Производство на въглерод

Технически въглерод (сажди, технически въглерод) е продукт на изгаряне на въглеводороди или растителни масла с образуването на фини черни частици. Производството се извършва в контролирани условия в специализирани предприятия, което позволява да се получи вещество с желани свойства и хомогенна консистенция.

Исторически фон

Саждите, получени чрез изгаряне на органична материя на клада, се използват от древни времена. Хората отдавна са забелязали, че финият черен „прах“, който остава след изгарянето на дървесината (а също и въглищата), може да се използва за рисуване, рисуване или маскировка на тялото.

По-късно саждите са били използвани в древен Египет за писане на писма на папирус, а в Китай - на бамбукови таблетки. След изобретяването на метода за производство на хартия, производството на въглерод става широко разпространен вид занаятчийско производство. През 1892 г. е разработена технология за синтез на сажди в промишлен мащаб, наречена канален процес. От 1947 г. най-популярният метод е петролната пещ.

описание

Саждите са конгломерат от малки частици, състоящи се главно от въглеродни атоми. Наблюдението под електронен микроскоп показва, че те имат сложна структура, някои от които са слети заедно.

Линейните размери на отделните сферични елементи се определят от понятието "размер на частиците", а размерът на веригата на частиците се нарича "структура". На повърхността на въглеродните сажди се образуват различни функционални групи, като хидроксил или карбоксил: техният брой, състав и активност се наричат ​​"повърхностна химия".

свойства

Размерът, структурата и химията на повърхността оказват голямо влияние върху поведението на саждите. Диаметърът на сферичните частици е основното свойство, което до голяма степен влияе на чернотата и диспергируемостта, когато саждите се смесват със смоли, бои, мастила или други вещества. Колкото по-малък е размерът на частиците, толкова по-черни са саждите (поглъщането на светлинните вълни се увеличава). Обаче диспергирането в този случай става трудно поради увеличаването на силата на коагулация.

Подобно на размера на частиците, структурата също влияе върху чернотата и диспергируемостта на саждите. Увеличаването на размера на структурата увеличава дисперсивността, но намалява чернотата. Саждите с по-голяма структура, по-специално, имат отлични проводими свойства.

На повърхността на саждите има различни функционални групи от химични съединения. Този материал е сходен по свойства и структура с бои и пигментни вещества. Степента на „сходство“ (съвместимост, взаимодействие) варира в зависимост от вида и броя на функционалните групи. Например, сажди с голям процент от хидроксилната група са идеално комбинирани с печатарски (печатни) мастила, демонстриращи отлична диспергируемост.

уговорена среща

Въглеродът е материал с хилядолетна история и е бил използван като боя преди Христос. Днес по-голямо количество от това вещество (до 70% от общото световно производство) се използва при производството на гуми като свързващо вещество и подсилващ материал. Други 20% се използват в синтеза на каучук. Последните години в шинната промишленост все повече добавят "бели" сажди, но получените продукти, макар и естетически печеливши, все още са по-ниски по степен на прилепване на колелото към повърхността.

Тъй като саждите имат наночастици с различни функции, като ултравиолетова абсорбция и проводимост, той се използва в различни области на науката и промишлеността.

Примери за използване

Разбира се, използването на въглерод не се ограничава до производството на гуми и гума. Други употреби:

