Technical carbon, ang produksyon nito

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2024-01-17 19:10

Ang Carbon black (GOST 7885-86) ay isang uri ng mga produktong pang-industriya na carbon na pangunahing ginagamit sa paggawa ng goma bilang isang filler na nagpapahusay sa mga kapaki-pakinabang na katangian ng pagganap nito. Hindi tulad ng coke at pitch, binubuo ito ng halos isang carbon, parang soot.

Saklaw ng aplikasyon

Humigit-kumulang 70% ng ginawang carbon black ay ginagamit para sa paggawa ng mga gulong, 20% - para sa paggawa ng mga produktong goma. Gayundin, ginagamit ang teknikal na carbon sa paggawa ng pintura at barnis at sa paggawa ng mga tinta sa pag-print, kung saan ito ay gumaganap bilang isang itim na pigment.

Ang isa pang lugar ng aplikasyon ay ang paggawa ng mga plastik at cable sheath. Narito ang produkto ay idinagdag bilang isang tagapuno at upang bigyan ang mga produkto ng mga espesyal na katangian. Ginagamit din ang carbon black sa maliliit na volume sa ibang mga industriya.

Katangian

Ang Carbon black ay produkto ng isang proseso na isinasama ang pinakabagong engineering at control techniques. Dahil sa kadalisayan nito at mahigpit na tinukoy na hanaypisikal at kemikal na mga katangian, wala itong kinalaman sa soot na ginawa bilang isang polluted by-product mula sa pagkasunog ng coal at fuel oil, o mula sa pagpapatakbo ng mga unregulated internal combustion engine. Ayon sa pangkalahatang tinatanggap na internasyonal na pag-uuri, ang carbon black ay itinalagang Carbon Black (itim na carbon na isinalin mula sa Ingles), ang soot sa Ingles ay soot. Ibig sabihin, kasalukuyang hindi pinaghalo ang mga konseptong ito sa anumang paraan.

Ang epekto ng reinforcement dahil sa pagpuno ng mga rubber na may carbon black ay hindi gaanong mahalaga para sa pag-unlad ng industriya ng goma kaysa sa pagtuklas ng phenomenon ng bulkanisasyon ng goma na may asupre. Sa mga compound ng goma, ang carbon mula sa isang malaking bilang ng mga sangkap na ginagamit ng timbang ay tumatagal ng pangalawang lugar pagkatapos ng goma. Ang impluwensya ng mga tagapagpahiwatig ng kalidad ng carbon black sa mga katangian ng mga produktong goma ay mas malaki kaysa sa mga tagapagpahiwatig ng kalidad ng pangunahing sangkap - goma.

Nagpapatibay ng mga katangian

Ang pagpapabuti ng mga pisikal na katangian ng isang materyal sa pamamagitan ng paglalagay ng filler ay tinatawag na reinforcement (reinforcement), at ang mga naturang filler ay tinatawag na amplifier (carbon black, precipitated silicon oxide). Sa lahat ng mga amplifier, ang teknikal na carbon ay may tunay na natatanging katangian. Bago pa man ang bulkanisasyon, ito ay nagbubuklod sa goma, at ang halo na ito ay hindi maaaring ganap na paghiwalayin sa carbon black at goma na may mga solvent.

Ang lakas ng mga rubber batay sa pinakamahalagang elastomer:

Elastomer	Tensile strength, MPa
	Unfilled vulcanizate	Vulcanizate na puno ng carbon black
Styrene Butadiene Rubber	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Polyacrylate rubber	2, 1	17, 6
Polybutadiene rubber	5, 6	21, 1

Ipinapakita sa talahanayan ang mga katangian ng mga vulcanizate na nakuha mula sa iba't ibang uri ng goma na walang laman at puno ng carbon black. Mula sa data sa itaas, makikita kung paano nakakaapekto nang malaki ang carbon filling sa tensile strength ng goma. Siyanga pala, ang iba pang dispersed powder na ginagamit sa mga compound ng goma upang bigyan ang ninanais na kulay o bawasan ang halaga ng pinaghalong - chalk, kaolin, talc, iron oxide at iba pa ay walang reinforcing properties.

