ტექნიკური ნახშირბადი, მისი წარმოება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-17 18:57

ნახშირბადის შავი (GOST 7885-86) არის სამრეწველო ნახშირბადის პროდუქტების ტიპი, რომელიც გამოიყენება ძირითადად რეზინის წარმოებაში, როგორც შემავსებელი, რომელიც აძლიერებს მის სასარგებლო თვისებებს. კოქსისა და პიტნისგან განსხვავებით, იგი შედგება თითქმის ერთი ნახშირბადისგან, ის ჰგავს ჭვარტლს.

აპლიკაციის სფერო

წარმოებული ნახშირბადის დაახლოებით 70% გამოიყენება საბურავების დასამზადებლად, 20% - რეზინის ნაწარმის წარმოებისთვის. ასევე, ტექნიკური ნახშირბადი გამოიყენება საღებავისა და ლაქების წარმოებაში და საბეჭდი მელნის წარმოებაში, სადაც ის მოქმედებს როგორც შავი პიგმენტი.

აპლიკაციის კიდევ ერთი სფეროა პლასტმასის და საკაბელო გარსების წარმოება. აქ პროდუქტი ემატება შემავსებლის სახით და აძლევს პროდუქტს განსაკუთრებული თვისებების მინიჭებას. ნახშირბადის შავი ასევე გამოიყენება მცირე მოცულობებში სხვა ინდუსტრიებში.

მახასიათებელი

ნახშირბადის შავი არის პროცესის პროდუქტი, რომელიც აერთიანებს უახლეს საინჟინრო და კონტროლის ტექნიკას. მისი სიწმინდის და მკაცრად განსაზღვრული ნაკრების გამოფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს, მას არავითარი კავშირი არ აქვს ნახშირისა და მაზუთის წვის შედეგად წარმოქმნილ დაბინძურებულ ქვეპროდუქტად წარმოქმნილ ჭვარტლთან ან არარეგულირებადი შიდა წვის ძრავების მუშაობის შედეგად. ზოგადად მიღებული საერთაშორისო კლასიფიკაციის მიხედვით, ნახშირბადის შავი აღინიშნება ნახშირბადის შავი (შავი ნახშირბადი თარგმნილია ინგლისურიდან), ჭვარტლი ინგლისურად არის ჭვარტლი. ანუ, ეს ცნებები ამჟამად არანაირად არ არის შერეული.

რეზინების ნახშირბადით შევსების გამო გამაგრების ეფექტი არანაკლებ მნიშვნელოვანი იყო რეზინის მრეწველობის განვითარებისთვის, ვიდრე რეზინის გოგირდით ვულკანიზაციის ფენომენის აღმოჩენა. რეზინის ნაერთებში, ნახშირბადი დიდი რაოდენობით ინგრედიენტებიდან, რომლებიც გამოიყენება წონის მიხედვით, მეორე ადგილს იკავებს რეზინის შემდეგ. ნახშირბადის ხარისხის მაჩვენებლების გავლენა რეზინის ნაწარმის თვისებებზე გაცილებით მეტია, ვიდრე ძირითადი ინგრედიენტის - რეზინის ხარისხის მაჩვენებლები.

გამაძლიერებელი თვისებები

მასალის ფიზიკური თვისებების გაუმჯობესებას შემავსებლის შემოღებით ეწოდება გამაგრება (გამაგრება), ხოლო ასეთ შემავსებლებს ეწოდება გამაძლიერებლები (ნახშირბადის შავი, ნალექი სილიციუმის ოქსიდი). ყველა გამაძლიერებელს შორის ტექნიკური ნახშირბადი მართლაც უნიკალური მახასიათებლებია. ვულკანიზაციამდეც კი ის აკავშირებს რეზინას და ამ ნარევის მთლიანად გამოყოფა ნახშირბადის შავად და რეზინის გამხსნელებში არ შეიძლება.

რეზინის სიმტკიცე, რომელიც დაფუძნებულია ყველაზე მნიშვნელოვან ელასტომერებზე:

ელასტომერი	დაჭიმვის სიმტკიცე, MPa
	უვსებული ვულკანიზატი	ვულკანიზატი სავსე ნახშირბადის შავით
სტირონი ბუტადიენის რეზინი	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
პოლიაკრილატის რეზინი	2, 1	17, 6
პოლიბუტადიენის რეზინი	5, 6	21, 1

ცხრილში მოცემულია ვულკანიზატორების თვისებები, რომლებიც მიღებულია სხვადასხვა სახის რეზინისაგან შევსების გარეშე და შევსებული ნახშირბადის შავით. ზემოაღნიშნული მონაცემებიდან ჩანს, თუ როგორ მოქმედებს ნახშირბადის შევსება მნიშვნელოვნად რეზინის გამძლეობაზე. სხვათა შორის, სხვა დისპერსიულ ფხვნილებს, რომლებიც გამოიყენება რეზინის ნაერთებში სასურველი ფერის მისაცემად ან ნარევის ღირებულების შესამცირებლად - ცარცი, კაოლინი, ტალკი, რკინის ოქსიდი და სხვა არ გააჩნიათ გამამაგრებელი თვისებები.

