Karbon teknikal, pengeluarannya

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-17 19:02

Carbon black (GOST 7885-86) ialah sejenis produk karbon perindustrian yang digunakan terutamanya dalam pengeluaran getah sebagai pengisi yang meningkatkan sifat prestasi bergunanya. Tidak seperti kok dan pic, ia mengandungi hampir satu karbon, ia kelihatan seperti jelaga.

Skop permohonan

Kira-kira 70% daripada karbon hitam yang dihasilkan digunakan untuk pembuatan tayar, 20% - untuk pengeluaran produk getah. Selain itu, karbon teknikal digunakan dalam pengeluaran cat dan varnis serta dalam pengeluaran dakwat percetakan, di mana ia bertindak sebagai pigmen hitam.

Satu lagi bidang aplikasi ialah pengeluaran plastik dan sarung kabel. Di sini produk ditambah sebagai pengisi dan untuk memberikan produk sifat istimewa. Karbon hitam juga digunakan dalam jumlah kecil dalam industri lain.

Ciri

Hitam karbon ialah hasil daripada proses yang menggabungkan teknik kejuruteraan dan kawalan terkini. Oleh kerana ketulenannya dan set yang ditetapkan dengan ketatsifat fizikal dan kimia, ia tiada kaitan dengan jelaga yang dihasilkan sebagai hasil sampingan yang tercemar daripada pembakaran arang batu dan minyak bahan api, atau daripada pengendalian enjin pembakaran dalaman yang tidak terkawal. Menurut klasifikasi antarabangsa yang diterima umum, karbon hitam ditetapkan sebagai Karbon Hitam (karbon hitam diterjemahkan daripada bahasa Inggeris), jelaga dalam bahasa Inggeris ialah jelaga. Iaitu, konsep ini pada masa ini tidak dicampur dalam apa jua cara.

Kesan tetulang akibat pengisian getah dengan karbon hitam tidak kurang pentingnya untuk pembangunan industri getah berbanding penemuan fenomena pemvulkanan getah dengan sulfur. Dalam sebatian getah, karbon daripada sejumlah besar bahan yang digunakan mengikut berat mengambil tempat kedua selepas getah. Pengaruh penunjuk kualiti karbon hitam pada sifat produk getah adalah jauh lebih besar daripada penunjuk kualiti bahan utama - getah.

Mengukuhkan sifat

Memperbaiki sifat fizikal bahan dengan memperkenalkan pengisi dipanggil tetulang (tetulang), dan pengisi sedemikian dipanggil penguat (hitam karbon, silikon oksida termendak). Di antara semua penguat, karbon teknikal mempunyai ciri yang benar-benar unik. Malah sebelum pemvulkanan, ia mengikat getah, dan campuran ini tidak boleh dipisahkan sepenuhnya kepada karbon hitam dan getah dengan pelarut.

Kekuatan getah berdasarkan elastomer yang paling penting:

Elastomer	Kekuatan tegangan, MPa
	Pengvulkanan tidak terisi	Vulkanisasi diisi dengan karbon hitam
Getah Stirena Butadiena	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Getah poliakrilat	2, 1	17, 6
Getah polibutadiena	5, 6	21, 1

Jadual menunjukkan sifat pemvulkanan yang diperoleh daripada pelbagai jenis getah tanpa isi dan diisi dengan karbon hitam. Daripada data di atas, dapat dilihat bagaimana pengisian karbon memberi kesan ketara kepada kekuatan tegangan getah. Ngomong-ngomong, serbuk tersebar lain yang digunakan dalam sebatian getah untuk memberikan warna yang diingini atau mengurangkan kos campuran - kapur, kaolin, talkum, oksida besi dan lain-lain tidak mempunyai sifat pengukuhan.

Struktur

Karbon semula jadi tulen ialah berlian dan grafit. Mereka mempunyai struktur kristal yang berbeza dengan ketara antara satu sama lain. Persamaan dalam struktur grafit semula jadi dan bahan tiruan karbon hitam telah ditubuhkan oleh pembelauan sinar-X. Atom karbon dalam grafit membentuk lapisan besar sistem cincin aromatik terkondensasi, dengan jarak interatomik 0.142 nm. Lapisan grafit inisistem aromatik terkondensasi dipanggil satah basal. Jarak antara pesawat ditakrifkan dengan ketat dan ialah 0.335 nm. Semua lapisan adalah selari antara satu sama lain. Ketumpatan grafit ialah 2.26g/cm3.

Tidak seperti grafit, yang mempunyai susunan tiga dimensi, karbon teknikal hanya dicirikan oleh susunan dua dimensi. Ia terdiri daripada satah grafit yang dibangunkan dengan baik, terletak kira-kira selari antara satu sama lain, tetapi diimbangi berkenaan dengan lapisan bersebelahan - iaitu, satah berorientasikan sewenang-wenangnya berkenaan dengan normal.

Struktur grafit secara kiasan dibandingkan dengan dek kad yang dilipat kemas, dan struktur karbon hitam dibandingkan dengan dek kad di mana kad dialihkan. Di dalamnya, jarak antara satah lebih besar daripada grafit dan ialah 0.350-0.365 nm. Oleh itu, ketumpatan karbon hitam adalah lebih rendah daripada ketumpatan grafit dan berada dalam julat 1.76-1.9 g/cm³, bergantung pada jenama (paling kerap 1.8 g/cm ^3).

