Tehniskais ogleklis, tā ražošana

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-17 19:00

Ogleklis (GOST 7885-86) ir rūpniecisko oglekļa izstrādājumu veids, ko galvenokārt izmanto gumijas ražošanā kā pildvielu, kas uzlabo tās derīgās veiktspējas īpašības. Atšķirībā no koksa un piķa tas sastāv gandrīz no viena oglekļa, tas izskatās kā sodrēji.

Lietošanas joma

Apmēram 70% no saražotā ogļu izmanto riepu ražošanai, 20% - gumijas izstrādājumu ražošanai. Tāpat tehnisko oglekli izmanto krāsu un laku ražošanā un tipogrāfijas krāsu ražošanā, kur tas darbojas kā melnais pigments.

Vēl viena pielietojuma joma ir plastmasas un kabeļu apvalku ražošana. Šeit produkts tiek pievienots kā pildviela un lai piešķirtu izstrādājumiem īpašas īpašības. Ogli nelielos apjomos izmanto arī citās nozarēs.

Raksturīgs

Ogleklis ir procesa produkts, kurā iekļautas jaunākās inženierijas un kontroles metodes. Pateicoties tās tīrībai un stingri noteiktam komplektamfizikālās un ķīmiskās īpašības, tam nav nekāda sakara ar kvēpiem, kas rodas kā piesārņots blakusprodukts, sadedzinot ogles un mazutu, vai no neregulējamu iekšdedzes dzinēju darbības. Saskaņā ar vispārpieņemto starptautisko klasifikāciju ogle tiek apzīmēta ar nosaukumu Carbon Black (melnais ogleklis tulkojumā no angļu valodas), sods angļu valodā ir sot. Tas nozīmē, ka šie jēdzieni pašlaik nekādā veidā nav sajaukti.

Armatūras efekts, ko radīja gumijas pildījums ar ogli, gumijas rūpniecības attīstībai bija ne mazāk svarīgs kā gumijas vulkanizācijas ar sēru fenomena atklāšana. Gumijas maisījumos ogleklis no liela skaita izmantoto sastāvdaļu masas ieņem otro vietu aiz gumijas. Oglekļa kvalitātes rādītāju ietekme uz gumijas izstrādājumu īpašībām ir daudz lielāka nekā galvenās sastāvdaļas - gumijas - kvalitātes rādītājiem.

Pastiprināšanas īpašības

Materiāla fizikālo īpašību uzlabošanu, ieviešot pildvielu, sauc par stiegrojumu (pastiprināšanu), un šādas pildvielas par pastiprinātājiem (ogleklis, izgulsnēts silīcija oksīds). Starp visiem pastiprinātājiem tehniskajam ogleklim ir patiesi unikālas īpašības. Pat pirms vulkanizācijas tas saistās ar gumiju, un šo maisījumu ar šķīdinātājiem nevar pilnībā sadalīt oglē un gumijā.

Gumiju izturība, kuras pamatā ir svarīgākie elastomēri:

Elastomērs	Stiepes izturība, MPa
	Neaizpildīts vulkanizēts	Vulkanizējiet ar ogļu pildījumu
Stirolbutadiēna gumija	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Poliakrilāta gumija	2, 1	17, 6
Polibutadiēna gumija	5, 6	21, 1

Tabulā parādītas vulkanizātu īpašības, kas iegūtas no dažāda veida gumijas bez pildījuma un pildītas ar ogli. No iepriekšminētajiem datiem var redzēt, kā oglekļa pildījums būtiski ietekmē gumijas stiepes izturību. Starp citu, citiem dispersiem pulveriem, ko izmanto gumijas maisījumos, lai iegūtu vēlamo krāsu vai samazinātu maisījuma pašizmaksu - krītam, kaolīnam, talkam, dzelzs oksīdam un citiem, nav pastiprinošu īpašību.

Struktūra

Tīri dabiskie oglekli ir dimanti un grafīts. Tiem ir kristāliska struktūra, kas būtiski atšķiras viena no otras. Dabiskā grafīta un mākslīgā materiāla ogļu struktūras līdzība tika noteikta ar rentgenstaru difrakciju. Oglekļa atomi grafītā veido lielus kondensētu aromātisko gredzenu sistēmu slāņus ar starpatomu attālumu 0,142 nm. Šie grafīta slāņikondensētas aromātiskās sistēmas sauc par bazālajām plaknēm. Attālums starp plaknēm ir stingri noteikts un ir 0,335 nm. Visi slāņi ir paralēli viens otram. Grafīta blīvums ir 2,26 g/cm3.

Atšķirībā no grafīta, kuram ir trīsdimensiju secība, tehnisko oglekli raksturo tikai divdimensiju secība. Tas sastāv no labi attīstītām grafīta plaknēm, kas atrodas aptuveni paralēli viena otrai, bet ir nobīdītas attiecībā pret blakus esošajiem slāņiem – tas ir, plaknes ir patvaļīgi orientētas attiecībā pret parasto.

Grafīta struktūra tēlaini tiek salīdzināta ar glīti salocītu kāršu kavu, bet ogļmelnā struktūra tiek salīdzināta ar kāršu kavu, kurā kārtis ir pārvietotas. Tajā starpplakņu attālums ir lielāks nekā grafītam un ir 0,350-0,365 nm. Tāpēc ogļu blīvums ir mazāks par grafīta blīvumu un ir robežās no 1,76-1,9 g/cm³, atkarībā no zīmola (visbiežāk 1,8 g/cm ^3).