სტრუქტურა

სუფთა ბუნებრივი ნახშირბადი არის ბრილიანტი და გრაფიტი. მათ აქვთ კრისტალური სტრუქტურა, რომელიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ერთმანეთისგან. ბუნებრივი გრაფიტისა და ხელოვნური მასალის ნახშირბადის სტრუქტურის მსგავსება დადგინდა რენტგენის დიფრაქციით. ნახშირბადის ატომები გრაფიტში ქმნიან შედედებული არომატული რგოლის სისტემების დიდ ფენებს, ატომთაშორისი მანძილით 0,142 ნმ. ეს გრაფიტის ფენებიშედედებულ არომატულ სისტემებს ბაზალურ სიბრტყეებს უწოდებენ. თვითმფრინავებს შორის მანძილი მკაცრად არის განსაზღვრული და არის 0,335 ნმ. ყველა ფენა ერთმანეთის პარალელურია. გრაფიტის სიმკვრივეა 2,26 გ/სმ3.

განსხვავებით გრაფიტისაგან, რომელსაც აქვს სამგანზომილებიანი რიგი, ტექნიკური ნახშირბადი ხასიათდება მხოლოდ ორგანზომილებიანი რიგით. იგი შედგება კარგად განვითარებული გრაფიტის სიბრტყეებისგან, რომლებიც განლაგებულია დაახლოებით ერთმანეთის პარალელურად, მაგრამ მიმდებარე ფენებთან მიმართებაში გადანაწილებული - ანუ სიბრტყეები თვითნებურად არის ორიენტირებული ნორმასთან მიმართებაში.

გრაფიტის სტრუქტურა ფიგურალურად შედარებულია კარტების ლამაზად დაკეცილ დასტასთან, ხოლო ნახშირბადის შავი სტრუქტურა შედარებულია ბანქოს დასტასთან, რომელშიც ბარათები გადაადგილებულია. მასში პლანთაშორისი მანძილი გრაფიტისაზე მეტია და არის 0,350-0,365 ნმ. ამრიგად, ნახშირბადის სიმკვრივე უფრო დაბალია ვიდრე გრაფიტის სიმკვრივე და არის 1,76-1,9 გ/სმ დიაპაზონში ³, ბრენდის მიხედვით (ყველაზე ხშირად 1,8 გ/სმ. ^3).

შეღებვა

ნახშირბადის შავი პიგმენტური (საღებავი) კლასები გამოიყენება საბეჭდი მელანების, საფარების, პლასტმასის, ბოჭკოების, ქაღალდის და სამშენებლო მასალების წარმოებაში. ისინი კლასიფიცირებულია:

• მაღალი ფერის ნახშირბადის შავი (HC);
• საშუალო (MS);
• ნორმალური შეღებვა (RC);
• დაბალი ფერი (LC).

მესამე ასო მიუთითებს მიღების მეთოდზე - ღუმელი (F) ან არხი (C). აღნიშვნის მაგალითი: HCF - მაღალი ფერის ღუმელი შავი (Hiqh Color Furnace).

პროდუქტის შეღებვის ძალა დაკავშირებულია მის ნაწილაკების ზომასთან. მათი ზომის მიხედვით, ტექნიკური ნახშირბადი იყოფა ჯგუფებად:

ნაწილაკების საშუალო ზომა, ნმ	ღუმელი შავი კლასი
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

კლასიფიკაცია

ტექნიკური ნახშირბადი რეზინისთვის გამაძლიერებელი ეფექტის ხარისხის მიხედვით იყოფა:

• ძლიერ გამამაგრებელი (გახეხილი, მყარი). იგი გამოყოფილია გაზრდილი გამძლეობითა და ცვეთისადმი მდგრადობით. ნაწილაკების ზომა მცირეა (18-30 ნმ). გამოიყენება კონვეიერის ლენტებში, საბურავის საფეხურებზე.
• ნახევრად გამაგრება (ჩარჩო, რბილი). ნაწილაკების ზომა საშუალოა (40-60 ნმ). ისინი გამოიყენება სხვადასხვა რეზინის ნაწარმში, საბურავების კარკასებში.
• დაბალი მოგება. ნაწილაკების ზომა დიდია (60 ნმ-ზე მეტი). შეზღუდული გამოყენება საბურავების ინდუსტრიაში. უზრუნველყოფს აუცილებელ სიმტკიცეს რეზინის პროდუქტებში მაღალი ელასტიურობის შენარჩუნებისას.

