Teknisk karbon, dets produksjon

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-17 19:03

Carbon black (GOST 7885-86) er en type industrielle karbonprodukter som hovedsakelig brukes i produksjon av gummi som et fyllstoff som forbedrer dens nyttige ytelsesegenskaper. I motsetning til koks og bek, består den av nesten ett karbon, det ser ut som sot.

Anvendelsesomfang

Omtrent 70 % av den produserte carbon black brukes til produksjon av dekk, 20 % – til produksjon av gummiprodukter. Teknisk karbon brukes også i produksjon av maling og lakk og i produksjon av trykkfarger, der det fungerer som et svart pigment.

Et annet bruksområde er produksjon av plast og kabelkapper. Her tilsettes produktet som fyllstoff og for å gi produktene spesielle egenskaper. Carbon black brukes også i små volumer i andre bransjer.

Karakteristisk

Carbon black er produktet av en prosess som inneholder de nyeste ingeniør- og kontrollteknikkene. På grunn av sin renhet og strengt definerte settfysiske og kjemiske egenskaper, har det ingenting å gjøre med soten som produseres som et forurenset biprodukt fra forbrenning av kull og fyringsolje, eller fra driften av uregulerte forbrenningsmotorer. I henhold til den allment aksepterte internasjonale klassifiseringen er carbon black betegnet Carbon Black (svart karbon oversatt fra engelsk), sot på engelsk er sot. Det vil si at disse konseptene for øyeblikket ikke er blandet på noen måte.

Effekten av forsterkning på grunn av fylling av gummi med kjønrøk var ikke mindre viktig for utviklingen av gummiindustrien enn oppdagelsen av fenomenet vulkanisering av gummi med svovel. I gummiblandinger tar karbon fra et stort antall ingredienser brukt etter vekt andreplassen etter gummi. Påvirkningen av kvalitetsindikatorene for carbon black på egenskapene til gummiprodukter er mye større enn kvalitetsindikatorene til hovedingrediensen - gummi.

Forsterkning av egenskaper

Å forbedre de fysiske egenskapene til et materiale ved å introdusere et fyllstoff kalles forsterkning (armering), og slike fyllstoffer kalles forsterkere (kullsvart, utfelt silisiumoksid). Blant alle forsterkere har teknisk karbon virkelig unike egenskaper. Allerede før vulkanisering binder den seg til gummi, og denne blandingen kan ikke separeres fullstendig i sot og gummi med løsemidler.

Styrken til gummier basert på de viktigste elastomerene:

Elastomer	Strekkfasthet, MPa
	Ufylt vulkanisat	Vulkanisat fylt med kullsvart
Styrene Butadien Rubber	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
polyakrylatgummi	2, 1	17, 6
Polybutadiengummi	5, 6	21, 1

Tabellen viser egenskapene til vulkanisater oppnådd fra ulike typer gummi uten fylling og fylt med sot. Fra dataene ovenfor kan det ses hvordan karbonfylling påvirker gummiens strekkfasthet betydelig. Forresten, andre dispergerte pulvere som brukes i gummiblandinger for å gi ønsket farge eller redusere kostnadene for blandingen - kritt, kaolin, talkum, jernoksid og andre har ikke forsterkende egenskaper.

Structure

Rent naturlig karbon er diamanter og grafitt. De har en krystallinsk struktur som skiller seg betydelig fra hverandre. Likheten i strukturen til naturlig grafitt og kunstig materiale kjønrøk ble etablert ved røntgendiffraksjon. Karbonatomer i grafitt danner store lag av kondenserte aromatiske ringsystemer, med en interatomisk avstand på 0,142 nm. Disse grafittlagenekondenserte aromatiske systemer kalles basalplan. Avstanden mellom planene er strengt definert og er 0,335 nm. Alle lag er parallelle med hverandre. Tettheten av grafitt er 2,26 g/cm3.

I motsetning til grafitt, som har en tredimensjonal rekkefølge, karakteriseres teknisk karbon kun av en todimensjonal rekkefølge. Den består av velutviklede grafittplan, plassert omtrent parallelt med hverandre, men forskjøvet i forhold til tilstøtende lag - det vil si at planene er vilkårlig orientert i forhold til normalen.

Grafittstrukturen sammenlignes billedlig med en pent brettet kortstokk, og kullsvartstrukturen sammenlignes med en kortstokk der kortene er forskjøvet. I den er den interplanare avstanden større enn for grafitt og er 0,350-0,365 nm. Derfor er tettheten til carbon black lavere enn tettheten til grafitt og er i området 1,76-1,9 g/cm³, avhengig av merke (oftest 1,8 g/cm) ^3).

