Техникалық көміртек, оның өндірісі

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-17 18:58

Көміртекті қара (ГОСТ 7885-86) – резеңке өндірісінде оның пайдалы өнімділік қасиеттерін арттыратын толтырғыш ретінде пайдаланылатын өнеркәсіптік көміртекті өнімдердің бір түрі. Кокс пен шайырдан айырмашылығы, ол бір дерлік көміртектен тұрады, күйе тәрізді.

Қолдану саласы

Өндірілетін қара көміртектің шамамен 70%-ы шина жасауға, 20%-ы резеңке бұйымдарын өндіруге жұмсалады. Сондай-ақ, техникалық көміртегі лак-бояу өндірісінде және қара пигмент ретінде әрекет ететін баспа бояуларын өндіруде қолданылады.

Қолданудың тағы бір саласы - пластмасса және кабель қабықшаларын өндіру. Мұнда өнім толтырғыш ретінде және өнімдерге ерекше қасиеттер беру үшін қосылады. Қара көміртекті басқа салаларда да шағын көлемде қолданылады.

Сипаттамасы

Көміртек қарасы - соңғы инженерлік және басқару әдістерін қамтитын процестің өнімі. Оның тазалығы мен қатаң анықталған жиынтығына байланыстыфизикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты, оның көмір мен мазут жағуынан немесе реттелмейтін іштен жанатын қозғалтқыштардың жұмысынан ластанған жанама өнім ретінде түзілетін күйемен ешқандай қатысы жоқ. Жалпы қабылданған халықаралық классификацияға сәйкес, қара көміртек Carbon Black (ағылшын тілінен аударғанда қара көміртек), күйе ағылшын тілінде күйе деп аталады. Яғни, бұл ұғымдар қазіргі уақытта ешқандай араласпаған.

Каучуктарды көміртекті қара түспен толтыру есебінен арматураның әсері каучуктың күкіртпен вулканизациялану құбылысының ашылуынан гөрі каучук өнеркәсібінің дамуы үшін маңыздылығы кем болмады. Резеңке қосылыстарында салмағы бойынша қолданылатын ингредиенттердің көп санынан көміртегі резеңкеден кейін екінші орынды алады. Резеңке бұйымдарының қасиеттеріне көміртегі қарасының сапа көрсеткіштерінің әсері негізгі ингредиент – каучуктың сапа көрсеткіштерінен әлдеқайда жоғары.

Қасиеттерді күшейту

Толтырғышты енгізу арқылы материалдың физикалық қасиеттерін жақсарту арматура (арматура) деп аталады, ал мұндай толтырғыштар күшейткіштер (көміртек қара, тұнбалы кремний оксиді) деп аталады. Барлық күшейткіштердің ішінде техникалық көміртектің шын мәнінде бірегей сипаттамалары бар. Тіпті вулканизациядан бұрын ол резеңкемен байланысады және бұл қоспаны еріткіштермен көміртегі қарасы мен резеңкеге толығымен бөлуге болмайды.

Ең маңызды эластомерлер негізіндегі резеңкелердің беріктігі:

Эластомер	Созу күші, МПа
	Толтырылмаған вулканизация	Көміртек қарасымен толтырылған вулканизация
стирол-бутадиен каучук	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Полиакрилат резеңке	2, 1	17, 6
Полибутадиенді каучук	5, 6	21, 1

Кестеде әр түрлі резеңкеден толтырусыз алынған және қара көміртегімен толтырылған вулканизаторлардың қасиеттері көрсетілген. Жоғарыда келтірілген деректерден көміртекті толтыру резеңкенің созылу беріктігіне қалай айтарлықтай әсер ететінін көруге болады. Айтпақшы, резеңке қосылыстарда қажетті түс беру немесе қоспаның құнын төмендету үшін қолданылатын басқа дисперсті ұнтақтар - бор, каолин, тальк, темір оксиді және басқалары күшейтетін қасиетке ие емес.

Құрылым

Таза табиғи көміртектер – алмаздар мен графит. Олардың бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленетін кристалдық құрылымы бар. Табиғи графит пен жасанды көміртегі қарасының құрылымындағы ұқсастық рентген сәулелерінің дифракциясы арқылы анықталды. Графиттегі көміртегі атомдары атомаралық арақашықтығы 0,142 нм болатын конденсацияланған ароматты сақиналы жүйелердің үлкен қабаттарын құрайды. Бұл графит қабаттарыконденсацияланған ароматты жүйелерді базальды жазықтықтар деп атайды. Жазықтықтар арасындағы қашықтық қатаң анықталған және 0,335 нм. Барлық қабаттар бір-біріне параллель. Графиттің тығыздығы 2,26 г/см3.

Үш өлшемді реті бар графиттен айырмашылығы, техникалық көміртек тек екі өлшемді тәртіппен сипатталады. Ол шамамен бір-біріне параллель орналасқан, бірақ көрші қабаттарға қатысты ығысқан жақсы дамыған графит жазықтықтарынан тұрады - яғни жазықтықтар қалыптыға қатысты ерікті түрде бағытталған.

Графит құрылымы бейнелі түрде ұқыпты бүктелген карталар палубасымен, ал көміртекті қара құрылым карталар жылжытылған карталар палубасымен салыстырылады. Онда жазықаралық қашықтық графиттікінен үлкен және 0,350-0,365 нм. Сондықтан қара көміртектің тығыздығы графиттің тығыздығынан төмен және брендке байланысты 1,76-1,9 г/см³ диапазонында болады (көбінесе 1,8 г/см ^3).

