一、基础参数定义

目标产量：最终成品质量(Mfinal，单位：kg）

原料组成（典型配方）：

石油焦（主原料，固定碳含量Cpet=98%）

沥青（粘结剂，固定碳含量Cpitch=60%，挥发分Vpitch=40%）

包覆沥青（表面处理，占成品质量 5%~8%）

工艺收率：

预处理收率ηpre=95%

造粒收率ηgran=90%

石墨化收率ngraph=85%

包覆收率ncoat=98%

 

二、原料选择与基础参数

1. 常用原料及特性

2. 目标产品指标

总固定碳 ≥98.5%

挥发分 ≤3%

灰分 ≤0.5%

振实密度 ≥0.85g/cm³

 

三、配比计算逻辑框架

1、计算逻辑

从目标产量逆向推导各工序投料量，公式链：

 

 

 

2. 原料配比计算步骤

输入参数：目标产量M_total(kg)，各原料固定碳含量C_i(%)

 

核心公式：

 

Σ(W_i × C_i) = M_total × C_target 

Σ(W_i × V_i) ≤ M_total × V_max 

Σ(W_i × A_i) ≤ M_total × A_max 

ΣW_i = M_total / η_total

（η_total为总收率，通常取0.85-0.92）

 

3. 三原料系统计算示例

假设条件：

 

石油焦：C1=97%，V1=6%

 

沥青：C2=48%，V2=40%

 

石墨粉：C3=99.9%，V3=0.1%

 

目标C_target=98.5%，V_max=3%

 

建立方程组：

 

0.97x + 0.48y + 0.999z = 0.985(x+y+z) 

0.06x + 0.4y + 0.001z ≤ 0.03(x+y+z)

 x + y + z = 100% 

解得典型配比：

 

石油焦 82%

 

沥青 12%

 

石墨粉 6%

 

四、摩尔比计算模型

1. 碳元素摩尔计算

n_C = Σ(W_i × C_i%) / 12

示例：

 

石油焦：82kg×97% = 79.54kg C → 79.54/12=6.628kmol

 

沥青：12kg×48% = 5.76kg C → 0.48kmol

 

石墨粉：6kg×99.9% = 5.994kg C → 0.4995kmol

总碳摩尔 = 7.6075kmol

 

2. 氢氧元素平衡

n_H = Σ(W_i × H%) / 1 

n_O = Σ(W_i × O%) / 16

 

典型沥青含H≈4%，O≈2%，则：

 

沥青H贡献：12kg×4% = 0.48kg → 480mol

 

O贡献：12kg×2% = 0.24kg → 15mol

 

碳摩尔计算：

 

石油焦碳量C 1133.8kg×98%=1111.1kg 

 

粘结剂沥青碳量C

 

 200.1kg×60%=120.1kg 

 

总碳摩尔数：

沥青挥发分摩尔数：

 

五、关键公式总结

逆向推导公式：

 

碳平衡公式：

 

 

 

六、分步计算示例

目标：生产 1000 kg 人造石墨负极材料

 

Mfinal=1000kg

 

1. 包覆处理阶段

 

包覆沥青用量：Mcoat-pitch=Mfinal×5%=50kg

 

包覆前物料量：

 

2. 石墨化阶段

石墨化前物料量：

 

3. 造粒阶段

造粒前物料量：

 

 

粘结剂沥青用量（占造粒物料 15%）：

 

石油焦用量：

4. 预处理阶段

预处理投料量：

 

石油焦实际投料量（含预处理损失）：

粘结剂沥青实际投料量：

 

六、物料平衡计算表

以生产1吨人造石墨为例：

 

总收率：800/1000=80%

 

六、工艺调整系数

挥发分补偿系数：

K_v = (V_实测 - V_目标)/ΔV_沥青 

ΔV_沥青 ≈ 0.35（每增加1%沥青提高0.35%挥发分）

灰分控制公式：

A_total = 0.82×0.5% + 0.12×0.3% + 0.06×0.05% = 0.46%

 

七、新手操作流程

确定目标产量和指标

选择基础原料配比（推荐初始比例：石油焦75-85%）

代入公式验证碳含量：

总碳量 = Σ(原料比例×碳含量)

调整沥青比例控制挥发分

验证灰分是否达标

计算摩尔比确认元素平衡

建立物料平衡表

 

八、注意事项：

原料批次差异需每批检测元素含量

石墨化温度影响碳结构，需配合XRD检测调整

造粒阶段需控制粒径分布：D50=15-25μm

 

通过本计算体系，新手可系统掌握从原料选择到工艺平衡的全流程量化设计方法，建议配合实验数据持续优化模型参数。

 

 

来源：Internet

关键词： 人造石墨负极材料