引言煤沥青是许多种多环芳烃组成的一个混合物，它是炼焦工业的副产品，是目前资源最丰富、价格最低廉的多环芳烃群的来源。

在炭素工业、建筑工业等方面有着非常重要的用途。

由于电炉炼钢和电解铝工业的发展，对于作为黏结剂的沥青在数量上和质量上提出了越来越高的要求。

近年来沥青炭纤维的发展使炭纤维的价格大为降低，因而有可能在汽车制造、建筑工业上开发出大量的新用途，如果这一前景得以实现，则沥青的需求无论在量上、还是在质上，都将有一个飞跃。

从沥青的组成看，石油沥青的芳香度低，而煤沥青的芳香度高。

这使得它们各具有自身的特点，各有自己适宜的用途。

从资源量来看，石油的蕴藏量远远不及煤，在这一意义上讲，我们更应该把目光移向煤沥青。

目前制造超高功率电极的原料——针状焦主要是由渣油和石油沥青制造的，但是，如果把煤沥青（或从煤焦油开始）加以处理，也可以制成针状焦。

沥青基炭纤维的开发是从石油沥青开始的，但是煤沥青经过一定的处理和调制，也可以制造出优质的炭纤维。

1．煤沥青的组成和性质煤沥青（下文简称为沥青）是有大群多环化合物及其衍生物组成的，其中已确认出的化合物已有几百种之多。

在炭素工业中用作黏结剂和浸渍剂的沥青，我们没有必要，也不可能把其中各个化合物分离出来，一一加以研究。

研究沥青最实用的方法就是溶剂萃取分析或称溶剂抽提分析的方法，简称为溶提分析法或分部溶提法。

所谓分部溶提法就是分别用不同的溶剂处理沥青，把它分成可溶的与不可溶的两部分。

如果适当地选择几种溶解能力不同的溶剂，就可以把沥青切割成不同的几个溶提组分。

进一步可以对各种不同的溶提组分进行物理、化学和工艺性能方面的研究。

2．沥青的溶提分析从上个世纪，就有人用溶提法研究煤的组成，例如，De Marsilly在1860年曾用苯、酒精、乙醚、三氯甲烷和二硫化碳等溶剂，对煤进行系统的溶提研究。

以后，进行这种研究的学者逐渐增多，方法也逐渐系统化了。

受到上述对煤的溶提研究的启示，有些学者对沥青进行了溶提研究，特别是在沥青用作炭素制品的黏结剂以后，这类研究逐渐增多，从而丰富了我们对沥青的组成和性质方面的知的，所以溶提的产率很大程度上依赖于溶剂的沸点。

这一点可以用来解释在不断提高溶提温度的情况下作重复溶提时，会不断提高溶提产率的现象。

（2）D．M．Riggs的理论Riggs用热力学的方法研究了沥青的溶解度。

根据热力学的原理，一个混合过程的混合自由能变△Gmix＜0，则有利于溶解过程的进行。

根据自由能的定义，在恒温、恒压条件下（△T=0，△P=0）；△Gmix = △Hmix—T△Smix（1）式中：△Hmix——混合过程的焓变；△Smix——混合过程的熵变；T ——温度K。

上面提到过，溶解过程进行的条件为：△Gmix＜0也即△Hmix —T△Smix＜0或△Hmix ＜T△Smix（2）从（2）式可以看出，△Hmix的降低有利于溶解过程的进行。

Riggs发现△Hmix与溶剂——溶质体系的内聚能密度有关，他定义了一个参数——溶解度参数δ：δ=（内聚能密度）1/2（3）令溶质的溶解度参数为δ1，溶剂的为δ2，当δ1=δ2时，△Hmix=0，有利于溶解过程的进行。

