Technikai szén, előállítása

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-17 18:54

A korom (GOST 7885-86) az ipari széntermékek egy fajtája, amelyet főként gumigyártásban használnak töltőanyagként, amely javítja annak hasznos teljesítményét. A koksztól és a szuroktól eltérően csaknem egy szénből áll, úgy néz ki, mint a korom.

Alkalmazási kör

A megtermelt korom megközelítőleg 70%-át gumiabroncsok, 20%-át gumitermékek gyártására használják fel. Ezenkívül a műszaki szenet a festék- és lakkgyártásban, valamint a nyomdafestékek gyártásában használják, ahol fekete pigmentként működik.

Egy másik alkalmazási terület a műanyagok és kábelköpenyek gyártása. Itt a terméket töltőanyagként adják hozzá, és különleges tulajdonságokat biztosítanak a termékeknek. A kormot kis mennyiségben más iparágakban is használják.

Jellemző

A korom egy olyan eljárás eredménye, amely magában foglalja a legújabb mérnöki és szabályozási technikákat. Tisztasága és szigorúan meghatározott készlete miattfizikai és kémiai tulajdonságai, semmi köze a szén és fűtőolaj elégetésekor, illetve a szabályozatlan belsőégésű motorok működéséből származó szennyezett melléktermékként keletkező koromhoz. Az általánosan elfogadott nemzetközi besorolás szerint a kormot Carbon Black-nek (angolból fordítva fekete szén), a kormot angolul koromnak nevezik. Vagyis ezek a fogalmak jelenleg semmilyen módon nem keverednek.

A gumik koromtöltéséből adódó megerősítés hatása nem kevésbé volt fontos a gumiipar fejlődése szempontjából, mint a gumi kénnel való vulkanizálásának jelenségének felfedezése. A gumikeverékekben a nagyszámú, tömeg szerint felhasznált összetevőből származó szén a gumi után a második helyet foglalja el. A korom minőségi mutatóinak hatása a gumitermékek tulajdonságaira sokkal nagyobb, mint a fő összetevő, a gumi minőségi mutatói.

Tulajdonságok megerősítése

Az anyag fizikai tulajdonságainak töltőanyag bejuttatásával történő javítását erősítésnek (megerősítésnek), az ilyen töltőanyagokat pedig erősítőknek (korom, kicsapott szilícium-oxid) nevezzük. Az összes erősítő között a műszaki szén valóban egyedi tulajdonságokkal rendelkezik. Még a vulkanizálás előtt is megköti a gumit, és ezt a keveréket nem lehet oldószerekkel teljesen szétválasztani koromra és gumira.

A gumik szilárdsága a legfontosabb elasztomereken alapul:

Elasztomer	Szakítószilárdság, MPa
	Töltetlen vulkanizálás	Vulkanizálja kormot
Sztirol-butadién-kaucsuk	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Poliakrilát gumi	2, 1	17, 6
Polibutadién-kaucsuk	5, 6	21, 1

A táblázat a különféle típusú gumiból töltés nélkül nyert és korommal töltött vulkanizátumok tulajdonságait mutatja. A fenti adatokból jól látható, hogy a karbon töltés hogyan befolyásolja jelentősen a gumi szakítószilárdságát. Egyébként a gumikeverékekben használt egyéb diszpergált porok, amelyek a kívánt színt biztosítják vagy a keverék költségét csökkentik – kréta, kaolin, talkum, vas-oxid és mások – nem rendelkeznek megerősítő tulajdonságokkal.

Struktúra

A tiszta természetes szén a gyémánt és a grafit. Kristályszerkezetük jelentősen eltér egymástól. A természetes grafit és a mesterséges anyag, a korom szerkezetének hasonlóságát röntgendiffrakcióval állapították meg. A grafit szénatomjai kondenzált aromás gyűrűrendszerek nagy rétegeit alkotják, atomközi távolságuk 0,142 nm. Ezek a grafitrétegeka kondenzált aromás rendszereket alapsíknak nevezzük. A síkok közötti távolság szigorúan meghatározott és 0,335 nm. Minden réteg párhuzamos egymással. A grafit sűrűsége 2,26 g/cm3.

A grafittal ellentétben, amelynek háromdimenziós rendje van, a műszaki szenet csak a kétdimenziós sorrend jellemzi. Jól kidolgozott grafitsíkokból áll, amelyek körülbelül egymással párhuzamosan helyezkednek el, de a szomszédos rétegekhez képest eltolva - vagyis a síkok tetszőlegesen vannak orientálva a normálhoz képest.

A grafit szerkezetet képletesen egy szépen összehajtott kártyapaklihoz, a korom szerkezetet pedig egy olyan kártyapaklihoz hasonlítják, amelyben a kártyák el vannak tolva. Ebben a síkközi távolság nagyobb, mint a grafité, és 0,350-0,365 nm. Ezért a korom sűrűsége kisebb, mint a grafit sűrűsége, és márkától függően 1,76-1,9 g/cm³ (leggyakrabban 1,8 g/cm) ^3).