Mewarna

Gred karbon hitam (pewarna) berpigmen digunakan dalam pengeluaran dakwat percetakan, salutan, plastik, gentian, kertas dan bahan binaan. Mereka dikelaskan kepada:

• warna tinggi karbon hitam (HC);
• medium (MS);
• pewarna biasa (RC);
• warna rendah (LC).

Huruf ketiga menunjukkan kaedah mendapatkan - relau (F) atau saluran (C). Contoh penetapan: HCF - Relau Warna Tinggi Hitam (Relau Warna Hiqh).

Kuasa pewarna produk adalah berkaitan dengan saiz zarahnya. Bergantung pada saiznya, karbon teknikal dibahagikan kepada kumpulan:

Saiz zarah purata, nm	Gred hitam relau
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Klasifikasi

Karbon teknikal untuk getah mengikut tahap kesan tetulang terbahagi kepada:

• Sangat mengukuhkan (tapak, keras). Ia diperuntukkan dengan peningkatan ketahanan dan daya tahan terhadap pergeseran. Saiz zarah adalah kecil (18-30 nm). Digunakan dalam tali pinggang penghantar, tapak tayar.
• Separa tetulang (rangka kerja, lembut). Saiz zarah adalah purata (40-60 nm). Ia digunakan dalam pelbagai produk getah, bangkai tayar.
• Keuntungan rendah. Saiz zarah adalah besar (lebih 60 nm). Penggunaan terhad dalam industri tayar. Memberikan kekuatan yang diperlukan sambil mengekalkan keanjalan yang tinggi dalam produk getah.

Klasifikasi lengkap karbon hitam diberikan dalam ASTM D1765-03, diterima oleh semua pengeluar dan pengguna produk global. Di dalamnya, pengelasan, khususnya, dijalankan mengikut julat kawasan permukaan khusus zarah:

Kumpulan	Purata kawasan khususpermukaan melalui penjerapan nitrogen, m2/g
0	>150
1	121-150
2	100-120
3	70-99
4	50-69
5	40-49
6	33-39
7	21-32
8	11-20
9	0-10

Pengeluaran karbon hitam

Terdapat tiga teknologi untuk menghasilkan karbon hitam perindustrian yang menggunakan kitaran pembakaran hidrokarbon yang tidak lengkap:

• relau;
• saluran;
• tiub;
• plasma.

Terdapat juga kaedah terma yang mengurai asetilena atau gas asli pada suhu tinggi.

Berbilang gred yang dihasilkan oleh teknologi yang berbeza mempunyai ciri yang berbeza.

Teknologi pengeluaran

Secara teorinya, adalah mungkin untuk mendapatkan karbon hitam melalui semua kaedah di atas, namun, lebih daripada 96% produk yang dihasilkan diperoleh dengan kaedah relau daripada bahan mentah cecair. Kaedah ini memungkinkan untuk mendapatkan pelbagai gred karbon hitam dengan set sifat tertentu. Contohnya, Loji Karbon Hitam Omsk menghasilkan lebih daripada 20 gred karbon hitam menggunakan teknologi ini.

Teknologi umum adalah ini. Reaktor, dipenuhi dengan bahan yang sangat tahan api, disuap dengan gas asli dan udara yang dipanaskan hingga 800°C. Disebabkan oleh pembakaran gas asli, produk pembakaran lengkap terbentuk dengan suhu 1820-1900 ° C, mengandungi sejumlah oksigen bebas tertentu. Bahan mentah hidrokarbon cecair disuntik ke dalam produk suhu tinggi pembakaran lengkap, dicampur dengan teliti sebelum ini dan dipanaskan hingga 200-300 °C. Pirolisis bahan mentah berlaku pada suhu yang dikawal ketat, yang bergantung pada jenama karbon hitam yang dihasilkan, mempunyai nilai yang berbeza dari 1400 hingga 1750 ° С.

Pada jarak tertentu dari tempat bekalan bahan mentah, tindak balas termo-oksidatif dihentikan dengan suntikan air. Karbon hitam dan gas tindak balas yang terbentuk hasil daripada pirolisis memasuki pemanas udara, di mana ia mengeluarkan sebahagian daripada haba mereka ke udara yang digunakan dalam proses, manakala suhu campuran karbon-gas menurun dari 950-1000 ° С kepada 500-600 °С.

Selepas menyejukkan hingga 260-280 °C akibat suntikan air tambahan, campuran karbon hitam dan gas dihantar ke penapis beg, di mana karbon hitam diasingkan daripada gas dan memasuki corong penapis. Karbon hitam yang diasingkan daripada tong penapis disalurkan melalui saluran paip gas oleh kipas (peniup turbo) ke bahagian granulasi.

Pengeluar karbon hitam

Pengeluaran global karbon hitam melebihi 10 juta tan. Permintaan yang begitu besar untuk produk dijelaskan, pertama sekali, oleh sifat pengukuhannya yang unik. Lokomotif industri ialah:

• Kumpulan Aditya Birla (India) - kira-kira 15% daripada pasaran.
• Cabot Corporation (AS) - 14% daripada pasaran.
• Karbon Kejuruteraan Orion (Luxembourg) - 9%.

Pengeluar karbon terbesar Rusia:

• Omsktehuglerod LLC – 40% daripada pasaran Rusia. Kilang di Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.