Krāsošana

Pigmentētās (krāsojošās) ogļu kategorijas izmanto tipogrāfijas krāsu, pārklājumu, plastmasas, šķiedru, papīra un būvmateriālu ražošanā. Tos iedala:

• augstas krāsas ogleklis (HC);
• vidēja (MS);
• normāla krāsošana (RC);
• zema krāsa (LC).

Trešais burts norāda iegūšanas metodi - krāsns (F) vai kanāls (C). Apzīmējuma piemērs: HCF - High Color Furnace Black (Hiqh Color Furnace).

Izstrādājuma krāsošanas spēja ir saistīta ar tā daļiņu izmēru. Tehniskais ogleklis atkarībā no izmēra tiek sadalīts grupās:

Vidējais daļiņu izmērs, nm	Krāsns melnā klase
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
36	LCF

Klasifikācija

Tehniskais ogleklis gumijai pēc pastiprinošā efekta pakāpes ir sadalīts:

• Ļoti pastiprinošs (protektors, ciets). Tas ir piešķirts ar paaugstinātu izturību un noturību pret nodilumu. Daļiņu izmērs ir mazs (18-30 nm). Izmanto konveijera lentēs, riepu protektoros.
• Daļēji pastiprinošs (karkass, mīksts). Daļiņu izmērs ir vidējs (40-60 nm). Tos izmanto dažādos gumijas izstrādājumos, riepu karkasos.
• Zems pastiprinājums. Daļiņu izmērs ir liels (virs 60 nm). Ierobežota izmantošana riepu rūpniecībā. Nodrošina nepieciešamo izturību, vienlaikus saglabājot gumijas izstrādājumu augstu elastību.

Pilnīga ogļu klasifikācija ir dota ASTM D1765-03, ko akceptējuši visi pasaules produktu ražotāji un lietotāji. Tajā jo īpaši klasifikācija tiek veikta pēc daļiņu īpatnējās virsmas laukuma diapazona:

Grupa	Vidējais konkrētais apgabalsvirsma ar slāpekļa adsorbciju, 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

Oglekļa ražošana

Ir trīs rūpnieciskā ogļu ražošanas tehnoloģijas, kurās tiek izmantots nepilnīgs ogļūdeņražu sadegšanas cikls:

• krāsns;
• kanāls;
• caurule;
• plazma.

Ir arī termiskā metode, kas augstā temperatūrā sadala acetilēnu vai dabasgāzi.

Vairākām kategorijām, kas ražotas, izmantojot dažādas tehnoloģijas, ir atšķirīgas īpašības.

Ražošanas tehnoloģija

Teorētiski ir iespējams iegūt ogli ar visām augstāk minētajām metodēm, tomēr vairāk nekā 96% saražotā produkta iegūst ar krāsns metodi no šķidrām izejvielām. Metode ļauj iegūt dažādas kvalitātes ogļu ar noteiktu īpašību kopumu. Piemēram, Omskas ogļu rūpnīcā, izmantojot šo tehnoloģiju, tiek ražotas vairāk nekā 20 kategorijas ogļu.

Vispārējā tehnoloģija ir šāda. Reaktors, kas izklāts ar ļoti ugunsizturīgiem materiāliem, tiek padots ar dabasgāzi un gaisu, kas uzkarsēts līdz 800°C. Dabasgāzes sadegšanas dēļ veidojas pilnīgas sadegšanas produkti ar temperatūru 1820-1900 ° C, kas satur noteiktu daudzumu brīvā skābekļa. Šķidrās ogļūdeņraža izejvielas tiek ievadītas augstas temperatūras pilnīgas sadegšanas produktos, iepriekš rūpīgi samaisītas un uzkarsētas līdz 200-300 °C. Izejvielu pirolīze notiek stingri kontrolētā temperatūrā, kurai atkarībā no ražotā ogļu markas ir dažādas vērtības no 1400 līdz 1750 ° С.

Noteiktā attālumā no izejvielu piegādes vietas termooksidatīvā reakcija tiek apturēta ar ūdens iesmidzināšanu. Pirolīzes rezultātā radušās ogleklis un reakcijas gāzes nonāk gaisa sildītājā, kur daļu siltuma atdod procesā izmantotajam gaisam, savukārt oglekļa-gāzes maisījuma temperatūra pazeminās no 950-1000 °С līdz. 500–600 °С.

Pēc atdzesēšanas līdz 260-280 °C papildu ūdens iesmidzināšanas dēļ ogļu un gāzu maisījums tiek nosūtīts uz maisa filtru, kur ogle tiek atdalīta no gāzēm un nonāk filtra piltuvē. Atdalītais ogleklis no filtra tvertnes tiek padots pa gāzes vadu ar ventilatoru (turbopūtēju) uz granulēšanas sekciju.

Oglekļa ražotāji

Pasaules ogļu ražošana pārsniedz 10 miljonus tonnu. Tik liels pieprasījums pēc produkta ir izskaidrojams, pirmkārt, ar tā unikālajām pastiprinošajām īpašībām. Nozares lokomotīves ir:

• Aditya Birla Group (Indija) - aptuveni 15% tirgus.
• Cabot Corporation (ASV) - 14% no tirgus.
• Orion Engineered Carbons (Luksemburga) - 9%.

Lielākie Krievijas oglekļa ražotāji:

• Omsktehuglerod LLC – 40% Krievijas tirgus. Rūpnīcas Omskā, Volgogradā, Mogiļevā.
• JSC Jaroslavļas tehniskais ogleklis – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.