Техникалык көмүртек, аны өндүрүү

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-17 18:59

Көмүртек кара (ГОСТ 7885-86) – бул, негизинен, резина өндүрүшүндө анын пайдалуу иштөө касиеттерин арттыруучу толтургуч катары колдонулуучу өнөр жай көмүртектүү продуктуларынын бир түрү. Кокс менен чайырдан айырмаланып, ал дээрлик бир көмүртектен турат, көөдөй көрүнөт.

Колдонуу чөйрөсү

Өндүрүлгөн кара көмүрдүн болжол менен 70% шиналарды өндүрүү үчүн, 20% - резина буюмдарын өндүрүү үчүн колдонулат. Ошондой эле техникалык көмүртек боёк жана лак өндүрүүдө жана басма боёкторду өндүрүүдө колдонулат, мында кара пигменттин ролун аткарат.

Колдонуунун дагы бир чөйрөсү бул пластмассаларды жана кабелдик кабыктарды өндүрүү. Бул жерде продукт толтургуч катары кошулат жана продуктыларга өзгөчө касиеттерин берүү. Кара көмүртек башка тармактарда да аз өлчөмдө колдонулат.

Мүнөздөмө

Кара көмүртек - акыркы инженердик жана башкаруу ыкмаларын камтыган процесстин продуктусу. Улам анын тазалыгы жана катуу аныкталган топтомуфизикалык жана химиялык касиеттери, ал көмүрдү жана мазутту күйгүзгөндөн же жөнгө салынбаган ичтен күйүүчү кыймылдаткычтардын иштешинен булганган кошумча продукт катары пайда болгон көө менен эч кандай байланышы жок. Жалпы кабыл алынган эл аралык классификацияга ылайык, кара көмүртек Carbon Black (англис тилинен которгондо кара көмүртек), көө англисче көө деп аталат. Башкача айтканда, бул түшүнүктөр учурда эч кандай аралашкан эмес.

Каучуктарды кара көмүр менен толтуруунун эсебинен арматуранын эффектиси каучук өнөр жайын өнүктүрүү үчүн күкүрт менен каучукту вулканизациялоо кубулушунун ачылышынан кем эмес мааниге ээ болгон. Резина кошулмаларында салмагы боюнча колдонулган көп сандагы ингредиенттердин көмүртектери резинадан кийин экинчи орунду ээлейт. Кара көмүртектин сапаттык көрсөткүчтөрүнүн резина буюмдарынын касиеттерине тийгизген таасири негизги ингредиент – каучуктун сапаттык көрсөткүчтөрүнөн алда канча жогору.

Күчтөөчү касиеттер

Материалдын физикалык касиеттерин толтургуч киргизүү жолу менен жакшыртуу арматура (арматура) деп аталат, ал эми мындай толтургучтар күчөткүчтөр (көмүртектин кара, тундурулган кремний кычкылы) деп аталат. Бардык күчөткүчтөрдүн арасында техникалык көмүртек чындап эле уникалдуу мүнөздөмөлөргө ээ. Вулканизацияга чейин эле ал резина менен байланышат жана бул аралашманы эриткичтер менен кара көмүр жана каучук болуп толук ажыратууга болбойт.

Каучуктардын бекемдиги эң маанилүү эластомерлерге негизделген:

Эластомер	Созууга күч, МПа
	Толтурулбаган вулканизация	Кара көмүртек толтурулган вулканизация
стирол бутадиен каучук	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Полиакрилат каучук	2, 1	17, 6
Полибутадиен каучук	5, 6	21, 1

Таблицада каучуктун ар кандай түрлөрүнөн толтурулбастан алынган жана кара көмүртек менен толтурулган вулканизаторлордун касиеттери көрсөтүлгөн. Жогорудагы маалыматтардан, көмүртек толтуруу каучуктун чоюлуу күчүнө кандайча таасир этээрин көрүүгө болот. Айтмакчы, каучук кошулмаларында керектүү түстү берүү же аралашманын баасын төмөндөтүү үчүн колдонулган башка дисперстүү порошок - бор, каолин, тальк, темир кычкылы жана башкалар бекемдөөчү касиетке ээ эмес.

