Carbon coke
Caratteristiche e proprietà del carbon coke
Il carbon coke o semplicemente coke è il residuo solido della distillazione secca o carbonizzazione di opportuni carboni detti cookizzanti (vedi in seguito).
Il carbon coke ha l'aspetto di una massa dura, porosa, di colore tra nero e grigio lucido, di caratteristiche chimiche e fisiche che differiscono secondo il carbone di partenza, il tipo di carbonizzazione e la temperatura alla quale questa è avvenuta.
Il residuo solido della carbonizzazione di combustibili non cokizzanti (lignite, carboni magri) non viene di regola definito come carbon coke.
Produzione del carbon coke
Il carbon coke si forma quando si riscalda il carbone in assenza di aria. Durante il riscaldamento a 350-500 °C il carbone rammollisce dando una massa semisolida.
In questo intervallo di temperatura si liberano parzialmente dal carbone le sostanze volatili; proseguendo il riscaldamento a 1000-1100 °C le sostanze volatili si riducono a circa l'1%.
Il carattere del coke prodotto è in larga misura determinato dal grado di rammollimento raggiunto durante il riscaldamento.
Per ottenere un carbon coke con le caratteristiche desiderate si miscelano, prima di caricarli in opportuni forni, due o più carboni.
Solitamente i carboni con il 28-38% di sostanze volatili vengono miscelati con carboni a basso tenore di sostanze volatili (15-20%) per ottenere miscele contenenti carboni con un 20-40% di sostanze volatili; sono tuttavia possibili anche altre composizioni.
Le caratteristiche del carbon coke prodotto vengono influenzate, oltre che dai tipi di carboni miscelati, anche dalle condizioni di carbonizzazione nei forni a coke. Tra queste la più importante è la temperatura, che ha un'importanza determinante sulla pezzatura e resistenza meccanica del coke.
In generale, per un dato carbone, la pezzatura e la resistenza allo schiacciamento del coke aumentano con la diminuzione della temperatura di carbonizzazione.
Usi del carbon coke
Il carbon coke viene usato in misura predominante (91%) come combustibile per altoforni nei quali fornisce il calore e i gas necessari alla riduzione del minerale di ferro, ma viene impiegato anche in altri processi di riduzione, in fonderia (4%) e - talvolta - nel riscaldamento domestico.
Per l'1% il carbon coke viene impiegato nella produzione di gas d'acqua e per il 3% circa in altre industrie (produzione di carburo di calcio, di metalli non ferrosi e di fosfati).
Proprietà del carbon coke
Negli altoforni e in fonderia si adopera coke a bassa umidità, a basso tenore in sostanze volatili e ceneri: l'umidità e le sostanze volatili dipendono dal tipo di distillazione secca, mentre le ceneri dipendono dalla composizione del carbone alimentato.
Il carbon coke d'altoforno contiene normalmente meno del 2% di sostanze volatili, l'85-90% di carbonio fisso, il 6-16% di ceneri e lo 0,5-1,0% di zolfo. Tale tipo di coke deve essere di pezzatura uniforme (da 6 a 12 cm di diametro) e deve essere resistente alla compressione in modo da poter sostenere la colonna degli strati di minerali di ferro, coke e fondenti che lo sovrastano.
Se il coke va adoperato nei convertitori Bessemer o nei forni Martin-Siemens per la produzione dell'acciaio, anche il tenore in fosforo diventa importante e deve essere inferiore allo 0,01%.
Altre caratteristiche del carbon coke da fonderia sono l'alta reattività nei confronti dell'ossigeno (in modo da ottenere un elevato sviluppo di calore) e la bassa reattività nei confronti della CO2 (in modo tale da ridurre al minimo la quantità di monossido di carbonio che si forma secondo la reazione: C + CO2 → 2 CO).
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