Teknisk kulstof, dets produktion

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-17 18:45

Carbon black (GOST 7885-86) er en type industrielle kulstofprodukter, der hovedsageligt anvendes til fremstilling af gummi som et fyldstof, der forbedrer dets nyttige egenskaber. I modsætning til koks og beg, består det af næsten et kulstof, det ligner sod.

Anvendelsesomfang

Cirka 70 % af den producerede kønrøg bruges til fremstilling af dæk, 20 % - til produktion af gummiprodukter. Teknisk kulstof bruges også i maling- og lakproduktion og i produktionen af trykfarver, hvor det fungerer som et sort pigment.

Et andet anvendelsesområde er produktion af plastik og kabelkapper. Her tilsættes produktet som fyldstof og for at give produkter særlige egenskaber. Carbon black bruges også i små mængder i andre industrier.

Karakteristisk

Carbon black er produktet af en proces, der inkorporerer de nyeste ingeniør- og kontrolteknikker. På grund af dets renhed og strengt definerede sætfysiske og kemiske egenskaber, har det intet at gøre med den sod, der produceres som et forurenet biprodukt fra afbrænding af kul og brændselsolie, eller fra driften af uregulerede forbrændingsmotorer. Ifølge den almindeligt anerkendte internationale klassificering betegnes kønrøg Carbon Black (sort kulstof oversat fra engelsk), sod på engelsk er sod. Det vil sige, at disse begreber i øjeblikket ikke er blandet på nogen måde.

Effekten af forstærkning på grund af fyldning af gummi med kønrøg var ikke mindre vigtig for udviklingen af gummiindustrien end opdagelsen af fænomenet vulkanisering af gummi med svovl. I gummiblandinger indtager kulstof fra et stort antal ingredienser brugt efter vægt andenpladsen efter gummi. Indflydelsen af kvalitetsindikatorerne for kønrøg på egenskaberne af gummiprodukter er meget større end kvalitetsindikatorerne for hovedingrediensen - gummi.

Forstærkende egenskaber

Forbedring af et materiales fysiske egenskaber ved at indføre et fyldstof kaldes forstærkning (armering), og sådanne fyldstoffer kaldes forstærkere (kønrøg, udfældet siliciumoxid). Blandt alle forstærkere har teknisk kulstof helt unikke egenskaber. Allerede før vulkanisering binder det til gummi, og denne blanding kan ikke helt adskilles i kønrøg og gummi med opløsningsmidler.

Styrken af gummi baseret på de vigtigste elastomerer:

Elastomer	Trækstyrke, MPa
	Ufyldt vulkanisering	Vulkanisat fyldt med kulsort
Styrene Butadien Rubber	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Polyacrylatgummi	2, 1	17, 6
Polybutadiengummi	5, 6	21, 1

Tabellen viser egenskaberne af vulkanisater opnået fra forskellige typer gummi uden fyld og fyldt med kønrøg. Ud fra ovenstående data kan det ses, hvordan kulstoffyldning i væsentlig grad påvirker gummiets trækstyrke. Forresten, andre dispergerede pulvere, der bruges i gummiblandinger for at give den ønskede farve eller reducere prisen på blandingen - kridt, kaolin, talkum, jernoxid og andre har ikke forstærkende egenskaber.

Structure

Rent naturligt kulstof er diamanter og grafit. De har en krystallinsk struktur, der adskiller sig væsentligt fra hinanden. Ligheden i strukturen af naturlig grafit og kunstigt materiale carbon black blev etableret ved røntgendiffraktion. Kulstofatomer i grafit danner store lag af kondenserede aromatiske ringsystemer med en interatomisk afstand på 0,142 nm. Disse grafitlagkondenserede aromatiske systemer kaldes basalplaner. Afstanden mellem planerne er strengt defineret og er 0,335 nm. Alle lag er parallelle med hinanden. Densiteten af grafit er 2,26 g/cm3.

I modsætning til grafit, som har en tredimensionel orden, er teknisk kulstof kun karakteriseret ved en todimensionel orden. Den består af veludviklede grafitplaner, placeret omtrent parallelt med hinanden, men forskudt i forhold til tilstødende lag - det vil sige, at planerne er vilkårligt orienteret i forhold til normalen.

Grafitstrukturen sammenlignes billedligt med et pænt foldet sæt kort, og den kulsorte struktur sammenlignes med et sæt kort, hvor kortene er forskudt. I den er den interplanære afstand større end grafit og er 0,350-0,365 nm. Derfor er tætheden af kønrøg lavere end densiteten af grafit og ligger i området 1,76-1,9 g/cm³, afhængigt af mærket (oftest 1,8 g/cm) ^3).

farvelægning

Pigmenterede (farvede) kvaliteter af kønrøg bruges til fremstilling af trykfarver, belægninger, plast, fibre, papir og byggematerialer. De er klassificeret i:

• høj farve kulsort (HC);
• medium (MS);
• normal farve (RC);
• lav farve (LC).

