–২.১২ গ্রাম/সেমি³ পর্যন্ত) এবং যান্ত্রিক শক্তি যথেষ্ট উন্নত হয়। একই সাথে, ক্যালসিনেটেড উপাদানটির বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়, যা উচ্চমানের গ্রাফাইট পণ্যের জন্য প্রয়োজনীয় কঠোর কার্যক্ষমতার শর্ত পূরণ করে।

অন্যদিকে, কয়লা-ভিত্তিক কোকে উচ্চতর অশুদ্ধি উপাদানের কারণে উদ্বায়ী পদার্থ নির্গমনের সময় স্থানীয় পীড়ন ঘনত্ব সৃষ্টি হয়, যার ফলে এর আয়তন অসমভাবে সংকুচিত হয় এবং প্রকৃত ঘনত্ব তুলনামূলকভাবে কম বৃদ্ধি পায়। অধিকন্তু, ক্যালসিনেশনের পর কয়লা-ভিত্তিক কোকের কম শক্তি ও দুর্বল ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং উচ্চ-তাপমাত্রার গ্রাফিটাইজেশনের সময় এর প্রসারণের প্রবণতার কারণে তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা আবশ্যক। এই বৈশিষ্ট্যগুলো উচ্চ-স্তরের ক্ষেত্রগুলিতে কয়লা-ভিত্তিক কোকের প্রয়োগকে সীমিত করে, যদিও এর নিম্ন তাপীয় প্রসারণ সহগ এবং বৈদ্যুতিক রোধকত্ব এটিকে নির্দিষ্ট কিছু ক্ষেত্রে এখনও অপরিহার্য করে রেখেছে।

৪. প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জটিলতার ভিন্নতা উৎপাদন দক্ষতাকে প্রভাবিত করে

এর তুলনামূলকভাবে সরল রাসায়নিক গঠনের কারণে, তেল-ভিত্তিক কোক ক্যালসিনেশনের সময় সুস্পষ্ট বিক্রিয়া পথ প্রদর্শন করে, ফলে প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করা সহজ হয়। ক্যালসিনেশন তাপমাত্রা, উত্তাপের হার এবং পরিবেশ নিয়ন্ত্রণের মতো প্যারামিটারগুলো অপ্টিমাইজ করার মাধ্যমে, ক্যালসিনেটেড পণ্যের গুণমান এবং উৎপাদন দক্ষতা কার্যকরভাবে উন্নত করা যায়। এছাড়াও, তেল-ভিত্তিক কোকে থাকা উচ্চ উদ্বায়ী পদার্থের পরিমাণ ক্যালসিনেশনের সময় স্বয়ংক্রিয়ভাবে তাপশক্তি সরবরাহ করে, যা উৎপাদন খরচ কমিয়ে দেয়।

অন্যদিকে, কয়লা-ভিত্তিক কোকের জটিল রাসায়নিক গঠনের কারণে ক্যালসিনেশনের সময় বিভিন্ন ধরনের বিক্রিয়ার পথ তৈরি হয়, যা প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণকে আরও কঠিন করে তোলে। ক্যালসিনেশনের পর পণ্যের স্থিতিশীল গুণমান নিশ্চিত করার জন্য কাঁচামালের কঠোর প্রাক-প্রক্রিয়াকরণ, উত্তাপের হারের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ এবং বিশেষ পরিবেশগত সমন্বয় প্রয়োজন হয়। অধিকন্তু, কয়লা-ভিত্তিক কোকের ক্যালসিনেশনের সময় অতিরিক্ত তাপশক্তির যোগান প্রয়োজন হয়, যা উৎপাদন খরচ এবং শক্তি খরচ বাড়িয়ে দেয়।