Kaboni ya kiufundi, uzalishaji wake

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-17 19:09

Carbon black (GOST 7885-86) ni aina ya bidhaa za kaboni za viwandani zinazotumiwa hasa katika utengenezaji wa mpira kama kichungio ambacho huongeza sifa zake muhimu za utendakazi. Tofauti na koka na lami, ina takriban kaboni moja, inaonekana kama masizi.

Wigo wa maombi

Takriban 70% ya kaboni nyeusi inayozalishwa hutumika kutengeneza matairi, 20% - kwa utengenezaji wa bidhaa za mpira. Pia, kaboni ya kiufundi hutumiwa katika utengenezaji wa rangi na vanishi na katika utengenezaji wa wino za uchapishaji, ambapo hufanya kama rangi nyeusi.

Eneo lingine la utumaji maombi ni utengenezaji wa plastiki na shehena za kebo. Hapa bidhaa huongezwa kama kichungi na kutoa bidhaa mali maalum. Nyeusi ya kaboni pia inatumika kwa viwango vidogo katika tasnia zingine.

Tabia

Nyeusi ya kaboni ni zao la mchakato unaojumuisha mbinu za hivi punde za uhandisi na udhibiti. Kutokana na usafi wake na kuweka madhubutimali ya kimwili na kemikali, haina uhusiano wowote na masizi yanayozalishwa kama bidhaa iliyochafuliwa kutokana na uchomaji wa makaa ya mawe na mafuta ya mafuta, au kutokana na uendeshaji wa injini za mwako za ndani zisizo na udhibiti. Kulingana na uainishaji wa kimataifa unaokubalika kwa ujumla, kaboni nyeusi inateuliwa Carbon Black (kaboni nyeusi iliyotafsiriwa kutoka Kiingereza), masizi kwa Kiingereza ni masizi. Hiyo ni, dhana hizi kwa sasa hazijachanganywa kwa njia yoyote.

Athari ya uimarishaji kutokana na kujazwa kwa raba na kaboni nyeusi haikuwa muhimu kwa maendeleo ya tasnia ya mpira kuliko ugunduzi wa hali ya kuathiriwa kwa mpira na salfa. Katika misombo ya mpira, kaboni kutoka kwa idadi kubwa ya viungo vinavyotumiwa na uzito huchukua nafasi ya pili baada ya mpira. Ushawishi wa viashiria vya ubora wa kaboni nyeusi kwenye mali ya bidhaa za mpira ni kubwa zaidi kuliko viashiria vya ubora wa kiungo kikuu - mpira.

Kuimarisha sifa

Kuboresha sifa za kimaumbile za nyenzo kwa kutambulisha kichungi huitwa uimarishaji (uimarishaji), na vijazaji hivyo huitwa vikuza (amplifaya kaboni nyeusi, oksidi ya silicon iliyotiwa unyevu). Miongoni mwa amplifiers zote, kaboni ya kiufundi ina sifa za kipekee. Hata kabla ya uvulcanization, hujifunga kwenye mpira, na mchanganyiko huu hauwezi kutenganishwa kabisa kuwa kaboni nyeusi na mpira kwa viyeyusho.

Nguvu ya raba kulingana na elastoma muhimu zaidi:

Elastomer	Nguvu ya mkazo, MPa
	vulcanizate isiyojazwa	Vulcanizate iliyojazwa na kaboni nyeusi
Styrene Butadiene Rubber	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
raba ya Polyacrylate	2, 1	17, 6
raba ya Polybutadiene	5, 6	21, 1

Jedwali linaonyesha sifa za vulcanizates zinazopatikana kutoka kwa aina mbalimbali za mpira bila kujazwa na kujazwa na kaboni nyeusi. Kutoka kwa data hapo juu, inaweza kuonekana jinsi kujaza kaboni huathiri kwa kiasi kikubwa nguvu ya mvutano wa mpira. Kwa njia, poda nyingine zilizotawanywa zinazotumiwa katika misombo ya mpira ili kutoa rangi inayohitajika au kupunguza gharama ya mchanganyiko - chaki, kaolini, talc, oksidi ya chuma na wengine hawana mali ya kuimarisha.

