Teknik karbon, üretimi

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-17 19:11

Karbon siyahı (GOST 7885-86), yararlı performans özelliklerini artıran dolgu maddesi olarak esas olarak kauçuk üretiminde kullanılan bir tür endüstriyel karbon ürünleridir. Kok ve ziftin aksine neredeyse bir karbondan oluşuyor, kuruma benziyor.

Uygulama kapsamı

Üretilen karbon siyahının yaklaşık %70'i lastik üretiminde, %20'si ise kauçuk ürünlerin üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca teknik karbon, boya ve vernik üretiminde ve siyah pigment görevi gördüğü matbaa mürekkeplerinin üretiminde kullanılmaktadır.

Bir diğer uygulama alanı ise plastik ve kablo kılıflarının üretimidir. Burada ürün, dolgu maddesi olarak ve ürünlere özel özellikler kazandırmak için eklenir. Karbon siyahı diğer endüstrilerde de küçük miktarlarda kullanılmaktadır.

Karakteristik

Karbon siyahı, en son mühendislik ve kontrol tekniklerini içeren bir sürecin ürünüdür. Saflığı ve kesin olarak tanımlanmış seti nedeniylefiziksel ve kimyasal özellikler, kömür ve akaryakıtın yanmasından veya kontrolsüz içten yanmalı motorların çalışmasından kaynaklanan kirli bir yan ürün olarak üretilen kurumla hiçbir ilgisi yoktur. Genel olarak kabul edilen uluslararası sınıflandırmaya göre, karbon siyahı Karbon Siyahı (İngilizce'den çevrilmiş siyah karbon), İngilizce'deki kurum kurumdur. Yani bu kavramlar şu anda hiçbir şekilde karıştırılmamıştır.

Kauçukların karbon siyahı ile doldurulmasından kaynaklanan takviyenin etkisi, kauçuk endüstrisinin gelişimi için kauçuğun kükürt ile vulkanizasyonu olgusunun keşfinden daha az önemli değildi. Kauçuk bileşiklerinde, ağırlıkça kullanılan çok sayıda bileşenden gelen karbon, kauçuktan sonra ikinci sırada yer almaktadır. Karbon siyahının kalite göstergelerinin kauçuk ürünlerin özellikleri üzerindeki etkisi, ana bileşen olan kauçuğun kalite göstergelerinden çok daha fazladır.

Güçlendirici özellikler

Bir dolgu maddesi ekleyerek bir malzemenin fiziksel özelliklerini iyileştirmeye takviye (takviye) denir ve bu tür dolgu maddelerine yükselticiler (karbon siyahı, çökeltilmiş silikon oksit) denir. Tüm amplifikatörler arasında teknik karbon gerçekten benzersiz özelliklere sahiptir. Vulkanizasyondan önce bile kauçuğa bağlanır ve bu karışım solventlerle tamamen karbon siyahı ve kauçuğa ayrılamaz.

En önemli elastomerlere dayalı kauçukların gücü:

Elastomer	Çekme mukavemeti, MPa
	Doldurulmamış vulkanizat	Vulkanize karbon siyahı ile doldurulur
Stiren Bütadien Kauçuk	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Poliakrilat kauçuk	2, 1	17, 6
Polibütadien kauçuk	5, 6	21, 1

Tablo, çeşitli kauçuk türlerinden doldurulmadan ve karbon siyahı ile doldurulmuş vulkanizatların özelliklerini göstermektedir. Yukarıdaki verilerden, karbon dolgusunun kauçuğun çekme mukavemetini önemli ölçüde nasıl etkilediği görülebilir. Bu arada, istenen rengi vermek veya karışımın maliyetini az altmak için kauçuk bileşiklerinde kullanılan diğer dağılmış tozlar - tebeşir, kaolin, talk, demir oksit ve diğerleri takviye edici özelliklere sahip değildir.

Yapı

Saf doğal karbonlar elmas ve grafittir. Birbirlerinden önemli ölçüde farklı olan kristal bir yapıya sahiptirler. Doğal grafit ve yapay malzeme karbon siyahının yapısındaki benzerlik, X-ışını kırınımı ile kurulmuştur. Grafitteki karbon atomları, atomlar arası mesafe 0.142 nm olan büyük yoğunlaştırılmış aromatik halka sistemleri katmanları oluşturur. Bu grafit katmanlarıyoğun aromatik sistemlere bazal düzlemler denir. Uçaklar arasındaki mesafe kesin olarak tanımlanmıştır ve 0,335 nm'dir. Tüm katmanlar birbirine paraleldir. Grafitin yoğunluğu 2.26g/cm3.

Üç boyutlu bir düzene sahip olan grafitin aksine, teknik karbon yalnızca iki boyutlu bir düzen ile karakterize edilir. Yaklaşık olarak birbirine paralel, ancak bitişik katmanlara göre kayık konumlu, iyi gelişmiş grafit düzlemlerden oluşur - yani, düzlemler normale göre keyfi olarak yönlendirilir.

Grafit yapı mecazi olarak düzgünce katlanmış bir iskambil destesi ile karşılaştırılır ve karbon siyahı yapı, kartların kaydırıldığı bir iskambil destesi ile karşılaştırılır. İçinde, düzlemler arası mesafe grafitten daha büyüktür ve 0.350-0.365 nm'dir. Bu nedenle, karbon siyahının yoğunluğu grafitin yoğunluğundan daha düşüktür ve markaya bağlı olarak 1,76-1,9 g/cm³ aralığındadır (çoğunlukla 1,8 g/cm ^3).