Бояу

Көміртек қарасының пигментті (бояғыш) сорттары полиграфиялық бояулар, жабындар, пластмассалар, талшықтар, қағаз және құрылыс материалдарын өндіруде қолданылады. Олар былай жіктеледі:

• жоғары түсті көміртекті қара (HC);
• орта (MS);
• қалыпты бояу (RC);
• төмен түсті (LC).

Үшінші әріп алу әдісін көрсетеді - пеш (F) немесе арна (C). Белгілеу мысалы: HCF - қара түсті жоғары түсті пеш (Hiqh түсті пеш).

Өнімнің бояу күші оның бөлшектерінің өлшеміне байланысты. Көлеміне қарай техникалық көміртек топтарға бөлінеді:

Бөлшектердің орташа өлшемі, nm	Пештің қара сорты
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Жіктеу

Резеңкеге арналған техникалық көміртегі күшейту әсерінің дәрежесіне қарай бөлінеді:

• Жоғары күшейткіш (протектор, қатты). Ол тозуға төзімділік пен төзімділіктің жоғарылауымен ерекшеленеді. Бөлшектердің өлшемі кішкентай (18-30 нм). Конвейер таспаларында, шиналар протекторларында қолданылады.
• Жартылай арматура (қаңқа, жұмсақ). Бөлшектердің өлшемі орташа (40-60 нм). Олар әртүрлі резеңке бұйымдарда, шиналар қаңқаларында қолданылады.
• Төмен табыс. Бөлшектердің өлшемі үлкен (60 нм-ден астам). Шиналар өнеркәсібінде шектеулі пайдалану. Резеңке бұйымдарда жоғары серпімділікті сақтай отырып, қажетті күшті қамтамасыз етеді.

Көміртекті қараның толық классификациясы ASTM D1765-03 стандартында берілген, оны барлық әлемдік өнім өндірушілер мен пайдаланушылар қабылдайды. Онда жіктеу, атап айтқанда, бөлшектердің меншікті бетінің ауданына сәйкес жүзеге асырылады:

Топ	Орташа нақты аумақазот адсорбциясы бойынша беті, 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

Көміртекті қара өндіріс

Көмірсутектердің толық емес жану циклін пайдаланатын өнеркәсіптік көміртекті қара өндірудің үш технологиясы бар:

• пеш;
• арна;
• түтік;
• плазма.

Ацетиленді немесе табиғи газды жоғары температурада ыдырататын термиялық әдіс де бар.

Әртүрлі технологиялармен жасалған бірнеше сорттардың сипаттамалары әртүрлі.

Өндіріс технологиясы

Теориялық тұрғыдан қара көміртекті жоғарыда аталған әдістердің барлығымен алуға болады, алайда өндірілетін өнімнің 96%-дан астамы сұйық шикізаттан пештік әдіспен алынады. Бұл әдіс белгілі бір қасиеттері бар көміртекті қараның әртүрлі сорттарын алуға мүмкіндік береді. Мысалы, Омбы көміртекті қара зауыты осы технологияны қолдана отырып, көміртекті қараның 20-дан астам түрін шығарады.

Жалпы технология мынау. Жоғары отқа төзімді материалдармен қапталған реактор табиғи газбен және 800°С дейін қыздырылған ауамен қоректенеді. Табиғи газдың жануының арқасында 1820-1900 ° C температурада толық жану өнімдері түзіледі, құрамында бос оттегінің белгілі бір мөлшері бар. Сұйық көмірсутек шикізаты толық жанудың жоғары температуралы өнімдеріне айдалады, алдын ала мұқият араластырылады және 200-300 ° C дейін қыздырылады. Шикізаттың пиролизі қатаң бақыланатын температурада жүзеге асады, ол өндірілген көміртегі қарасының маркасына байланысты 1400-ден 1750 ° С-қа дейін әртүрлі мәндерге ие болады.

Шикізат беретін жерден белгілі бір қашықтықта су айдау арқылы термототығу реакциясы тоқтатылады. Пиролиз нәтижесінде түзілген көміртегі қара және реакциялық газдар ауа қыздырғышқа түседі, онда олар жылуының бір бөлігін процесте қолданылатын ауаға береді, ал көміртегі-газ қоспасының температурасы 950-1000 °С-қа дейін төмендейді. 500-600 °С.

Қосымша су айдау есебінен 260-280 °C дейін салқындағаннан кейін көміртегі қарасы мен газдардың қоспасы қап сүзгісіне жіберіледі, онда көміртегі қара газдардан бөлініп, сүзгі бункеріне түседі. Сүзгі қалтасынан бөлінген қара көміртекті газ құбыры арқылы желдеткіш (турбо үрлеуші) арқылы түйіршіктеу бөліміне беріледі.

Көміртекті қара өндірушілер

Көміртекті қараның жаһандық өндірісі 10 миллион тоннадан асады. Бұйымға мұндай үлкен сұраныс, ең алдымен, оның бірегей арматуралық қасиеттерімен түсіндіріледі. Саланың локомотивтері:

• Aditya Birla Group (Үндістан) - нарықтың шамамен 15%.
• Cabot корпорациясы (АҚШ) - нарықтың 14%.
• Orion инженерлік көміртегі (Люксембург) - 9%.

Ресейдің ең ірі көміртегі өндірушілері:

• Омсктехуглерод ЖШҚ – Ресей нарығының 40%. Омбы, Волгоград, Могилевтегі зауыттар.
• АО Ярославль техникалық көміртек – 32%.
• АО «Нижнекамсктехуглерод» – 17%.