Riggs和Diefendorf还发现，烃类溶解度参数的变化是物质中H/（H+C）比值的线性函数。

表2中列出的是几种常用作沥青溶提溶剂的烃类及其衍生物的H/（H+C）和δ的数值。

我们根据Riggs等作出的δ与H/（H+C）的关系曲线，把表2中几种烃类及其衍生物的相应点标示在图1中。

从该图可以看出，脂烃和芳烃的点与曲线的偏离很小，杂环芳烃的偏离也很小，而醇类的偏离却很大。

析方法简介如下：2.2.1 Gilbert Morgan法用正己烷或轻石油馏分等一类脂烃作为溶剂，对沥青进行溶提，溶于其中的部分称为结晶质；把不溶于正己烷或轻石油馏分的部分用苯或甲苯处理，溶于其中的部分称作树脂质；把不溶于其中的部分用吡啶处理，溶于其中的部分称为C 2组分，不溶于其中的部分称为C1组分。

在某些文献上，有些研究者把C1组分称为a化合物，C2组分称为b化合物。

“C1+C2”组分可与游离炭等同。

2.2.2 Mcneil和Wood法该法把沥青分成6个组分：结晶质组分A——溶于沸点40～60℃轻石油的部分；结晶质组分B——溶于沸点100～120℃轻石油而不溶于沸点40～60℃轻石油的部分；树脂质组分——溶于苯，不溶于轻石油的部分；C2组分——溶于硝基苯，不溶于苯的部分；C1组分A——溶于喹啉，不溶于硝基苯部分；C1组分B——不溶于喹啉的部分。

2.2.3 Dickenson法该法大体上与Morgan法相似，不同的是Morgan法的第二种溶剂为苯或甲苯，而本法的第二种溶剂规定用苯。

另外，对各组分的命名也不同，本法中称结晶质为A树脂+油，称树脂质为B树脂。

2.2.4 Mallison法该法是Mallison在1950年提出的。

把沥青试样用热蒽油——吡啶混合物溶提，所得到的残渣称为H树脂。

同一沥青的另外一个试样，在水浴上用苯作溶剂进行溶提，残渣经烘干称量，称为H树脂+M树脂。

用减差法求出M树脂的量。

同一沥青的第三个试样用吡啶和含少量氨的甲醇混合物溶提，不溶物经过称量，称为H树脂+M树脂+N树脂。

N树脂的量也用减差法求得。

在这一步骤中得到的滤液调整到标准容积，然后加入此容积一半的N4HCL溶液，得到油状不溶物，用倾酌法分离、烘干、称量，该部分称为m油。

最后一部分称为n油，用减差法求出。

这一溶提分析法的优点是快速，因而采用的人越来越多。

但也有其缺点，即，3.2.2 沥青的软化点t与苯不溶物BI的关系s物质的性质决定于其成分和结构，因此我们可以期望在沥青的软化点t与s其某些溶提组分之间建立起联系。

鲍世宁利用太钢沥青的测定结果在BI和t之s间建立起下列关系：lgBI = at+c （8）s（8）式也可改写成= a′lgBI +c′ （9）ts对太钢沥青，鲍世宁得到a、c的值为：a = 6.44×10-3；c = 0.83。