Boyama

Pigmentli (renklendirme) karbon siyahı sınıfları, baskı mürekkepleri, kaplamalar, plastikler, lifler, kağıt ve yapı malzemelerinin üretiminde kullanılır. Şu şekilde sınıflandırılırlar:

• yüksek renkli karbon siyahı (HC);
• orta (MS);
• normal renklendirme (RC);
• düşük renk (LC).

Üçüncü harf, elde etme yöntemini gösterir - fırın (F) veya kanal (C). Tanımlama örneği: HCF - Yüksek Renk Fırını Siyah (Yüksek Renkli Fırın).

Bir ürünün renklendirme gücü, partikül boyutuyla ilgilidir. Boyutlarına bağlı olarak, teknik karbon gruplara ayrılır:

Ortalama parçacık boyutu, nm	Fırın siyah sınıfı
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Sınıflandırma

Kauçuk için teknik karbon takviye etkisinin derecesine göre ayrılır:

• Yüksek düzeyde güçlendirici (diş, sert). Arttırılmış dayanıklılık ve yıpranmaya karşı dayanıklılık ile tahsis edilmiştir. Parçacık boyutu küçüktür (18-30 nm). Konveyör bantlarında, lastik basamaklarında kullanılır.
• Yarı güçlendirici (çerçeve, yumuşak). Parçacık boyutu ortalamadır (40-60 nm). Çeşitli kauçuk ürünlerinde, lastik karkaslarında kullanılırlar.
• Düşük kazanç. Parçacık boyutu büyüktür (60 nm'nin üzerinde). Lastik endüstrisinde sınırlı kullanım. Kauçuk ürünlerde yüksek elastikiyeti korurken gerekli mukavemeti sağlar.

Karbon siyahının tam sınıflandırması, tüm küresel ürün üreticileri ve kullanıcıları tarafından kabul edilen ASTM D1765-03'te verilmiştir. İçinde, özellikle sınıflandırma, parçacıkların spesifik yüzey alanı aralığına göre gerçekleştirilir:

Grup	Ortalama belirli alanazot adsorpsiyonuyla yüzey, 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

Karbon siyahı üretimi

Hidrokarbonların tamamlanmamış bir yanma döngüsünü kullanan endüstriyel karbon siyahı üretmek için üç teknoloji vardır:

• fırın;
• kanal;
• tüp;
• plazma.

Ayrıca asetilen veya doğal gazı yüksek sıcaklıklarda ayrıştıran bir termal yöntem de vardır.

Farklı teknolojilerle üretilen çoklu kaliteler farklı özelliklere sahiptir.

Üretim teknolojisi

Teorik olarak yukarıdaki yöntemlerin tümü ile karbon siyahı elde etmek mümkündür, ancak üretilen ürünün %96'dan fazlası sıvı hammaddelerden fırın yöntemiyle elde edilir. Yöntem, belirli bir dizi özellik ile çeşitli derecelerde karbon siyahı elde etmeyi mümkün kılar. Örneğin, Omsk Karbon Siyahı Fabrikası, bu teknolojiyi kullanarak 20'den fazla kalitede karbon siyahı üretmektedir.

Genel teknoloji şudur. Yüksek derecede refrakter malzemelerle kaplı reaktör, doğal gaz ve 800°C'ye ısıtılmış hava ile beslenir. Doğal gazın yanması nedeniyle, belirli miktarda serbest oksijen içeren 1820-1900 ° C sıcaklıkta tam yanma ürünleri oluşur. Sıvı hidrokarbon hammaddeleri, tam yanmanın yüksek sıcaklıktaki ürünlerine enjekte edilir, önceden iyice karıştırılır ve 200-300 °C'ye ısıtılır. Hammaddelerin pirolizi, üretilen karbon siyahının markasına bağlı olarak 1400 ila 1750 ° С arasında farklı değerlere sahip olan, sıkı bir şekilde kontrol edilen bir sıcaklıkta gerçekleşir.

Hammaddelerin tedarik edildiği yerden belirli bir mesafede, termo-oksidatif reaksiyon su enjeksiyonu ile durdurulur. Piroliz sonucu oluşan karbon karası ve reaksiyon gazları hava ısıtıcısına girer ve burada ısılarının bir kısmını proseste kullanılan havaya verirler, karbon-gaz karışımının sıcaklığı ise 950-1000 °С arasında düşer. 500-600 °С.

Ek su enjeksiyonu nedeniyle 260-280 °C'ye soğutulduktan sonra karbon karası ve gaz karışımı torba filtreye gönderilir, burada karbon karası gazlardan ayrılır ve filtre bunkerine girer. Filtre kutusundan ayrılan karbon siyahı, gaz boru hattından bir fan (turbo üfleyici) vasıtasıyla granülasyon bölümüne beslenir.

Karbon siyahı üreticileri

Küresel karbon siyahı üretimi 10 milyon tonu aşıyor. Ürüne olan bu kadar büyük bir talep, her şeyden önce benzersiz güçlendirici özellikleri ile açıklanmaktadır. Sektörün lokomotifleri:

• Aditya Birla Group (Hindistan) - pazarın yaklaşık %15'i.
• Cabot Corporation (ABD) - Pazarın %14'ü.
• Orion Tasarlanmış Karbonlar (Lüksemburg) - %9.

En büyük Rus karbon üreticileri:

• Omsktehuglerod LLC – Rusya pazarının %40'ı. Omsk, Volgograd, Mogilev'deki Fabrikalar.
• JSC Yaroslavl Teknik Karbon – %32.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – %17.