Carbon tehnic, producția sa

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-17 19:05

Negrul de fum (GOST 7885-86) este un tip de produse industriale din carbon folosit în principal în producția de cauciuc ca umplutură care îi îmbunătățește proprietățile utile de performanță. Spre deosebire de cocs și smoală, este format din aproape un carbon, arată ca funingine.

Domeniul de aplicare

Aproximativ 70% din negru de fum produs este folosit pentru fabricarea anvelopelor, 20% - pentru producerea de produse din cauciuc. De asemenea, carbonul tehnic este folosit în producția de vopsele și lacuri și în producția de cerneluri de tipar, unde acționează ca un pigment negru.

Un alt domeniu de aplicare este producția de materiale plastice și mantale de cablu. Aici produsul este adăugat ca umplutură și pentru a conferi produselor proprietăți speciale. Negrul de fum este, de asemenea, utilizat în volume mici în alte industrii.

Caracteristic

Negrul de fum este produsul unui proces care încorporează cele mai recente tehnici de inginerie și control. Datorită purității și setului strict definitproprietăți fizice și chimice, nu are nimic de-a face cu funinginea produsă ca produs secundar poluat din arderea cărbunelui și păcurului sau din funcționarea motoarelor cu ardere internă nereglementată. Conform clasificării internaționale general acceptate, negrul de fum este desemnat Carbon Black (negru de carbon tradus din engleză), funingine în engleză este funingine. Adică, aceste concepte în prezent nu sunt amestecate în niciun fel.

Efectul de armare datorat umplerii cauciucurilor cu negru de fum nu a fost mai putin important pentru dezvoltarea industriei cauciucului decat descoperirea fenomenului de vulcanizare a cauciucului cu sulf. În compușii de cauciuc, carbonul dintr-un număr mare de ingrediente utilizate în greutate ocupă locul al doilea după cauciuc. Influența indicatorilor de calitate ai negrului de fum asupra proprietăților produselor din cauciuc este mult mai mare decât indicatorii de calitate ai ingredientului principal - cauciucul.

Proprietăți de consolidare

Îmbunătățirea proprietăților fizice ale unui material prin introducerea unei umpluturi se numește armătură (întărire), iar astfel de umpluturi se numesc amplificatoare (negru de fum, oxid de siliciu precipitat). Dintre toate amplificatoarele, carbonul tehnic are caracteristici cu adevărat unice. Chiar și înainte de vulcanizare, se leagă de cauciuc, iar acest amestec nu poate fi separat complet în negru de fum și cauciuc cu solvenți.

Rezistența cauciucurilor bazată pe cei mai importanți elastomeri:

Elastomer	Rezistență la tracțiune, MPa
	Vulcanizat neumplut	Vulcanizat umplut cu negru de fum
Cauciuc stiren butadien	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Cauciuc poliacrilat	2, 1	17, 6
Cauciuc polibutadienă	5, 6	21, 1

Tabelul prezintă proprietățile vulcanizatelor obținute din diferite tipuri de cauciuc fără umplutură și umplute cu negru de fum. Din datele de mai sus, se poate observa cum umplerea cu carbon afectează în mod semnificativ rezistența la tracțiune a cauciucului. Apropo, alte pulberi dispersate folosite în compușii de cauciuc pentru a da culoarea dorită sau pentru a reduce costul amestecului - cretă, caolin, talc, oxid de fier și altele nu au proprietăți de întărire.

Structură

Carbonii naturali puri sunt diamantele și grafitul. Au o structură cristalină care diferă semnificativ una de alta. Asemănarea în structura grafitului natural și a materialului artificial negru de fum a fost stabilită prin difracția cu raze X. Atomii de carbon din grafit formează straturi mari de sisteme inelare aromatice condensate, cu o distanță interatomică de 0,142 nm. Aceste straturi de grafitsistemele aromatice condensate se numesc planuri bazale. Distanța dintre avioane este strict definită și este de 0,335 nm. Toate straturile sunt paralele între ele. Densitatea grafitului este de 2,26 g/cm3.

Spre deosebire de grafit, care are o ordine tridimensională, carbonul tehnic se caracterizează doar printr-o ordine bidimensională. Este alcătuit din planuri de grafit bine dezvoltate, situate aproximativ paralele între ele, dar decalate față de straturile adiacente - adică planurile sunt orientate în mod arbitrar față de normal.

Structura din grafit este comparată la figurat cu un pachet de cărți bine pliat, iar structura negru de fum este comparată cu un pachet de cărți în care cărțile sunt deplasate. În ea, distanța interplanară este mai mare decât cea a grafitului și este de 0,350-0,365 nm. Prin urmare, densitatea negrului de fum este mai mică decât densitatea grafitului și este în intervalul 1,76-1,9 g/cm³, în funcție de marcă (cel mai adesea 1,8 g/cm ^3).

