Produkcja sadzy

Węgiel techniczny (sadza, węgiel techniczny) jest produktem spalania węglowodorów lub olejów roślinnych z powstawaniem drobnych czarnych cząstek. Produkcja odbywa się w kontrolowanych warunkach w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach, co pozwala uzyskać substancję o pożądanych właściwościach i jednorodnej konsystencji.

Tło historyczne

Sadza uzyskana poprzez spalanie materii organicznej na stosie była stosowana od czasów starożytnych. Ludzie od dawna zauważyli, że drobny czarny "pył" pozostały po spaleniu drewna (a także węgla) może być używany do rysowania, rysowania barwy bojowej lub kamuflażu na ciele.

Później w starożytnym Egipcie używano sadzy do pisania listów o papirusie, a w Chinach - do tabletów bambusowych. Po wynalezieniu metody papierniczej produkcja węgla stała się powszechnym rodzajem produkcji rzemieślniczej. W 1892 r. Opracowano technologię syntezy sadzy na skalę przemysłową, zwaną procesem kanałowym. Od 1947 r. Najpopularniejszą metodą jest piec olejowy.

Opis

Sadza jest konglomeratem małych cząstek składających się głównie z atomów węgla. Obserwacja pod mikroskopem elektronowym pokazuje, że mają one złożoną strukturę, z których niektóre są ze sobą połączone.

Wymiary liniowe poszczególnych elementów sferycznych są określone przez pojęcie "rozmiaru cząstek", a rozmiar łańcucha cząstek nazywany jest "strukturą". Różne grupy funkcyjne tworzą się na powierzchni sadzy, takie jak hydroksyl lub karboksyl: ich liczba, skład i aktywność są nazywane "chemią powierzchni".

Właściwości

Rozmiar, struktura i chemia powierzchni mają ogromny wpływ na zachowanie się sadzy. Średnica kulistych cząstek jest główną właściwością, która w dużej mierze wpływa na czerń i rozpraszalność, gdy sadza jest mieszana z żywicami, farbami, tuszami lub innymi substancjami. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym więcej sadzy pojawia się (wzrasta absorpcja fal świetlnych). Jednakże dyspersja w tym przypadku staje się trudna ze względu na wzrost siły krzepnięcia.

Podobnie jak rozmiar cząstek, struktura wpływa również na czerń i dyspergowalność sadzy. Zwiększenie rozmiaru struktury zwiększa dyspergowalność, ale zmniejsza czerń. Sadza o większej strukturze, w szczególności, ma doskonałe właściwości przewodzące.

Na powierzchni sadzy występują różne grupy funkcyjne związków chemicznych. Materiał ten jest podobny pod względem właściwości i struktury do farb i substancji pigmentowych. Stopień "podobieństwa" (zgodność, interakcja) jest różny w zależności od rodzaju i liczby grup funkcyjnych. Na przykład, sadza z dużym procentem grupy hydroksylowej idealnie łączy się z farbami drukarskimi (drukarskimi), wykazując doskonałą zdolność do dyspergowania.

Cel

Węgiel jest materiałem o tysiącletniej historii, był używany jako barwnik przed Chrystusem. Obecnie większa ilość tej substancji (do 70% całkowitej światowej produkcji) jest wykorzystywana do produkcji opon jako spoiwa i materiału wzmacniającego. Kolejne 20% wykorzystuje się w syntezie gumy. Ostatnie lata w przemyśle oponiarskim coraz częściej dodają "białą" sadzę, ale uzyskane produkty, choć wygrywające estetycznie, są wciąż gorsze pod względem stopnia przyczepności koła do powierzchni.

Ponieważ sadza ma nanocząsteczki o różnych funkcjach, takie jak absorpcja w ultrafiolecie i przewodzenie, jest wykorzystywana w różnych dziedzinach nauki i przemysłu.

Przykłady użycia

Oczywiście użycie węgla nie ogranicza się do produkcji opon i gumy. Inne zastosowania:

• Barwnik do farb i farb. Węgiel techniczny ma wyższą moc tonizującą w porównaniu z czarnym żelazem lub pigmentami organicznymi. Pod tym względem jest szeroko stosowany do atramentów gazetowych, farb drukarskich, jako czarny pigment lub toner do drukowania drukarek.
• Środki do barwienia boisk i folii. Sadza ma wysoką odporność na zabarwienie i jest stabilna termicznie. Ponadto węgiel jest doskonały do ​​pochłaniania światła ultrafioletowego, zapewniając materiałowi doskonałą odporność na szkodliwe promienie. Żywice z dodatkiem sadzy stosowane są w produkcji zderzaków samochodowych, jako powłoka ochronna dla wyrobów stalowych pochodzących z wpływów atmosferycznych i atmosferycznych.
• Czynnik elektroprzewodzący. Cząstki węgla czarnego mają strukturę krystaliczną typu grafitu, zapewniając doskonałą przewodność elektryczną. Dlatego materiał ten jest szeroko stosowany jako przewodzący wypełniacz zmieszany z tworzywami sztucznymi, elastomerem, farbami, klejami, foliami i pastami. Na przykład, aby zapobiec gromadzeniu się ładunku statycznego, wymagane jest przewodnictwo elektryczne czapek paliwa i przewodów paliwowych samochodów. W związku z tym sadzę stosuje się jako doskonały środek antystatyczny.
• Materiał związany ze sprzętem elektronicznym. Sadza zapewnia stabilną odporność i dlatego jest wykorzystywana jako materiał związany ze sprzętem elektronicznym w różnych elementach wyświetlacza, taśmach magnetycznych i innych materiałach rejestrujących. Na przykład Mitsubishi Chemical opracowuje sadzę z różnymi funkcjami do specjalnych zastosowań.

Produkcja sadzy

Sadza jest produkowana w wyniku rozkładu termicznego lub częściowego spalania z użyciem węglowodorów, takich jak ropa naftowa lub benzyna gaz ziemny. Oleje roślinne mogą być rzadziej stosowane. Właściwości sadzy różnią się w zależności od procesu produkcji.

Największymi producentami są Rosja, Ukraina, Niemcy, USA, Japonia, Indie, Chiny. Wśród firm krajowych wyróżniają się sadzonki Omsk, Yaroslavl i Nizhnekamsk.

Technologia

Istnieją cztery główne sposoby uzyskiwania sadzy:

• Proces piekarnika. Ta metoda pozwala uzyskać wysokiej jakości sadzę węglową poprzez rozdmuchanie ropy naftowej lub oleju węglowego (wykorzystywanego jako surowiec) w gazach o wysokiej temperaturze do częściowego spalania. Ta technologia jest odpowiednia do masowej produkcji ze względu na wysoką wydajność i pozwala na szeroką kontrolę właściwości produktu, takich jak rozmiar cząstek czy struktura.
• Proces kanału. W tym sposobie częściowo spalane paliwo (gaz ziemny jest najczęściej używany jako surowiec) styka się ze stalową rynną chłodzoną wodą. W wyniku utleniania powstają mikrocząsteczki sadzy, które osadzają się w rynnie.
• Proces acetylenowy (termiczny). Sadza powstaje w wyniku rozkładu termicznego acetylenu. Powstała sadza ma dłuższe struktury i wyższą krystaliczność. Głównie używane do produkcji elementów przewodzących elektryczność.
• Proces lampy Sposób umożliwia otrzymanie produktu przez zbieranie sadzy z oparów powstałych podczas spalania olejów roślinnych lub drewna iglastego. Technologia jest przestarzała i nie nadaje się do masowej produkcji, ale pozwala na wytwarzanie węgla o określonym kolorze. Dzisiaj, w sposób pół-rękodzieło, sadza do kaligraficznych kijów atramentowych jest zbierana w Azji Wschodniej.

OJSC "Yaroslavl Technical Carbon"

Firma została założona w 1962 roku i jest jednym ze światowych liderów w produkcji sadzy. Możliwości pozwalają wygenerować ponad 200 000 ton produktu 15 marek, z których 11 spełnia międzynarodowe standardy ASTM. 80% sadzy eksportowane są do Europy, USA, Azji. Głównymi partnerami są chemiczni giganci Semperit, Goodyear, Trelleborg, Michelin, Nokian, Continental. YATU znajduje się w pierwszej piątce producentów węgla, zajmując 2,5% rynku światowego.

Omsk Technical Carbon LLC

Największa produkcja sadzy w Rosji. Sprzęt pozwala na odbiór rocznie do 205,000 ton produktów. Fabryka rozpoczęła działalność w dniu 7 kwietnia 1944 r., A wydajność projektu wyniosła tylko 10 000 ton.

Od 1992 r. Sadza węglowa zaczęła eksplorować rynki zamorskie. Większość sadzy zużywana jest przez rosyjskie i europejskie przedsiębiorstwa, takie jak Sibur, Michelin, Pirelli, Goodyear, Continental AG. Firma produkuje 20 gatunków węgla, odpowiadających standardom państwowym i standardowi ASTM.

JSC "Nizhnekamsktehglerod"

Firma jest jednym z wiodących producentów sadzy w Federacji Rosyjskiej i na świecie. W zakładach produkcyjnych produkuje się 14 gatunków sadzy, zgodnie z przepisami krajowymi i międzynarodowymi. Głównymi partnerami są krajowe firmy Nizhnekamskshina, RTI-Kauchuk, Organic Synthesis, Balakovo RTI, Kvart, Uralsky Plant RTI.