በካልሲኔሽን ሂደት ውስጥ በፔትሮሊየም ኮክ ውስጥ የሚገኙ የመከታተያ ንጥረ ነገሮች የፍልሰት እና የመጥፋት ህጎች ምንድናቸው?

በካልሲኔሽን ወቅት በፔትሮሊየም ኮክ ውስጥ እንደ ሶዲየም (ና)፣ ቫናዲየም (ቪ)፣ ኒኬል (ኒ) እና ካልሲየም (ካ) ያሉ የመከታተያ ንጥረ ነገሮች ፍልሰት እና የመለዋወጥ ቅጦች በሙቀት፣ በክስተቶች ቅርጾች እና በኬሚካላዊ ግብረመልሶች በጋራ ተጽዕኖ ይደረግባቸዋል። የተወሰኑት ቅጦች እንደሚከተለው ናቸው፡

1. የሶዲየም ፍልሰት እና ተለዋዋጭነት (ና)

• ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (<1000°C): ሶዲየም በዋናነት የሚገኘው በኦርጋኒክ ያልሆኑ ጨዎች (ለምሳሌ ሶዲየም ሰልፌት፣ ሶዲየም ክሎራይድ) ወይም ኦርጋኒክ ውህዶች መልክ ሲሆን ዝቅተኛ ተለዋዋጭነት አለው። የሙቀት መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ ቀስ በቀስ ወደ ጋዝ ኦክሳይድ (ለምሳሌ Na₂O) ወይም ሃይድሮክሳይዶች (ለምሳሌ NaOH) ይፈርሳል።
• ከፍተኛ የሙቀት መጠን (>1000°C): የሶዲየም ተለዋዋጭነት በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል። ከሰልፈር እና ክሎሪን (ለምሳሌ፣ Na₂S፣ NaCl) ጋር የተፈጠሩ ውህዶች በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ በቀላሉ ይንጠባጠባሉ ወይም ይፈርሳሉ፣ ይህም ሶዲየም በጋዝ መልክ እንዲወጣ ያደርጋል።
• ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ምክንያቶች፡- የሶዲየም መለዋወጥ በካልሲኔሽን ከባቢ አየር (ኦክሳይድ/መቀነስ) በእጅጉ ይጎዳል። በሚቀንስ ሁኔታ፣ ሶዲየም በሰልፋይድ መልክ የመለዋወጥ ዕድሉ ከፍተኛ ነው።

2. የቫናዲየም ፍልሰት እና ተለዋዋጭነት (V)

• የክስተት ቅርጾች፡- በፔትሮሊየም ኮክ ውስጥ ያለው ቫናዲየም በዋናነት በኦርጋኒክ-የተሳሰሩ ቅርጾች (ለምሳሌ፣ ቫናዲል ፖርፊሪን) እና በተረጋጉ ቅርጾች (ለምሳሌ፣ ቫናዲየም ኦክሳይድ፣ ሲሊካቶች) ይገኛል።
• ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (<1100°C): ኦርጋኒክ-የተሳሰረ ቫናዲየም ቀስ በቀስ እየጨመረ በሚሄድ የሙቀት መጠን ይፈርሳል፣ በውሃ የሚሟሟ፣ በአዮን የሚለዋወጥ ወይም በካርቦኔት የተሳሰረ ቅርጾች ይለወጣል። አንዳንድ ቫናዲየም ከካልሲየም እና ከብረት ማዕድናት ጋር በመገናኘት ዝቅተኛ-የመቅለጥ ነጥብ ያለው ዩቴክቲክስ ይፈጥራል።
• ከፍተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (>1100°C): የቫናዲየም ተለዋዋጭነት በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል። ኦርጋኒክ-የተሳሰረ ቫናዲየም በፍጥነት ወደ ጋዝ VOₓ ዝርያዎች (ለምሳሌ፣ VO፣ V₂O₅) ይበሰብሳል፣ የተረጋጋ ቫናዲየም (ለምሳሌ፣ V₂O₃) ደግሞ በከፊል ይቀልጣል እና በከፍተኛ ሙቀት አነስተኛ መጠን ያለው ቫናዲየም ይለቃል።
• ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ምክንያቶች፡ የቫናዲየም የመለዋወጥ ሁኔታ በሙቀት፣ በማቃጠል ፍጥነት እና በማዕድን ስብጥር ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። በከፍተኛ ሙቀት፣ ቫናዲየም ከሲሊኮን እና ከሰልፈር ጋር ናኖክሪስታሊን መዋቅሮችን ይፈጥራል፣ ይህም በጋዝ መልክ ከፊል የመለዋወጥ ሁኔታን ያስከትላል።