Muundo

Kaboni asilia safi ni almasi na grafiti. Wana muundo wa fuwele ambao hutofautiana kwa kiasi kikubwa kutoka kwa kila mmoja. Kufanana katika muundo wa grafiti ya asili na nyenzo za bandia kaboni nyeusi ilianzishwa na diffraction ya X-ray. Atomi za kaboni katika grafiti huunda tabaka kubwa za mifumo ya pete iliyofupishwa ya kunukia, na umbali wa interatomic wa 0.142 nm. Tabaka hizi za grafitimifumo ya kunukia iliyofupishwa inaitwa ndege za basal. Umbali kati ya ndege hufafanuliwa madhubuti na ni 0.335 nm. Tabaka zote ni sawa kwa kila mmoja. Uzito wa grafiti ni 2.26g/cm3.

Tofauti na grafiti, ambayo ina mpangilio wa pande tatu, kaboni ya kiufundi ina sifa ya mpangilio wa pande mbili pekee. Inajumuisha ndege za grafiti zilizotengenezwa vizuri, ziko takriban sambamba na kila mmoja, lakini kukabiliana na heshima na tabaka za karibu - yaani, ndege zinaelekezwa kiholela kwa heshima ya kawaida.

Muundo wa grafiti kwa kitamathali unalinganishwa na sitaha iliyokunjwa vizuri ya kadi, na muundo wa kaboni nyeusi unalinganishwa na sitaha ya kadi ambamo kadi huhamishwa. Ndani yake, umbali wa interplanar ni mkubwa zaidi kuliko ule wa grafiti na ni 0.350-0.365 nm. Kwa hivyo, msongamano wa kaboni nyeusi ni chini kuliko msongamano wa grafiti na ni kati ya 1.76-1.9 g/cm³, kutegemea chapa (mara nyingi 1.8 g/cm ^3).

Upakaji rangi

Alama zenye rangi (kuchorea) za kaboni nyeusi hutumiwa katika uchapishaji wa wino za uchapishaji, mipako, plastiki, nyuzi, karatasi na vifaa vya ujenzi. Zimeainishwa katika:

• kaboni nyeusi ya rangi ya juu (HC);
• kati (MS);
• upakaji rangi wa kawaida (RC);
• rangi ya chini (LC).

Herufi ya tatu inaonyesha njia ya kupata - tanuru (F) au chaneli (C). Mfano wa uteuzi: HCF - Tanuru ya Rangi ya Juu Nyeusi (Tanuru ya Rangi ya Hiqh).

Nguvu ya kupaka rangi ya bidhaa inahusiana na saizi yake ya chembe. Kulingana na saizi yao, kaboni ya kiufundi imegawanywa katika vikundi:

Wastani wa ukubwa wa chembe, nm	Tanuru daraja jeusi
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Ainisho

Kaboni ya kiufundi kwa mpira kulingana na kiwango cha uimarishaji imegawanywa katika:

• Inaimarisha sana (kukanyaga, ngumu). Imetengwa kwa uimara ulioongezeka na ustahimilivu kwa mshtuko. Ukubwa wa chembe ni ndogo (18-30 nm). Inatumika katika mikanda ya kusafirisha, kukanyaga matairi.
• Inaimarisha nusu (muundo, laini). Ukubwa wa chembe ni wastani (40-60 nm). Hutumika katika bidhaa mbalimbali za mpira, mizoga ya matairi.
• Faida ndogo. Ukubwa wa chembe ni kubwa (zaidi ya 60 nm). Matumizi machache katika tasnia ya matairi. Hutoa nguvu zinazohitajika huku hudumisha unyumbufu wa juu katika bidhaa za mpira.

