Tekniskt kol, dess produktion

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-17 19:08

Carbon black (GOST 7885-86) är en typ av industriella kolprodukter som främst används vid tillverkning av gummi som ett fyllmedel som förbättrar dess användbara prestandaegenskaper. Till skillnad från koks och beck består det av nästan ett kol, det ser ut som sot.

Tillämpningsomfattning

Ungefär 70 % av det producerade kimröket används för tillverkning av däck, 20 % - för tillverkning av gummiprodukter. Tekniskt kol används också i färg- och lackproduktion och vid tillverkning av tryckfärger, där det fungerar som ett svart pigment.

Ett annat användningsområde är tillverkning av plast och kabelmantlar. Här tillsätts produkten som filler och för att ge produkterna speciella egenskaper. Kolsvart används även i små volymer i andra industrier.

Karakteristisk

Kimrök är produkten av en process som innehåller de senaste ingenjörs- och styrteknikerna. På grund av sin renhet och strikt definierade setfysikaliska och kemiska egenskaper har det ingenting att göra med sotet som produceras som en förorenad biprodukt från förbränning av kol och eldningsolja, eller från driften av oreglerade förbränningsmotorer. Enligt den allmänt accepterade internationella klassificeringen betecknas kimrök Carbon Black (svart kol översatt från engelska), sot på engelska är sot. Det vill säga, dessa begrepp är för närvarande inte blandade på något sätt.

Effekten av förstärkning på grund av fyllningen av gummi med kimrök var inte mindre viktig för utvecklingen av gummiindustrin än upptäckten av fenomenet vulkanisering av gummi med svavel. I gummiblandningar tar kol från ett stort antal ingredienser som används i vikt på andra plats efter gummi. Inverkan av kimröks kvalitetsindikatorer på egenskaperna hos gummiprodukter är mycket större än kvalitetsindikatorerna för huvudingrediensen - gummi.

Förstärkande egenskaper

Att förbättra de fysikaliska egenskaperna hos ett material genom att införa ett fyllmedel kallas förstärkning (armering), och sådana fyllmedel kallas förstärkare (kimrök, utfälld kiseloxid). Bland alla förstärkare har tekniskt kol verkligen unika egenskaper. Redan före vulkaniseringen binder den till gummi, och denna blandning kan inte helt separeras i kimrök och gummi med lösningsmedel.

Styrkan hos gummin baserade på de viktigaste elastomererna:

Elastomer	Träckhållfasthet, MPa
	Ofyllt vulkaniserat	Vulkaniserat fyllt med kolsvart
Styrenbutadiengummi	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 visar egenskaperna hos vulkanisat erhållna från olika typer av gummi utan fyllning och fyllda med kimrök. Av ovanstående data kan man se hur kolfyllning avsevärt påverkar gummits draghållfasthet. Förresten, andra dispergerade pulver som används i gummiblandningar för att ge önskad färg eller minska kostnaderna för blandningen - krita, kaolin, talk, järnoxid och andra har inte förstärkande egenskaper.

Structure

Rent naturligt kol är diamanter och grafit. De har en kristallin struktur som skiljer sig väsentligt från varandra. Likheten i strukturen av naturlig grafit och artificiellt material kimrök fastställdes genom röntgendiffraktion. Kolatomer i grafit bildar stora lager av kondenserade aromatiska ringsystem, med ett interatomärt avstånd på 0,142 nm. Dessa grafitlagerkondenserade aromatiska system kallas basalplan. Avståndet mellan planen är strikt definierat och är 0,335 nm. Alla lager är parallella med varandra. Densiteten för grafit är 2,26 g/cm3.

Till skillnad från grafit, som har en tredimensionell ordning, kännetecknas tekniskt kol endast av en tvådimensionell ordning. Den består av välutvecklade grafitplan, belägna ungefär parallellt med varandra, men förskjutna med avseende på intilliggande lager - det vill säga planen är godtyckligt orienterade med avseende på det normala.

Grafitstrukturen jämförs bildligt med en snyggt vikt kortlek, och den kolsvarta strukturen jämförs med en kortlek där korten flyttas. I den är det interplanära avståndet större än för grafit och är 0,350-0,365 nm. Därför är densiteten för kimrök lägre än densiteten för grafit och ligger i intervallet 1,76-1,9 g/cm³, beroende på märke (oftast 1,8 g/cm) ^3).