Структура

Таза табигый көмүртектерге алмаз жана графит кирет. Алар бири-биринен олуттуу айырмаланган кристаллдык түзүлүшкө ээ. Табигый графит менен кара көмүртектин түзүлүшүндөгү окшоштук рентген нурларынын дифракциясы аркылуу аныкталган. Графиттеги көмүртек атомдору атомдор аралык 0,142 нм аралыктагы конденсацияланган ароматтык шакекче системаларынын чоң катмарларын түзөт. Бул графит катмарларыконденсацияланган ароматтык системалар базалдык тегиздиктер деп аталат. Учактардын ортосундагы аралык так аныкталган жана 0,335 нм. Бардык катмарлар бири-бирине параллелдүү. Графиттин тыгыздыгы 2,26 г/см3.

Үч өлчөмдүү тартипке ээ болгон графиттен айырмаланып, техникалык көмүртек эки өлчөмдүү тартип менен гана мүнөздөлөт. Ал жакшы өнүккөн графит тегиздиктеринен турат, болжол менен бири-бирине параллель жайгашкан, бирок чектеш катмарларга карата жылыштуу - б.а.

Графит структурасы каймана мааниде карталардын тыкан бүктөлгөн палубасына, ал эми көмүртектин кара түзүлүшү карталардын жылып турган палубасына салыштырылган. Анда тегиз аралык аралык графиттикинен чоң жана 0,350-0,365 нм. Демек, кара көмүртектин тыгыздыгы графиттин тыгыздыгынан төмөн жана брендине жараша 1,76-1,9 г/см³ диапазонунда (көбүнчө 1,8 г/см) ^3).

Боёо

Көмүртек каранын пигменттелген (боёктоочу) сорттору полиграфиялык боёкторду, каптамаларды, пластмассаларды, булаларды, кагаздарды жана курулуш материалдарын өндүрүүдө колдонулат. Алар төмөнкүлөргө бөлүнөт:

• жогорку түстүү көмүртек кара (HC);
• орто (MS);
• нормалдуу түс (RC);
• төмөн түстүү (LC).

Үчүнчү тамга алуу ыкмасын көрсөтөт - меш (F) же канал (C). Белгилөө мисалы: HCF - Жогорку түстүү меш кара (Hiqh түстүү меш).

Өнүмдүн түс берүүчү күчү анын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө байланыштуу. Өлчөмүнө жараша техникалык көмүртек төмөнкү топторго бөлүнөт:

Бөлүкчөлөрдүн орточо өлчөмү, nm	Мештин кара сорту
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Классификация

Каучук үчүн техникалык көмүртек бекемдөөчү эффектинин даражасы боюнча төмөнкүлөргө бөлүнөт:

• Жогорку бекемдөөчү (тебелеген, катуу). Бул тозууга туруктуулугун жана туруктуулугун жогорулатуу менен бөлүнөт. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү кичине (18-30 нм). Конвейер ленталарында, дөңгөлөктөрдүн протекторлорунда колдонулат.
• Жарым бекемдөөчү (каркак, жумшак). Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү орточо (40-60 нм). Алар резинадан жасалган түрдүү буюмдарда, дөңгөлөктөрдүн өлүктөрүндө колдонулат.
• Төмөн пайда. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү чоң (60 нмден жогору). Шина тармагында чектелген колдонуу. Резина буюмдарында жогорку ийкемдүүлүктү сактоо менен керектүү күчтү камсыздайт.

