Technical Carbon (GOST 7885-86) - widokprzemysłowe produkty węglowe, stosowane głównie w produkcji kauczuku jako wypełniacza, poprawiające jego użyteczne właściwości użytkowe. W przeciwieństwie do koksu i smoły, składa się z prawie jednego węgla, podobnego do sadzy.
Wykorzystuje się około 70% wyprodukowanej sadzydo produkcji opon, 20% - do produkcji wyrobów gumowych. Ponadto, techniczne węgiel znajduje zastosowanie w przemyśle farb i lakierów oraz w produkcji farb drukarskich, gdzie działa jako czarny pigment.
Kolejnym obszarem zastosowania jest produkcjatworzywa sztuczne i osłony kabli. Tutaj produkt dodaje się jako wypełniacz i nadaje produktom specjalne właściwości. W małych ilościach sadza stosowana jest również w innych gałęziach przemysłu.
Węgiel techniczny jest produktem tego procesu,w tym najnowsze technologie inżynieryjne i metody kontroli. Ze względu na czystość i ściśle określony zestaw właściwości fizycznych i chemicznych, nie ma on nic wspólnego z sadzą, która powstała jako zanieczyszczony produkt uboczny ze spalania węgla i oleju opałowego, lub w działaniu nieregulowanych silników spalinowych. Zgodnie z ogólnie przyjętą międzynarodową klasyfikacją, sadza jest oznaczana jako czerń węglowa (węgiel czarny w języku angielskim), sadza w języku angielskim - sadza. Oznacza to, że obecnie te pojęcia w żaden sposób nie są mieszane.
Efekt wzmocnienia z powodu wypełnienia kauczukówSadza ma dla rozwoju przemysłu gumowego nie mniej ważne niż odkrycie zjawiska wulkanizacji gumy szarej. W związkach kauczukowych węgiel z dużej liczby składników stosowanych w masie plasuje się na drugim miejscu po kauczuku. Wpływ wskaźników jakościowych sadzy na właściwości wyrobów gumowych jest znacznie większy niż jakość głównego składnika - gumy.
Popraw właściwości fizyczne materiału dziękiwprowadzenie wypełniacza nazywa się zbrojeniem (zbrojeniem), a takie wypełniacze nazywane są wzmacniaczami (sadza, strącana krzemionka). Spośród wszystkich wzmacniaczy, węgiel ma unikalną charakterystykę techniczną. Nawet przed wulkanizacją wiąże się z gumą, a tej mieszaniny nie można całkowicie rozdzielić na sadzę i kauczuk za pomocą rozpuszczalników.
Wytrzymałość gum uzyskanych na podstawie najważniejszych elastomerów:
Elastomer | Wytrzymałość na rozciąganie, MPa | |
Niewypełniony wulkanizat | Wulkanizować z zawartością sadzy | |
Kauczuk butadienowy | 3,5 | 24,6 |
Kauczuk nitrylowy butadienu | 4,9 | 28,1 |
Kauczuk etylenowo-propylenowy | 3,5 | 21,1 |
Kauczuk poliakrylanowy | 2,1 | 17,6 |
Kauczuk polibutadienowy | 5,6 | 21,1 |
Tabela pokazuje właściwości wulkanizatów,otrzymane z różnych rodzajów gumy bez wypełnienia i wypełnione sadzą. Na podstawie podanych danych widać, jak znacząco wpływa na ładowanie węgla na wytrzymałość na rozciąganie kauczuków. Nawiasem mówiąc, inne rozproszone proszki stosowane w mieszankach gumowych do nadawania pożądanego koloru lub tańszej mieszaniny - kreda, kaolin, talk, tlenek żelaza i inne nie mają właściwości wzmacniających.
Czyste naturalne węgle to diamenty i grafit. Mają strukturę krystaliczną, która różni się znacznie od siebie. Metoda dyfrakcyjna promieni rentgenowskich zapewnia podobieństwo struktury grafitu naturalnego i sztucznego materiału z sadzy. Atomy węgla w graficie tworzą duże warstwy skondensowanych układów aromatycznych w kształcie pierścienia, z odległością międzyatomową równą 0,142 nm. Te grafitowe warstwy skondensowanych układów aromatycznych są powszechnie określane jako płaszczyzny podstawowe. Odległość między płaszczyznami jest ściśle określona i wynosi 0,335 nm. Wszystkie warstwy są do siebie równoległe. Gęstość grafitu wynosi 2,26 g / cm3.