Färgfärg

Pigmenterade (färgade) kvaliteter av kimrök används vid tillverkning av tryckfärger, beläggningar, plaster, fibrer, papper och byggmaterial. De klassificeras i:

• hög färg kolsvart (HC);
• medium (MS);
• normal färg (RC);
• låg färg (LC).

Den tredje bokstaven anger metoden för att erhålla - ugn (F) eller kanal (C). Beteckningsexempel: HCF - High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Färgkraften hos en produkt är relaterad till dess partikelstorlek. Beroende på deras storlek delas tekniskt kol in i grupper:

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

Klassificering

Tekniskt kol för gummi enligt graden av förstärkningseffekt är uppdelat i:

• Mycket förstärkande (slitbana, hårt). Den tilldelas med ökad hållbarhet och motståndskraft mot nötning. Partikelstorleken är liten (18-30 nm). Används i löpande band, däckslidbanor.
• Halvförstärkande (ramverk, mjuk). Partikelstorleken är genomsnittlig (40-60 nm). De används i olika gummiprodukter, däckkroppar.
• Låg vinst. Partikelstorleken är stor (över 60 nm). Begränsad användning inom däckindustrin. Ger den nödvändiga styrkan samtidigt som den bibehåller hög elasticitet i gummiprodukter.

Fullständig klassificering av kimrök ges i ASTM D1765-03, accepterad av alla globala produkttillverkare och användare. I den utförs klassificeringen i synnerhet enligt intervallet för den specifika ytarean av partiklar:

Grupp	Genomsnittligt specifikt områdeyta genom kväveadsorption, 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

Tillverkning av kimrök

Det finns tre tekniker för att producera industriell kimrök som använder en ofullständig förbränningscykel av kolväten:

• ugn;
• kanal;
• tube;
• plasma.

Det finns också en termisk metod som bryter ner acetylen eller naturgas vid höga temperaturer.

Flera kvaliteter tillverkade av olika teknologier har olika egenskaper.

Produktionsteknik

Teoretiskt sett är det möjligt att erhålla kimrök med alla ovanstående metoder, dock erhålls mer än 96 % av den producerade produkten med ugnsmetoden från flytande råvaror. Metoden gör det möjligt att erhålla olika kvaliteter av kimrök med en viss uppsättning egenskaper. Till exempel producerar Omsk Carbon Black Plant mer än 20 kvaliteter av kimrök med denna teknik.

Den allmänna tekniken är detta. Reaktorn, fodrad med mycket eldfasta material, matas med naturgas och luft uppvärmd till 800°C. På grund av förbränning av naturgas bildas produkter av fullständig förbränning med en temperatur på 1820-1900 ° C, som innehåller en viss mängd fritt syre. Flytande kolväteråvaror injiceras i högtemperaturprodukterna vid fullständig förbränning, blandas noggrant i förväg och värms upp till 200-300 °C. Pyrolysen av råvaror sker vid en strikt kontrollerad temperatur, som, beroende på märket av producerat kimrök, har olika värden från 1400 till 1750 ° С.

På ett visst avstånd från platsen för tillförsel av råvaror stoppas den termooxidativa reaktionen genom insprutning av vatten. Kimrök och reaktionsgaser som bildas som ett resultat av pyrolys kommer in i luftvärmaren, där de avger en del av sin värme till den luft som används i processen, medan temperaturen på kol-gasblandningen minskar från 950-1000 °С till 500-600 °С.

Efter kylning till 260-280 °C på grund av ytterligare vatteninjektion, skickas blandningen av kimrök och gaser till påsfiltret, där kimrök separeras från gaserna och kommer in i filterbehållaren. Det separerade kimröket från filterbehållaren matas genom gasledningen med en fläkt (turbofläkt) till granuleringssektionen.

Carbon black-producenter

Den globala produktionen av kimrök överstiger 10 miljoner ton. En så stor efterfrågan på produkten förklaras först och främst av dess unika förstärkande egenskaper. Industrins lok är:

• Aditya Birla Group (Indien) - cirka 15 % av marknaden.
• Cabot Corporation (USA) - 14 % av marknaden.
• Orion Engineered Carbons (Luxemburg) - 9%.

Största ryska kolproducenter:

• Omsktehuglerod LLC – 40 % av den ryska marknaden. Fabriker i Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.