ნახშირბადის შავი ფერის სრული კლასიფიკაცია მოცემულია ASTM D1765-03-ში, მიღებული ყველა გლობალური პროდუქტის მწარმოებლისა და მომხმარებლის მიერ. მასში კლასიფიკაცია, კერძოდ, ხორციელდება ნაწილაკების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის დიაპაზონის მიხედვით:

ჯგუფი	საშუალო სპეციფიკური ტერიტორიაზედაპირი აზოტის ადსორბციით, m2/გ
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

ნახშირბადის წარმოება

არსებობს სამრეწველო ნახშირბადის წარმოების სამი ტექნოლოგია, რომლებიც იყენებენ ნახშირწყალბადების არასრული წვის ციკლს:

• ღუმელი;
• არხი;
• მილაკი;
• პლაზმა.

ასევე არსებობს თერმული მეთოდი, რომელიც არღვევს აცეტილენს ან ბუნებრივ აირს მაღალ ტემპერატურაზე.

სხვადასხვა ტექნოლოგიებით წარმოებულ მრავალ კლასს განსხვავებული მახასიათებლები აქვს.

წარმოების ტექნოლოგია

თეორიულად, ნახშირბადის მიღება შესაძლებელია ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი მეთოდით, თუმცა წარმოებული პროდუქტის 96%-ზე მეტი ღუმელის მეთოდით მიიღება თხევადი ნედლეულიდან. მეთოდი შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა კლასის ნახშირბადის შავი ფერის მიღებას გარკვეული თვისებების კომპლექტით.მაგალითად, ომსკის ნახშირბადის შავი ქარხანა ამ ტექნოლოგიის გამოყენებით აწარმოებს 20-ზე მეტ ხარისხს ნახშირბადის შავს.

ზოგადი ტექნოლოგია ასეთია. რეაქტორი, რომელიც გაფორმებულია მაღალი ცეცხლგამძლე მასალებით, იკვებება ბუნებრივი აირით და 800°C-მდე გაცხელებული ჰაერით. ბუნებრივი აირის წვის შედეგად წარმოიქმნება სრული წვის პროდუქტები 1820-1900 ° C ტემპერატურით, რომელიც შეიცავს გარკვეული რაოდენობის თავისუფალ ჟანგბადს. თხევადი ნახშირწყალბადის ნედლეული შეჰყავთ სრული წვის მაღალტემპერატურულ პროდუქტებში, წინასწარ კარგად ურევენ და თბება 200-300 °C-მდე. ნედლეულის პიროლიზი ხდება მკაცრად კონტროლირებად ტემპერატურაზე, რომელსაც, წარმოებული ნახშირბადის ბრენდის მიხედვით, აქვს განსხვავებული მნიშვნელობები 1400-დან 1750 ° С-მდე..

ნედლეულის მიწოდების ადგილიდან გარკვეულ მანძილზე წყლის შეყვანით ჩერდება თერმოჟანგვითი რეაქცია. ნახშირბადის შავი და პიროლიზის შედეგად წარმოქმნილი რეაქტიული აირები შედიან ჰაერის გამათბობელში, სადაც სითბოს ნაწილს აწვდიან პროცესში გამოყენებულ ჰაერს, ხოლო ნახშირბად-აირის ნარევის ტემპერატურა მცირდება 950-1000 °С-მდე. 500-600 °С.

260-280 °C-მდე გაციების შემდეგ წყლის დამატებითი ინექციის გამო, ნახშირბადის შავი და აირების ნარევი იგზავნება ჩანთა ფილტრში, სადაც ნახშირბადი გამოიყოფა გაზებისგან და შედის ფილტრის ბუნკერში. ფილტრის ურნიდან გამოყოფილი ნახშირბადი მიეწოდება გაზსადენს ვენტილატორით (ტურბომბერი) გრანულაციის განყოფილებამდე.

ნახშირბადის შავი მწარმოებლები

ნახშირბადის გლობალური წარმოება 10 მილიონ ტონას აჭარბებს. პროდუქტზე ასეთი დიდი მოთხოვნა აიხსნება, პირველ რიგში, მისი უნიკალური გამაძლიერებელი თვისებებით. ინდუსტრიის ლოკომოტივებია:

• Aditya Birla Group (ინდოეთი) - ბაზრის დაახლოებით 15%.
• Cabot Corporation (აშშ) - ბაზრის 14%.
• Orion Engineered Carbons (ლუქსემბურგი) - 9%.

რუსული ნახშირბადის უმსხვილესი მწარმოებლები:

• შპს ომსქთეგულეროდი – რუსული ბაზრის 40%. ქარხნები ომსკში, ვოლგოგრადში, მოგილევში.
• სს იაროსლავის ტექნიკური ნახშირბადი – 32%.
• სს ნიჟნეკამსტეხუგლეროდი – 17%.