Кара көмүртектин толук классификациясы бардык дүйнөлүк продукт өндүрүүчүлөр жана колдонуучулар тарабынан кабыл алынган ASTM D1765-03 берилген. Анда классификация, атап айтканда, бөлүкчөлөрдүн конкреттүү беттик аянтынын диапазону боюнча жүргүзүлөт:

Группа	Орточо конкреттүү аймаказоттун адсорбциясы менен бети, 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

Кара көмүртек өндүрүү

Өнөр жайлык көмүртектин карасын алуу үчүн углеводороддордун толук эмес күйүү циклин колдонгон үч технология бар:

• меш;
• канал;
• түтүк;
• плазма.

Жогорку температурада ацетиленди же жаратылыш газын ыдыратуучу термикалык ыкма да бар.

Ар түрдүү технологиялар менен жасалган бир нече сорттор ар кандай мүнөздөмөлөргө ээ.

Өндүрүш технологиясы

Теориялык жактан кара көмүртекти жогоруда аталган ыкмалардын бардыгы менен алууга болот, бирок өндүрүлгөн продукциянын 96%тен көбү суюк чийки заттан меш ыкмасы менен алынат. Бул ыкма белгилүү бир касиеттерге ээ болгон кара көмүртектин ар кандай сортторун алууга мүмкүндүк берет. Мисалы, Омскидеги кара көмүртек заводу бул технологиянын жардамы менен кара көмүрдүн 20дан ашык түрүн чыгарат.

Жалпы технология бул. Отко чыдамдуу материалдар менен капталган реактор жаратылыш газы жана 800°Сге чейин ысытылган аба менен азыктанат. Жаратылыш газынын күйүүсүнөн улам 1820-1900°С температурада толук күйүү продуктулары түзүлөт, анда белгилүү өлчөмдө эркин кычкылтек болот. Суюк углеводород чийки заты толук күйгөн жогорку температурадагы продуктыларга куюлат, алдын ала жакшылап аралаштырылат жана 200-300 °Сге чейин ысытылат. Чийки заттын пиролизи катуу көзөмөлдөнүүчү температурада ишке ашат, ал өндүрүлгөн кара көмүрдүн брендине жараша 1400дөн 1750°Сге чейин ар кандай мааниге ээ.

Чийки зат берилген жерден белгилүү бир аралыкта сууну куюу менен термо-кычкылдануу реакциясы токтотулат. Пиролиздин натыйжасында пайда болгон көмүртек кара жана реакциялык газдар аба жылыткычына кирип, ал жерде жылуулуктун бир бөлүгүн процессте колдонулган абага берет, ал эми көмүртек-газ аралашмасынын температурасы 950-1000°С чейин төмөндөйт. 500-600 °С.

Кошумча суу куюунун эсебинен 260-280 °C чейин муздатылгандан кийин кара көмүртек менен газдын аралашмасы баштык фильтрге жөнөтүлөт, ал жерде кара көмүртек газдардан бөлүнүп, чыпка бункерине кирет. Чыпкалоочу урнадан бөлүнгөн кара көмүртек газ түтүгү аркылуу желдеткич (турбо желдеткич) аркылуу грануляция бөлүмүнө берилет.

Көмүртек кара өндүрүүчүлөр

Кара көмүртектин дүйнөлүк өндүрүшү 10 миллион тоннадан ашат. Продукцияга мындай зор суроо-талап, биринчиден, анын кайталангыс бекемдөөчү касиеттери менен түшүндүрүлөт. Тармактын локомотивдери:

• Aditya Birla Group (Индия) - рыноктун болжол менен 15%.
• Cabot Corporation (АКШ) - рыноктун 14%.
• Orion Engineered Carbons (Люксембург) - 9%.

Орусиянын эң ири көмүр өндүрүүчүлөрү:

• Омсктехуглерод ЖЧК – Россия рыногунун 40%. Омскидеги, Волгограддагы, Могилевдогу заводдор.
• АО Ярославль Техникалык Көмүртек – 32%.
• АО Нижнекамсктехуглерод – 17%.