Uainishaji kamili wa rangi nyeusi ya kaboni hutolewa katika ASTM D1765-03, inayokubaliwa na wazalishaji na watumiaji wote wa bidhaa duniani. Ndani yake, uainishaji, haswa, unafanywa kulingana na anuwai ya eneo maalum la chembe:

Kundi	Wastani wa eneo mahususiuso kwa adsorption ya nitrojeni, 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

Uzalishaji wa kaboni nyeusi

Kuna teknolojia tatu za kutengeneza kaboni nyeusi ya viwandani inayotumia mzunguko usiokamilika wa mwako wa hidrokaboni:

• tanuru;
• chaneli;
• tube;
• plasma.

Pia kuna njia ya joto ambayo huoza asetilini au gesi asilia kwenye joto la juu.

Alama nyingi zinazozalishwa na teknolojia tofauti zina sifa tofauti.

Teknolojia ya utayarishaji

Kinadharia, inawezekana kupata kaboni nyeusi kwa njia zote zilizo hapo juu, hata hivyo, zaidi ya 96% ya bidhaa inayozalishwa hupatikana kwa njia ya tanuru kutoka kwa malighafi ya kioevu. Njia hiyo inafanya uwezekano wa kupata darasa tofauti za kaboni nyeusi na seti fulani ya mali. Kwa mfano, Omsk Carbon Black Plant hutoa zaidi ya darasa 20 za kaboni nyeusi kwa kutumia teknolojia hii.

Teknolojia ya jumla ni hii. Reactor, iliyo na vifaa vya kukataa sana, inalishwa na gesi asilia na hewa yenye joto hadi 800 ° C. Kutokana na mwako wa gesi asilia, bidhaa za mwako kamili zinaundwa na joto la 1820-1900 ° C, zenye kiasi fulani cha oksijeni ya bure. Malighafi ya hidrokaboni ya kioevu huingizwa ndani ya bidhaa za joto la juu za mwako kamili, vikichanganywa kabisa kabla na joto hadi 200-300 ° C. Usafishaji wa malighafi hufanyika kwa joto lililodhibitiwa madhubuti, ambalo, kulingana na chapa ya kaboni nyeusi inayozalishwa, ina maadili tofauti kutoka 1400 hadi 1750 ° С.

Kwa umbali fulani kutoka mahali pa kusambaza malighafi, mmenyuko wa kioksidishaji cha thermo husimamishwa kwa kudungwa kwa maji. Gesi za kaboni nyeusi na athari zinazoundwa kama matokeo ya pyrolysis huingia kwenye hita ya hewa, ambapo hutoa sehemu ya joto lao kwa hewa inayotumiwa katika mchakato, wakati joto la mchanganyiko wa gesi ya kaboni hupungua kutoka 950-1000 ° C hadi. 500-600 °С.

Baada ya kupoeza hadi 260-280 °C kutokana na sindano ya ziada ya maji, mchanganyiko wa kaboni nyeusi na gesi hutumwa kwenye kichujio cha mfuko, ambapo kaboni nyeusi hutenganishwa na gesi na kuingia kwenye hopa ya chujio. Kaboni nyeusi iliyotenganishwa kutoka kwa pipa la chujio inalishwa kupitia bomba la gesi na feni (turbo blower) hadi sehemu ya chembechembe.

Wazalishaji weusi wa kaboni

Uzalishaji wa kaboni nyeusi ulimwenguni kote unazidi tani milioni 10. Mahitaji makubwa kama haya ya bidhaa yanaelezewa, kwanza kabisa, na mali yake ya kipekee ya kuimarisha. Vitimbi vya sekta hii ni:

• Aditya Birla Group (India) - takriban 15% ya soko.
• Shirika la Cabot (Marekani) - 14% ya soko.
• Orion Engineered Carbons (Luxembourg) - 9%.

Wazalishaji wakubwa zaidi wa kaboni nchini Urusi:

• Omsktehuglerod LLC – 40% ya soko la Urusi. Viwanda huko Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Kaboni ya Kiufundi - 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.