Colorat

Calurile pigmentate (de colorare) de negru de fum sunt utilizate în producția de cerneluri de imprimare, acoperiri, materiale plastice, fibre, hârtie și materiale de construcție. Acestea sunt clasificate în:

• negru de fum de culoare în altă (HC);
• mediu (MS);
• colorare normală (RC);
• culoare joasă (LC).

A treia literă indică metoda de obținere - cuptor (F) sau canal (C). Exemplu de desemnare: HCF - High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Puterea de colorare a unui produs este legată de dimensiunea particulelor sale. În funcție de dimensiunea lor, carbonul tehnic este împărțit în grupuri:

Dimensiunea medie a particulei, nm	Clasament negru pentru cuptor
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Clasificare

Carbonul tehnic pentru cauciuc în funcție de gradul de efect de armare se împarte în:

• Foarte întărită (bandă de rulare, dură). Este alocat cu durabilitate și rezistență crescute la uzură. Dimensiunea particulelor este mică (18-30 nm). Folosit la benzi transportoare, benzi de rulare a anvelopelor.
• Semi-întărire (cadru, moale). Dimensiunea particulelor este medie (40-60 nm). Sunt utilizate în diverse produse din cauciuc, carcase de anvelope.
• Câștig scăzut. Dimensiunea particulelor este mare (peste 60 nm). Utilizare limitată în industria anvelopelor. Oferă rezistența necesară, menținând în același timp elasticitatea ridicată a produselor din cauciuc.

Clasificarea completă a negrului de fum este dată în ASTM D1765-03, acceptată de toți producătorii și utilizatorii de produse la nivel mondial. În ea, clasificarea, în special, este efectuată în funcție de intervalul de suprafață specifică a particulelor:

Grup	Zona specifică mediesuprafață prin adsorbție de azot, 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

Producerea de negru de fum

Există trei tehnologii pentru producerea negru de fum industrial care utilizează un ciclu de ardere incomplet al hidrocarburilor:

• cuptor;
• canal;
• tub;
• plasmă.

Există și o metodă termică care descompune acetilena sau gazul natural la temperaturi ridicate.

Calurile multiple produse prin diferite tehnologii au caracteristici diferite.

Tehnologia de producție

Teoretic, este posibil să se obțină negru de fum prin toate metodele de mai sus, cu toate acestea, mai mult de 96% din produsul produs este obținut prin metoda cuptorului din materii prime lichide. Metoda face posibilă obținerea diferitelor grade de negru de fum cu un anumit set de proprietăți. De exemplu, uzina Omsk Carbon Black produce peste 20 de grade de negru de fum folosind această tehnologie.

Tehnologia generală este aceasta. Reactorul, căptușit cu materiale foarte refractare, este alimentat cu gaz natural și aer încălzit la 800°C. Datorită arderii gazelor naturale, se formează produse de ardere completă cu o temperatură de 1820-1900 ° C, conținând o anumită cantitate de oxigen liber. Materiile prime de hidrocarburi lichide sunt injectate în produsele la temperatură ridicată de ardere completă, amestecate bine în prealabil și încălzite la 200-300 °C. Piroliza materiilor prime are loc la o temperatură strict controlată, care, în funcție de marca de negru de fum produs, are valori diferitede la 1400 la 1750 ° С.

La o anumita distanta de locul de aprovizionare cu materii prime, reactia termo-oxidativa este oprita prin injectarea de apa. Negrul de fum și gazele de reacție formate ca urmare a pirolizei intră în încălzitorul de aer, unde își degajă o parte din căldura aerului utilizat în proces, în timp ce temperatura amestecului de carbon-gaz scade de la 950-1000 °С la 500-600 °С.

După răcire la 260-280 °C datorită injecției suplimentare de apă, amestecul de negru de fum și gaze este trimis la filtrul cu sac, unde negrul de fum este separat de gaze și intră în buncărul filtrului. Negrul de fum separat din recipientul filtrului este alimentat prin conducta de gaz printr-un ventilator (turbosuflante) la secțiunea de granulare.

Producători de negru de fum

Producția globală de negru de fum depășește 10 milioane de tone. O cerere atât de mare pentru produs se explică, în primul rând, prin proprietățile sale unice de întărire. Locomotivele industriei sunt:

• Aditya Birla Group (India) - aproximativ 15% din piață.
• Cabot Corporation (SUA) - 14% din piață.
• Orion Engineered Carbons (Luxemburg) - 9%.

Cei mai mari producători de carbon din Rusia:

• Omsktehuglerod LLC – 40% din piața rusă. Fabrici din Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.