Coloring

Pigmenterte (fargede) kvaliteter av carbon black brukes i produksjon av trykkfarger, belegg, plast, fibre, papir og byggematerialer. De er klassifisert i:

• høy farge karbonsvart (HC);
• medium (MS);
• normal fargelegging (RC);
• lav farge (LC).

Den tredje bokstaven angir metoden for å oppnå - ovn (F) eller kanal (C). Betegnelseseksempel: HCF - High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Fargekraften til et produkt er relatert til partikkelstørrelsen. Avhengig av størrelsen er teknisk karbon delt inn i grupper:

Gjennomsnittlig partikkelstørrelse, nm	Furnace black grade
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

klassifisering

Teknisk karbon for gummi i henhold til graden av forsterkende effekt er delt inn i:

• Sterkt forsterkende (trå, hardt). Det tildeles økt holdbarhet og motstandskraft mot slitasje. Partikkelstørrelsen er liten (18-30 nm). Brukes i transportbånd, slitebaner.
• Halvforsterkende (rammeverk, myk). Partikkelstørrelsen er gjennomsnittlig (40-60 nm). De brukes i forskjellige gummiprodukter, dekkskrotter.
• Lav gevinst. Partikkelstørrelsen er stor (over 60 nm). Begrenset bruk i dekkindustrien. Gir nødvendig styrke samtidig som den opprettholder høy elastisitet i gummiprodukter.

Fullstendig klassifisering av carbon black er gitt i ASTM D1765-03, akseptert av alle globale produktprodusenter og brukere. I den utføres klassifiseringen spesielt i henhold til området for det spesifikke overflatearealet til partikler:

Gruppe	Gjennomsnittlig spesifikt områdeoverflate ved nitrogenadsorpsjon, 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

Produksjon av carbon black

Det er tre teknologier for produksjon av industriell sot som bruker en ufullstendig forbrenningssyklus av hydrokarboner:

• ovn;
• kanal;
• tube;
• plasma.

Det finnes også en termisk metode som bryter ned acetylen eller naturgass ved høye temperaturer.

Flere karakterer produsert av forskjellige teknologier har forskjellige egenskaper.

Produksjonsteknologi

Teoretisk sett er det mulig å oppnå carbon black ved alle de ovennevnte metodene, men mer enn 96% av produktet som produseres er oppnådd ved ovnsmetoden fra flytende råvarer. Metoden gjør det mulig å oppnå ulike kvaliteter av carbon black med et visst sett egenskaper. For eksempel produserer Omsk Carbon Black Plant mer enn 20 kvaliteter carbon black ved hjelp av denne teknologien.

Den generelle teknologien er dette. Reaktoren, foret med svært ildfaste materialer, mates med naturgass og luft oppvarmet til 800°C. På grunn av forbrenning av naturgass dannes produkter av fullstendig forbrenning med en temperatur på 1820-1900 ° C, som inneholder en viss mengde fritt oksygen. Flytende hydrokarbonråmaterialer injiseres i høytemperaturproduktene ved fullstendig forbrenning, blandes grundig på forhånd og varmes opp til 200-300 °C. Pyrolysen av råvarer finner sted ved en strengt kontrollert temperatur, som, avhengig av merket til produsert kjønrøk, har forskjellige verdier fra 1400 til 1750 ° С.

I en viss avstand fra tilførselsstedet for råvarer stoppes den termooksidative reaksjonen ved injeksjon av vann. Kønrøk og reaksjonsgasser dannet som et resultat av pyrolyse kommer inn i luftvarmeren, hvor de avgir deler av varmen til luften som brukes i prosessen, mens temperaturen på karbon-gassblandingen synker fra 950-1000 °С til 500–600 °С.

Etter avkjøling til 260-280 °C på grunn av ytterligere vanninjeksjon, sendes blandingen av carbon black og gasser til posefilteret, hvor carbon black skilles fra gassene og kommer inn i filterbeholderen. Den separerte kjønrøken fra filterbeholderen føres gjennom gassrørledningen med en vifte (turboblåser) til granuleringsseksjonen.

Carbon black-produsenter

Global produksjon av sot overstiger 10 millioner tonn. En så stor etterspørsel etter produktet forklares først og fremst av dets unike forsterkende egenskaper. Lokomotivene til industrien er:

• Aditya Birla Group (India) - omtrent 15 % av markedet.
• Cabot Corporation (USA) - 14 % av markedet.
• Orion Engineered Carbons (Luxembourg) - 9%.

Største russiske karbonprodusenter:

• Omsktehuglerod LLC – 40 % av det russiske markedet. Fabrikker i Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl teknisk karbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.