3. የኒኬል (ኒ) ፍልሰት እና ተለዋዋጭነት

• የክስተት ቅርጾች፡- በፔትሮሊየም ኮክ ውስጥ ያለው ኒኬል በዋናነት የሚገኘው በሰልፋይድ (Ni₃S₂)፣ ኦክሳይድ (NiO2) ወይም ሲሊከቶች መልክ ነው።
• ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (<900°C): ኒኬል እንደ Ni₃S₂ ሆኖ ይገኛል፣ ዝቅተኛ ተለዋዋጭነት አለው።
• መካከለኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (900–1200°C): በፈሳሽ ዝቃጭ ውስጥ Ni₃S₂ ቀስ በቀስ ወደ NiS ይቀየራል፣ በ1200°C የሙቀት መጠኑ በግምት 22.4% የሆነ ከፍተኛ የNiS ይዘት ይደርሳል፣ ከዚያም የሙቀት መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ ወደ Ni₃S₂ ይመለሳል።
• ከፍተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (>1400°ሴ): ኒኬል በጋዝ ውህዶች መልክ ይለዋወጣል (ለምሳሌ፣ Ni(g)፣ NiS(g))፣ ነገር ግን Ni₃S₂ በቀጥታ ወደ ጠጣር Ni(s) አይለወጥም።
• ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ምክንያቶች፡ የኒኬል መለዋወጥ በጋዝ ፈዛዛ ወኪሎች (ለምሳሌ O₂፣ H₂O) በእጅጉ ይጎዳል። የO₂ መጨመር የNi₃S₂ ወደ ኤለመንታል Ni እንዳይቀየር ይከላከላል እና የስፒኔል ውህዶችን (ለምሳሌ NiAl₂O₄) መፈጠርን ያግዳል።

4. የካልሲየም ፍልሰት እና ተለዋዋጭነት (ካ)

• የክስተት ቅርጾች፡- በፔትሮሊየም ኮክ ውስጥ የሚገኘው ካልሲየም በዋናነት የሚገኘው በካርቦኔት (CaCO₃)፣ በሰልፌት (CaSO₄) ወይም በሲሊኬት መልክ ነው።
• ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (<800°C): ካርቦኔትስ ወደ CaO እና CO₂ ይከፋፈላል፣ ሰልፌቶች ደግሞ ወደ CaO እና SO₃ ይከፋፈላሉ፣ ይህም ካልሲየም በኦክሳይድ መልክ እንዲበለጽግ ያደርጋል።
• መካከለኛ የሙቀት መጠን ደረጃ (800–1200°ሴ): CaO ከሲሊኮን እና ከአሉሚኒየም ጋር በመገናኘት ዝቅተኛ የማቅለጥ ነጥብ ያላቸው ማዕድናትን (ለምሳሌ፣ አኖሪት CaAl₂Si₂O₈) ይፈጥራል፣ የተወሰነ ካልሲየም ደግሞ በጠጣር መልክ ይቀራል።
• ከፍተኛ የሙቀት መጠን (>1200°ሴ)፡ የካልሲየም ተለዋዋጭነት ዝቅተኛ ነው፣ ነገር ግን ዝቅተኛ የመቅለጥ ነጥብ ያላቸው ማዕድናት በከፍተኛ ሙቀት በከፊል ሊቀልጡ ወይም ሊበሰብስ ይችላል፣ ይህም ካልሲየም በጋዝ ወይም በፈሳሽ መልክ እንዲዛወር ያደርጋል።
• ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ምክንያቶች፡- የካልሲየም ፍልሰት በሲሊካ-አሉሚና ጥምርታ እና በብረት-ካልሲየም ጥምርታ በእጅጉ ተጽዕኖ ያሳድራል። የሲሊካ-አሉሚና ጥምርታ መጨመር የFeV₂O₄ ወደ V₂O₃ እንዲቀየር ያበረታታል፣ የብረት-ካልሲየም ጥምርታ መጨመር ደግሞ የCaAl₂Si₂O₈ መፈጠርን ይከለክላል።

አጠቃላይ ቅጦች

• የሙቀት ጥገኛነት፡- የመከታተያ ንጥረ ነገሮች የመለዋወጥ ፍጥነት ከሙቀት ጋር ይጨምራል፣ ነገር ግን የመለዋወጥ የሙቀት መጠን በንጥረ ነገሮች መካከል በከፍተኛ ሁኔታ ይለያያል (ለምሳሌ፣ ቫናዲየም ከ1100°ሴ በላይ በከፍተኛ ሁኔታ ይለዋወጣል፣ ኒኬል ደግሞ ከ1400°ሴ በላይ ጉልህ ይሆናል)።
• የክስተቶች ቅርጾች ተጽእኖ፡- ኦርጋኒክ-የተሳሰሩ የመከታተያ ንጥረ ነገሮች (ለምሳሌ፣ ኦርጋኒክ ቫናዲየም) ከተረጋጉ ቅርጾች (ለምሳሌ፣ ቫናዲየም ኦክሳይድ) የበለጠ ተለዋዋጭ ናቸው።
• የኬሚካል ግብረመልስ ቁጥጥር፡- የመከታተያ ንጥረ ነገሮች መበላሸት ከሰልፈር እና ክሎሪን ጋር በሚደረጉ ግብረመልሶች ቁጥጥር የሚደረግ ሲሆን ዝቅተኛ የመቅለጥ ነጥብ ወይም የጋዝ ውህዶችን (ለምሳሌ፣ Na₂S፣ VOₓ) ይፈጥራል።
• የሂደት ማመቻቸት አቅጣጫዎች፡- የካልሲኔሽን የሙቀት መጠን፣ ከባቢ አየር እና ተጨማሪዎች (ለምሳሌ፣ የሲሊካ-አሉሚና ጥምርታ ማሻሻያዎች) መቆጣጠር ጎጂ ንጥረ ነገሮችን የመለዋወጥ አቅምን ሊቀንስ እና የካልሲኔሽን ኮክ ጥራትን ሊያሻሽል ይችላል።