Det tredje bogstav angiver metoden til opnåelse af - ovn (F) eller kanal (C). Betegnelseseksempel: HCF - High Colour Furnace Black (Hiqh Colour Furnace).

Farveevnen af et produkt er relateret til dets partikelstørrelse. Afhængigt af deres størrelse er teknisk kulstof opdelt i grupper:

Gennemsnitlig partikelstørrelse, nm	Ovn sort kvalitet
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Klassificering

Teknisk kulstof til gummi i henhold til graden af forstærkende effekt er opdelt i:

• Meget forstærkende (slidbane, hård). Det er tildelt den øgede holdbarhed og modstandsdygtighed over for nedslidning. Partikelstørrelsen er lille (18-30 nm). Anvendes i transportbånd, dækslidbaner.
• Halvforstærkende (ramme, blød). Partikelstørrelsen er gennemsnitlig (40-60 nm). De bruges i forskellige gummiprodukter, dækkroppe.
• Lav gevinst. Partikelstørrelsen er stor (over 60 nm). Begrænset brug i dækindustrien. Giver den nødvendige styrke og bibeholder samtidig høj elasticitet i gummiprodukter.

Fuldstændig klassificering af carbon black er givet i ASTM D1765-03, accepteret af alle globale produktproducenter og brugere. I den udføres klassificeringen især i henhold til rækkevidden af det specifikke overfladeareal af partikler:

Gruppe	Gennemsnitligt specifikt områdeoverflade ved nitrogenadsorption, 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

Produktion af carbon black

Der er tre teknologier til fremstilling af industriel carbon black, der bruger en ufuldstændig forbrændingscyklus af kulbrinter:

• ovn;
• kanal;
• rør;
• plasma.

Der er også en termisk metode, der nedbryder acetylen eller naturgas ved høje temperaturer.

Flere kvaliteter produceret af forskellige teknologier har forskellige egenskaber.

Produktionsteknologi

Teoretisk set er det muligt at opnå kønrøg ved alle ovenstående metoder, dog opnås mere end 96% af det producerede produkt ved ovnmetoden fra flydende råmaterialer. Metoden gør det muligt at opnå forskellige kvaliteter af kønrøg med et bestemt sæt egenskaber. For eksempel producerer Omsk Carbon Black Plant mere end 20 kvaliteter carbon black ved hjælp af denne teknologi.

Den generelle teknologi er dette. Reaktoren, foret med meget ildfaste materialer, tilføres naturgas og luft opvarmet til 800°C. På grund af forbrænding af naturgas dannes produkter af fuldstændig forbrænding med en temperatur på 1820-1900 ° C, der indeholder en vis mængde frit ilt. Flydende kulbrinteråmaterialer sprøjtes ind i højtemperaturprodukterne ved fuldstændig forbrænding, blandes grundigt på forhånd og opvarmes til 200-300 °C. Pyrolysen af råmaterialer foregår ved en strengt kontrolleret temperatur, som, afhængigt af mærket af produceret carbon black, har forskellige værdier fra 1400 til 1750 ° С.

I en vis afstand fra leveringsstedet for råmaterialer stoppes den termooxidative reaktion ved indsprøjtning af vand. Kønrøg og reaktionsgasser, der dannes som følge af pyrolyse, kommer ind i luftvarmeren, hvor de afgiver en del af deres varme til den luft, der bruges i processen, mens kulstof-gasblandingens temperatur falder fra 950-1000 °С til 500-600 °С.

Efter afkøling til 260-280 °C på grund af yderligere vandinjektion, sendes blandingen af kønrøg og gasser til posefilteret, hvor kønrøg skilles fra gasserne og kommer ind i filtertragten. Den separerede carbon black fra filterbeholderen føres gennem gasrørledningen af en ventilator (turboblæser) til granuleringssektionen.

carbon black-producenter

Global produktion af carbon black overstiger 10 millioner tons. En så stor efterspørgsel efter produktet forklares først og fremmest af dets unikke forstærkende egenskaber. Industriens lokomotiver er:

• Aditya Birla Group (Indien) - omkring 15 % af markedet.
• Cabot Corporation (USA) - 14 % af markedet.
• Orion Engineered Carbons (Luxembourg) - 9%.

Største russiske kulstofproducenter:

• Omsktehuglerod LLC – 40 % af det russiske marked. Fabrikker i Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl teknisk kulstof – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.