W przeciwieństwie do grafitu, który ma trójwymiarowywęgiel techniczny charakteryzuje się tylko dwuwymiarowym uporządkowaniem. składa się z dobrze rozwiniętych płaszczyznami grafitowymi, umieszczony w przybliżeniu równolegle do siebie, lecz przesunięty w stosunku do sąsiednich warstw - to jest przypadkowo zorientowana w płaszczyźnie prostopadłej względem.
Obrazowo struktura grafitu jest porównywana ze starannieskładana talia kart i struktura sadzy z talią kart, w której karty są przesunięte. W tym międzyplanarny odstęp jest większy niż grafitu i wynosi 0.350-0.365 nm. Dlatego gęstość sadzy jest niższa niż gęstość grafitu i mieści się w zakresie 1,76-1,9 g / cm23, w zależności od marki (najczęściej 1,8 g / cm3).
Barwniki (barwiące) z technicznego węgla są stosowane do produkcji farb drukarskich, powłok, tworzyw sztucznych, włókien, papieru i materiałów budowlanych. Są one podzielone na:
Trzecia litera oznacza metodę uzyskiwania - pieca (F) lub kanału (C). Przykład oznaczenia: HCF to wysokopalowy węgiel drzewny (Hiqh Color Furnace).
Kolor produktu jest związany z rozmiarem jego cząstek. W zależności od ich wielkości węgiel techniczny dzieli się na grupy:
Średnia wielkość cząstek, nm | Marka czarnego węgla pieca |
10-15 | HCF |
16-24 | MCF |
25-35 | RCF |
> 36 | LCF |
Węgiel techniczny dla gumy pod względem stopnia efektu wzmacniającego dzieli się na:
Pełna klasyfikacja sadzy podana jest w normieASTM D1765-03, przyjęty przez wszystkich światowych producentów produktu i jego konsumentów. W nim, w szczególności, klasyfikacja odbywa się w zakresie powierzchni właściwej cząstek:
Numer grupy | Średnia powierzchnia właściwa dla adsorpcji azotu, 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 |
Istnieją trzy technologie produkcji sadzy przemysłowej, w których wykorzystuje się cykl niepełnego spalania węglowodorów:
Istnieje również metoda termiczna, w której następuje rozkład acetylenu lub gazu ziemnego w wysokich temperaturach.
Liczne marki, uzyskane za pomocą różnych technologii, mają różne cechy.
Teoretycznie możliwe jest uzyskanie technicznychwęgiel według wszystkich powyższych metod, jednak ponad 96% wytwarzanego produktu jest wytwarzane metodą pieca z ciekłych surowców. Metoda ta pozwala uzyskać różnorodne marki sadzy z pewnym zestawem właściwości. Na przykład w fabryce sadzy Omsk technologia ta wytwarza ponad 20 gatunków sadzy.
Ogólna technologia jest następująca. Reaktor wyłożony materiałami o wysokiej ogniotrwałości jest zasilany gazem ziemnym i powietrze ogrzane do temperatury 800 ° C. Poprzez spalanie gazu ziemnego powstają produkty spalania całkowitego o temperaturze 1820-1900 ° C, zawierające pewną ilość wolnego tlenu. W produktach spalania w wysokiej temperaturze wtryskiwany jest płynny wsad węglowodorowy, ostrożnie wymieszany i ogrzany do 200-300 ° C. Piroliza surowców zachodzi w ściśle kontrolowanej temperaturze, która w zależności od marki wyprodukowanej sadzy ma różne wartości od 1400 do 1750 ° C.
W pewnej odległości od punktu podawaniareakcję termiczną i na utlenianie jest zakończone przez iniekcję wody. Utworzone przez pirolizę sadzy i gazy reakcyjne wchodzi podgrzewacz powietrza, w którym dają się część swojego ciepła do powietrza stosowanego w tym procesie, aby temperatura mieszaniny spada uglerodogazovoy od 950-1000 ° C do 500-600 ° C,
Po ochłodzeniu do 260-280 ° C z powodudodatkowego wtrysku wody, mieszanina technicznego węgla i gazów jest przesyłana do filtra workowego, gdzie techniczny węgiel jest oddzielany od gazów i wchodzi do leja zasypowego. Oddzielony węgiel techniczny z bunkra filtracyjnego jest przesyłany rurociągiem gazowym do jednostki granulacyjnej za pomocą wentylatora (turbosprężarki).
Światowa produkcja sadzy przekracza 10 milionów ton. Tak duże zapotrzebowanie na produkt wynika przede wszystkim z jego wyjątkowych właściwości wzmacniających. Lokomotywami tego przemysłu są:
Najwięksi rosyjscy producenci węgla:
