کک سوزنی
کک سوزنی از دو منشاء پایه نفتی و پایه زغال سنگ قطران تولید می شود. کک نفتی یا پترولیوم کک یک محصول فرعی حاصل از پالایش نفت خام است که عمدتا از کربن تشکیل شده است و دارای مقدار کمی گوگرد و فلزات سنگین مانند نیکل و وانادیوم است. تولید کک سوزنی بر پایه نفت، فرآیندی متشکل از تجزیه حرارتی، پلیمریزاسیون و چگالش است که در نتیجه ی آن، پسماندهای سنگین نفتی به انواع مواد خام جهت تولید کک سوزنی تبدیل می شود. تکنیک های اصلی تولید کک سوزنی شامل کک سازی تاخیری و کک سازی در بستر سیال است. در فرآیند کک‌سازی، سه نوع کک با ساختار فیزیکی مختلف تولید می‌شود: کک سوزنی، کک اسفنجی و کک دانه‌ای.

1.کک سوزنی: این نوع کک به خاطر ساختار سوزنی شکل خود به این نام خوانده می‌شود. این کک از خوراک‌هایی که دارای آسفالتین نمی‌باشند بدست می‌آید.

2.کک اسفنجی: این نوع کک دارای ساختاری اسفنجی است که از خوراک‌های مختلفی تولید می‌شود.

3.کک دانه‌ای: این نوع کک دارای ساختاری دانه‌ای است و از مواد مختلفی تولید می‌شود.

با استفاده از این سه نوع ساختار فیزیکی، کک‌های مختلفی با استفاده از مواد مختلف و بر اساس نیازهای خاص تولید می‌شوند.
ازاین نوع کک برای تولید الکترودهای گرافیتی استفاده می شود. تولید کک سوزنی با کیفیت خوب بسیار پیچیده است. هیدروکربن اشباعی، آروماتیک، رزین و آسفالتین از ترکیبات اصلی در فرآیند کک سازی تاخیری هستند که کنترل آنها در تولید کک سوزنی برای تولید مواد خام موردنیاز جهت ساخت الکترود گرافیتی با ضریب انبساط حرارتی پائین مهم هستند. علاوه بر آن کنترل درصد عناصر موجود در آن مانند سولفور، اکسیژن، نیتروژن و ناخالصی های فلزی برای گرافیتیزه شدن بهتر و جلوگیری از اثرات پفکی شدن و تشکیل مزوفاز بسیار مهم است. کک سوزنی علاوه بر اینکه به عنوان ماده اولیه ی برای تولید الکترودهای گرافیتی شناخته می شود، جهت تولید باتری های لیتومی – یونی نیز از کک سوزنی استفاده می شود.
مشخصات کک سوزنی با کیفیت بالا: ضریب انبساط حرارتی پائین، قابلیت گرافیته شدن بسیار بالا، استحکام مکانیکی بالا، قابلیت پفکی شدن پائین، درصد سولفور و نیتروژن پائین، درصد خاکستر پائین است. سهم مصرف کک سوزنی دربخش های مختلف صنعت به شرح ذیل می باشد: الکترود گرافیتی: 80 درصد، باتری های لیتوم : 10 درصد، مواد پیشرفته کربنی-گرافیتی: 8 درصد و سایر موارد: 2 درصد. ساختار سوزنی شکل کک سوزنی را می توان در زیر میکروسکوپ مشاهده کرد. کک سوزنی در دمای بالای 2000 درجه سانتیگراد به راحتی گرافیتیزه می شود. الکترودهای گرافیتی ساخته شده از کک سوزنی دارای مقاومت الکتریکی کم، استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی، مقاومت در برابر اکسیداسیون، چگالی ظاهری بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین هستند. قیمت کک سوزنی بسیار بالاتر از کک معمولی است که در حال حاضر حدود 7 الی 8 برابر بیشتر است. کک سوزنی برپایه ی نفت برای تولید کک سوزنی با خلوص فوق العاده بالا (UHP) استفاده می شود که کاربردهای فراوانی در تولید الکترودهای گرافیتی UHP و همچنین تولید آندهای باتری لیتیوم یونی (مورد استفاده می شود در خودروهای الکتریکی) دارد. شرکت های ژاپنی نیز مقداری از کک سوزنی برپایه زغال سنگ را به عنوان مواد خام مورد استفاده فقط برای تولید الکترودهای گرافیتی با مشخصات HP استفاده می کنند. عملکرد تغییرات ابعادی خطی و حجمی کک سوزنی عمدتاً در فرآیند گرافیت سازی تولید الکترود منعکس می شود. با تغییر دما، کک سوزنی در طول فرآیند گرمایش مرحله ی گرافیتی شدن تحت تغییرات خطی و حجمی و انقباض قرار می‌گیرد، که به طور مستقیم بر تغییرات خطی و حجمی بلنک‌های الکترود کلسینه شده تأثیر می‌گذارد. تنها با تسلط بر ویژگی تغییرات خطی و حجمی کک خام می‌توانیم فرآیند گرافیتی‌سازی را کنترل و بهینه کنیم.

کک سوزنی خوب، کک سوزنی است که دارای ویژگی های خاصی باشد که آن را برای کاربردهای مورد نظر خود، به ویژه در تولید الکترودهای گرافیتی برای کوره های قوس الکتریکی (EAFs) در صنعت فولاد و آندها برای صنعت آلومینیم، مناسب می کند. در اینجا برخی از ویژگی های کلیدی یک کک سوزنی خوب آورده شده است:

محتوای کربن بالا: یک کک سوزنی خوب باید محتوای کربن بالایی داشته باشد، معمولاً بالای 97 درصد یا حتی بیشتر. این خلوص بالای کربن برای استفاده از آن در کاربردهایی که به مواد کربنی با خلوص بالا نیاز دارند ضروری است.

ناخالصی کم: یک کک سوزنی با کیفیت بالا باید ناخالصی های کمی مانند خاکستر، گوگرد وعناصر فلزی کمی داشته باشد. سطوح ناخالصی پایین برای کاربردهایی که ناخالصی ها می توانند بر عملکرد و خواص محصول نهایی تأثیر منفی بگذارند، مانند الکترودها و آندهای گرافیت، بسیار مهم است.

ساختار سوزنی‌شکل: کک سوزنی باید ساختار سوزنی‌شکل منسجم و منظمی داشته باشد که با الیاف کربن بلند، نازک و مستقیم مشخص می‌شود. این ساختار سوزنی، خواص موردنیاز را برای استفاده موثر در کاربردهای با دمای بالا و تنش حرارتی زیاد فراهم
می­کند.

رسانایی حرارتی بالا: ساختار سوزنی­شکل الیاف کربن در کک سوزنی به هدایت حرارتی بالا کمک می کند. این ویژگی برای کاربردهایی که شامل فرآیندهای با دمای بالا هستند، مانند EAF ها و ذوب آلومینیم، بسیار مهم است.

ضریب انبساط حرارتی پایین: یک کک سوزنی خوب باید ضریب انبساط حرارتی پایینی داشته باشد، به این معنی که در مواجهه با تغییرات دما، خیلی کم منبسط شود. این ویژگی برای کاربردهایی که نیاز به ثبات ابعادی در دماهای بالا دارند، حیاتی است.

همگنی: کک سوزنی باید در سرتاسر ساختار خود خواص یکنواخت و ثابتی از خود نشان دهد، تا جاییکه همگنی عملکرد و ویژگی های ثابت را در محصولات نهایی تضمین کند.

مقاومت الکتریکی پایین: کک سوزنی با کیفیت بالا باید مقاومت الکتریکی پایینی داشته باشد که آن را به یک رسانای کارآمد الکتریسیته تبدیل کند. این ویژگی برای استفاده از آن در الکترودها و آندهای گرافیتی که هدایت الکتریکی در آنها ضروری است، حیاتی می­باشد.

استحکام مکانیکی خوب: کک سوزنی باید دارای استحکام مکانیکی خوبی باشد تا در طول فرآوری و استفاده در کاربردهای مختلف در برابر تنش‌ها و کرنش‌ها مقاومت کند.

توزیع یکنواخت اندازه ذرات: توزیع اندازه ذرات کک سوزنی باید برای کاربرد خاصی که برای آن در نظر گرفته شده است مناسب باشد و موجب فرآوری با تغییرات همگن در طول ساخت الکترودها و آندهای گرافیتی شود.

توجه به این نکته ضروری است که کیفیت کک سوزنی بسته به مواد خام مورد استفاده و فرآیند کک سازی خاص به کار رفته در طول تولید آن می تواند متفاوت باشد. خواص موردنظر کک سوزنی اغلب برای پاسخگویی به نیازهای صنایع و کاربردهای مختلف بهینه­سازی می شود و آن را به ماده ای تخصصی و با ارزش در فرآیندهای با دمای بالا و انرژی بر تبدیل می­کند.

شرکت­ های کنوکو فیلیپس۶۶  امریکا-آلمان، سی کمکو ژاپن ، سیدرفت ال پی امریکا، میتسوبیشی کمیکال ژاپن، جی اکس تی جی نیپون اویل وانرژی ژاپن، Sinosteel چین، Petrochina  چین و Baosteel چین و چندین شرکت جدید در هند، روسیه و انگلیس کشورهای اصلی تولید کننده کک سوزنی هستند.