Structure

Ang mga purong natural na carbon ay mga diamante at grapayt. Mayroon silang mala-kristal na istraktura na malaki ang pagkakaiba sa isa't isa. Ang pagkakatulad sa istraktura ng natural na grapayt at artipisyal na materyal na carbon black ay itinatag ng X-ray diffraction. Ang mga carbon atom sa grapayt ay bumubuo ng malalaking layer ng condensed aromatic ring system, na may interatomic na distansya na 0.142 nm. Ang mga graphite layer na itoang mga condensed aromatic system ay tinatawag na basal plane. Ang distansya sa pagitan ng mga eroplano ay mahigpit na tinukoy at 0.335 nm. Ang lahat ng mga layer ay parallel sa bawat isa. Ang density ng graphite ay 2.26g/cm3.

Hindi tulad ng graphite, na may tatlong-dimensional na pagkakasunud-sunod, ang teknikal na carbon ay nailalarawan lamang sa pamamagitan ng dalawang-dimensional na pagkakasunud-sunod. Binubuo ito ng mahusay na binuong mga graphite plane, na matatagpuan humigit-kumulang na kahanay sa isa't isa, ngunit na-offset kaugnay ng mga katabing layer - iyon ay, ang mga eroplano ay arbitraryong naka-orient nang may kinalaman sa normal.

Ang graphite structure ay matalinhagang inihambing sa isang maayos na nakatiklop na deck ng mga baraha, at ang carbon black na istraktura ay inihambing sa isang deck ng mga card kung saan inilipat ang mga card. Sa loob nito, ang distansya ng interplanar ay mas malaki kaysa sa grapayt at 0.350-0.365 nm. Samakatuwid, ang density ng carbon black ay mas mababa kaysa sa density ng graphite at nasa hanay na 1.76-1.9 g/cm³, depende sa brand (madalas na 1.8 g/cm ^3).

Coloring

Pigmented (kulay) na mga grado ng carbon black ay ginagamit sa paggawa ng mga printing inks, coatings, plastics, fibers, papel at mga materyales sa gusali. Inuri sila sa:

• high color carbon black (HC);
• medium (MS);
• normal na pangkulay (RC);
• mababang kulay (LC).

Ang ikatlong titik ay nagpapahiwatig ng paraan ng pagkuha - furnace (F) o channel (C). Halimbawa ng pagtatalaga: HCF - High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Ang lakas ng pangkulay ng isang produkto ay nauugnay sa laki ng particle nito. Depende sa kanilang laki, ang teknikal na carbon ay nahahati sa mga pangkat:

Average na laki ng particle, nm	Itim na grado ng pugon
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Pag-uuri

Ang teknikal na carbon para sa goma ayon sa antas ng reinforcing effect ay nahahati sa:

• Lubos na nagpapatibay (tapak, matigas). Ito ay inilalaan na may tumaas na tibay at katatagan sa attrition. Maliit ang laki ng butil (18-30 nm). Ginagamit sa conveyor belt, gulong tread.
• Semi-reinforcing (framework, malambot). Ang laki ng butil ay karaniwan (40-60 nm). Ginagamit ang mga ito sa iba't ibang produktong goma, mga bangkay ng gulong.
• Mababang kita. Malaki ang laki ng butil (higit sa 60 nm). Limitadong paggamit sa industriya ng gulong. Nagbibigay ng kinakailangang lakas habang pinapanatili ang mataas na elasticity sa mga produktong goma.