（7）式、（8）式和（9）式把沥青的溶提组分BI与沥青的软化点以及黏度特性等联系在一起，也即在组分与特性之间建立起了联系。

3.3 QI的性质及其在沥青用作炭素材料黏结剂中的作用3.3.1 沥青中γ、β树脂的作用沥青中的γ树脂和β树脂在作为黏结剂时的作用一般的看法比较一致，即认为γ树脂的含量决定沥青的黏度性质，提高其含量，可以改善糊料的塑性，易于成型。

尽管还缺乏这方面的定量的关联，但在定性的水平上，一般的认识是一致的。

对于β树脂，一般都认为它是沥青中起黏结桥作用的主要成分。

其含量的多少直接影响炭素制品的密度和强度、电阻率等的数值。

但是，对于α树脂（QI）的看法就不那么一致了。

为此，我们先应对QI的形成、结构等作一些了解。

1.3.2QI的化学组成以前很多人认为QI基本上就是炭黑颗粒，因此不具有黏结作用。

它的存在只是可以提高沥青在焦化时的残炭量。

如果这样理解，就会认为QI的存在对于沥青作为黏结剂的性能是无益的。

但是随着研究工作的不断深入，这一看法逐渐为人们抛弃。

从QI的形成来区分，可以把它分成原生QI和次生QI。

所谓原生QI就是在焦化过程中形成的QI，这种QI存在于煤焦油中。

煤焦油中原生的QI含量主要与焦化煤的煤种、焦炉的装料密度、焦炉的温度、焦炉循环周期的长短等因素有关。

此外，还与焦炉装煤的冷装或热装、炉室上部空间的大小和温度、焦炉的状态、煤气收集总管的温度和煤气净化的程度等因素有关。

如果焦炉炉门或炉室壁不严密，就会由于漏入空气造成局部过热而增加QI的形成。

在原生QI中又包含无机QI与有机QI两部分。

无机QI是煤中的灰分颗粒、炉壁的耐火砖粉末，以及焦炉和煤气收集总管中落入焦油的铁屑。

如果这些无机物的颗粒足够小，以至在煤焦油贮存过程中不能沉降除去，而是以胶体或悬浮物的形式存在于煤焦油中，就形成了原生QI中的无机QI，其大小约为10μm或更大一些。

这一部分QI的存在是有害的。

原生的有机QI是煤的大型芳烃分子裂化而生成或是由裂化产物中分子量较低的芳烃在焦炉的高温下热聚合形成的。

当然，原生有机QI 中还包含一些煤和焦炭的粉末，这些颗粒要大些，一般大于25μm。

应用扫描电子显微镜观察的结果发现，原生有机QI的大小约为0.5μm，也即只有无机QI的1/20左右。

所谓次生QI是在煤焦油蒸馏过程中由原生QI或其他组分热聚合而形成的那一部分QI。

由于它是经过充分聚合的，所以其大小要比原生有机QI大得多，一般至少为8μm，其形状为园球形，一般其内部是空的。

这就是一般所谓的中间相小球体。

扫描电镜观察表明，这些中间相小球体是由一些更小的球形颗粒部分熔融结合在一起形成的。

它是熔融的沥青在350～420℃的温度下经长时间聚合而形成的。

无论是原生有机QI，还是次生QI，都是高度缩合的稠环芳烃，在这些稠合的环中也含有少数杂环。

其C/H比值较高，有时可达到3.5。

有些文献中报道，原生有机QI的C/H比要比次生QI高，分别为3.5与2.1，有些研究者认为，原生有机QI的典型结构近似于环间二蒽嵌四并苯（Circum—Ovalene），这是一个24环的对称型泊位接的芳烃，其分子式为C66H20，C/H=3.3。

这一推测过于武断。

因为QI是一群高分子芳烃的混合物，其C/H的值也只是这一群混合芳烃的平均值。

3.3.3 不同类型QI及其性质不同来源的QI具有不同的组成和结构这一情况，我们在研究它们对沥青的工艺性能中所起的作用时，应加以区别。

QI作为一个整体，可以提高沥青作为黏结剂的工艺性能。

这一点，已有不少研究者得到了越来越多的证据。

这就与以时，着火点最大下降值，从表7中的数据看出，碱土金属盐类对弹碳的氧化催化作用远低于碱金属盐类。

Earp和Hill的研究工作与Harker的研究工作是相互独立进行的，而且所用的方法也不相同，因此他们的数据不能直接进行比较，二者也有矛盾处，例如Earp等认为钾盐的催化作用很小，而Harker等的数据说明钾盐的催化作用大于钠盐。

但是，二者都认为钠盐的催化作用很大，而且数值接近，同时在煤、炭、沥青等灰分中，钠的含量远高于钾。

因此，对于钠盐的催化作用，我们不能不给予足够的重视。

参考文献略。