• Оцветител за мастила и бои. Техническият въглерод има по-висока тонизираща сила в сравнение с черното желязо или органичните пигменти. В тази връзка, тя се използва широко за вестникарски мастила, печатарски мастила, като черен пигмент или тонер за печатане на принтери.
• Средства за оцветяване на терени и филм. Саждите имат висока устойчивост на оцветяване и са термично стабилни. Също така, въглеродът е чудесен за абсорбиране на ултравиолетова светлина, като осигурява на материала отлична устойчивост на вредни лъчи. Смоли с добавка на сажди се използват в производството на автомобилни брони, като защитно покритие за стоманени продукти от природни и атмосферни влияния.
• Електропроводящ агент. Въглеродните частици имат кристална структура от графитен тип, осигуряваща отлична електропроводимост. Следователно, материалът се използва широко като проводящ пълнител, смесен с пластмаси, еластомери, бои, лепила, филми и пасти. Например, за да се предотврати натрупването на статичен заряд, е необходима електрическата проводимост на капачките на горивото и тръбите за гориво на автомобилите. Следователно, сажди се използват като отлично антистатично средство.
• Материал, свързан с електронно оборудване. Саждите осигуряват стабилна устойчивост и следователно се използват като материал, свързан с електронно оборудване в различни компоненти на дисплея, магнитни ленти и други записващи материали. Mitsubishi Chemical, например, разработва въглеродни сажди с различни комбинирани функции за специални приложения.

Производство на въглерод

Саждите се произвеждат чрез термично разлагане или частично изгаряне с използване на въглеводороди като петрол или природен газ. Растителните масла могат да бъдат по-рядко използвани. Характеристиките на сажди варират в зависимост от производствения процес.

Най-големите производители са Русия, Украйна, Германия, САЩ, Япония, Индия, Китай. Сред местни компании, Омск, Ярославъл и Nizhnekamsk въглеродни сажди се открояват.

на технологиите

Има четири основни начина за получаване на сажди:

• Процес на фурна. Този метод позволява получаването на висококачествени въглеродни сажди чрез издухване на петрол или въглищно масло (използвано като суровина) във високотемпературния газ за частичното им горене. Тази технология е подходяща за масово производство поради високата си ефективност и ви позволява да контролирате широко характеристиките на продукта, като например размер на частиците или структура.
• Процес на канал. При този метод частично изгореното гориво (най-често се използва природен газ като суровина) е в контакт със стоманен улей, охладен с вода. В резултат на окислението се образуват микрочастици на сажди, които се отлагат в коритото.
• Ацетилен (термичен) процес. Саждите се образуват при термично разлагане на ацетиленовия газ. Получените въглеродни сажди имат по-дълги структури и по-висока кристалност. Използва се предимно за производство на електрически проводими елементи.
• Процес на лампа Методът позволява получаването на продукта чрез събиране на сажди от изпаренията, образувани при изгарянето на растителни масла или иглолистна дървесина. Технологията е остаряла и не е подходяща за масово производство, но позволява да се генерира въглерод от определен цвят. Днес, в полу-занаятчийски начин, саждите за калиграфски пръчки с мастило се събират в Източна Азия.

OJSC "Yaroslavl Technical Carbon"

Компанията е основана през 1962 г. и е един от световните лидери в производството на сажди. Капацитетите позволяват да се генерират над 200 000 тона продукт от 15 марки, 11 от които отговарят на международните стандарти на ASTM. 80% сажди се изнасят в Европа, САЩ, Азия. Основни партньори са химическите гиганти Semperit, Goodyear, Trelleborg, Michelin, Nokian, Continental. YATU е в ТОП-5 производители на въглерод, заемащи 2,5% от световния пазар.

Omsk Technical Carbon LLC

Най-голямото производство на сажди в Русия. Оборудването позволява получаването на годишно до 205 000 тона продукти. Заводът започва работа на 07 април 1944 г., а проектният капацитет е само 10 000 тона.

От 1992 г. завода за сажди започва да проучва задграничните пазари. По-голямата част от саждите, консумирани от такива руски и европейски предприятия, са Sibur, Michelin, Pirelli, Goodyear, Continental AG. Компанията произвежда 20 вида въглерод, отговарящи на държавните стандарти и стандарта ASTM.

АД "Нижнекамсктехглерод"

Компанията е един от водещите производители на сажди в Руската федерация и в света. На производствените площадки се произвеждат 14 марки въглеродни сажди, съответстващи на местните и международните разпоредби. Основни партньори са местните компании Нижнекамскшина, РТИ-Каучук, Органичен синтез, Балаково РТИ, Кварт, Уралски завод РТИ.