Ang kumpletong pag-uuri ng carbon black ay ibinibigay sa ASTM D1765-03, na tinatanggap ng lahat ng pandaigdigang tagagawa at user ng produkto. Sa loob nito, ang pag-uuri, sa partikular, ay isinasagawa ayon sa saklaw ng tiyak na lugar sa ibabaw ng mga particle:

Group	Average na partikular na lugaribabaw sa pamamagitan ng nitrogen adsorption, 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

Paggawa ng carbon black

May tatlong teknolohiya para sa paggawa ng pang-industriyang carbon black na gumagamit ng hindi kumpletong combustion cycle ng hydrocarbons:

• furnace;
• channel;
• tubo;
• plasma.

Mayroon ding thermal method na nabubulok ang acetylene o natural gas sa mataas na temperatura.

Maraming marka na ginawa ng iba't ibang teknolohiya ay may iba't ibang katangian.

Teknolohiya sa produksyon

Sa teorya, posibleng makakuha ng carbon black sa pamamagitan ng lahat ng pamamaraan sa itaas, gayunpaman, higit sa 96% ng produktong ginawa ay nakukuha sa paraan ng furnace mula sa mga likidong hilaw na materyales. Ginagawang posible ng pamamaraan na makakuha ng iba't ibang grado ng carbon black na may isang tiyak na hanay ng mga katangian. Halimbawa, ang Omsk Carbon Black Plant ay gumagawa ng higit sa 20 grado ng carbon black gamit ang teknolohiyang ito.

Ang pangkalahatang teknolohiya ay ito. Ang reactor, na may linya na may mataas na refractory na materyales, ay pinapakain ng natural na gas at hangin na pinainit hanggang 800°C. Dahil sa pagkasunog ng natural na gas, ang mga produkto ng kumpletong pagkasunog ay nabuo na may temperatura na 1820-1900 ° C, na naglalaman ng isang tiyak na halaga ng libreng oxygen. Ang mga likidong hydrocarbon na hilaw na materyales ay itinuturok sa mga produktong may mataas na temperatura na ganap na nasusunog, na lubusang pinaghalo bago at pinainit hanggang 200-300 °C. Ang pyrolysis ng mga hilaw na materyales ay nagaganap sa isang mahigpit na kinokontrol na temperatura, na, depende sa tatak ng ginawang carbon black, ay may iba't ibang halaga mula 1400 hanggang 1750 ° С.

Sa isang tiyak na distansya mula sa lugar ng supply ng mga hilaw na materyales, ang thermo-oxidative reaction ay huminto sa pamamagitan ng pag-iniksyon ng tubig. Ang carbon black at reaction gases na nabuo bilang resulta ng pyrolysis ay pumapasok sa air heater, kung saan ibinibigay nila ang bahagi ng kanilang init sa hangin na ginamit sa proseso, habang ang temperatura ng carbon-gas mixture ay bumababa mula 950-1000 °C hanggang 500-600 °С.

Pagkatapos lumamig sa 260-280 °C dahil sa karagdagang pag-iniksyon ng tubig, ang pinaghalong carbon black at mga gas ay ipinapadala sa bag filter, kung saan ang carbon black ay nahihiwalay sa mga gas at pumapasok sa filter hopper. Ang nakahiwalay na carbon black mula sa filter bin ay ipinapadala sa pamamagitan ng gas pipeline ng fan (turbo blower) patungo sa granulation section.

Mga producer ng carbon black

Ang pandaigdigang produksyon ng carbon black ay lumampas sa 10 milyong tonelada. Ang napakalaking pangangailangan para sa produkto ay ipinaliwanag, una sa lahat, sa pamamagitan ng mga natatanging katangian ng pagpapatibay nito. Ang mga lokomotibo ng industriya ay:

• Aditya Birla Group (India) - humigit-kumulang 15% ng market.
• Cabot Corporation (USA) - 14% ng market.
• Orion Engineered Carbons (Luxembourg) - 9%.

Pinakamalaking gumagawa ng carbon sa Russia:

• Omsktehuglerod LLC – 40% ng merkado ng Russia. Mga pabrika sa Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.