Színezés

A pigmentált (színező) kormot nyomdafestékek, bevonatok, műanyagok, rostok, papír és építőanyagok előállításához használják. Ezek a következők:

• magas színű korom (HC);
• közepes (MS);
• normál színezés (RC);
• alacsony szín (LC).

A harmadik betű a beszerzés módját jelzi - kemence (F) vagy csatorna (C). Példa a megnevezésre: HCF – High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Egy termék színezőereje a részecskemérettől függ. A műszaki szén a méretüktől függően csoportokra oszlik:

Átlagos részecskeméret, nm	Kemencefekete minőség
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Osztályozás

A gumihoz használt műszaki karbon az erősítő hatás mértéke szerint a következőkre oszlik:

• Erősen erősítő (futófelület, kemény). Megnövelt tartóssággal és kopással szembeni ellenálló képességgel rendelkezik. A részecskeméret kicsi (18-30 nm). Szállítószalagokhoz, gumiabroncs futófelületekhez használják.
• Félig erősítő (vázas, puha). A részecskeméret átlagos (40-60 nm). Különféle gumitermékekben, gumiabroncs-vázban használják.
• Alacsony nyereség. A részecske mérete nagy (60 nm felett). Korlátozott felhasználás az abroncsiparban. Biztosítja a szükséges szilárdságot, miközben megőrzi a gumitermékek nagy rugalmasságát.

A korom teljes besorolását az ASTM D1765-03 tartalmazza, amelyet minden globális termékgyártó és felhasználó elfogad. Ebben az osztályozást különösen a részecskék fajlagos felületének tartománya szerint hajtják végre:

Csoport	Átlagos fajlagos területfelület nitrogén adszorpcióval, 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

Korm gyártása

Három technológia létezik az ipari korom előállítására, amelyek szénhidrogének nem teljes égési ciklusát használják fel:

• kemence;
• csatorna;
• cső;
• plazma.

Létezik olyan termikus módszer is, amely az acetilént vagy a földgázt magas hőmérsékleten lebontja.

A különböző technológiával előállított többféle minőség eltérő tulajdonságokkal rendelkezik.

Gyártástechnológia

Elméletileg a fenti módszerek mindegyikével lehetséges a korom előállítása, azonban az előállított termék több mint 96%-a kemencés módszerrel folyékony nyersanyagokból származik. Az eljárás lehetővé teszi különböző minőségű korom előállítását bizonyos tulajdonságokkal. Például az omszki koromgyár több mint 20 minőségű kormot állít elő ezzel a technológiával.

Az általános technológia ez. A rendkívül tűzálló anyagokkal bélelt reaktort földgázzal és 800°C-ra felmelegített levegővel táplálják. A földgáz égése következtében 1820-1900 ° C hőmérsékletű teljes égéstermékek keletkeznek, amelyek bizonyos mennyiségű szabad oxigént tartalmaznak. A folyékony szénhidrogén nyersanyagokat a teljes égés magas hőmérsékletű termékeibe fecskendezik, előzetesen alaposan összekeverik és 200-300 °C-ra melegítik. A nyersanyagok pirolízise szigorúan ellenőrzött hőmérsékleten megy végbe, amely az előállított korom márkájától függően 1400 és 1750 ° С között eltérő értékű.

A nyersanyagellátás helyétől bizonyos távolságban a termooxidatív reakciót víz befecskendezése leállítja. A pirolízis eredményeként képződő korom és reakciógázok a légfűtőbe jutnak, ahol hőjük egy részét a folyamatban felhasznált levegőnek adják le, miközben a szén-gáz keverék hőmérséklete 950-1000 °С-ról 1000 °C-ra csökken. 500-600 °С.

A további vízbefecskendezés miatt 260-280 °C-ra történő lehűlés után a korom és a gázok keveréke a zsákos szűrőbe kerül, ahol a korom elválik a gázoktól és a szűrőgaratba kerül. A szűrőtartályból leválasztott kormot a gázvezetéken keresztül egy ventilátor (turbófúvó) vezeti a granuláló részbe.

Komot gyártók

A globális koromtermelés meghaladja a 10 millió tonnát. A termék iránti ilyen nagy kereslet mindenekelőtt egyedülálló erősítő tulajdonságaival magyarázható. Az ipar mozdonyai:

• Aditya Birla Group (India) – a piac körülbelül 15%-a.
• Cabot Corporation (USA) – a piac 14%-a.
• Orion Engineered Carbons (Luxemburg) – 9%.

A legnagyobb orosz szén-dioxid-termelők:

• Omsktehuglerod LLC – az orosz piac 40%-a. Gyárak Omszkban, Volgogradban, Mogilevben.
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.