Produzione di nero di carbonio

Il carbonio tecnico (fuliggine, carbonio tecnico) è un prodotto della combustione di idrocarburi o oli vegetali con la formazione di particelle nere fini. La produzione viene effettuata in condizioni controllate presso imprese specializzate, che consente di ottenere una sostanza con le proprietà desiderate e una consistenza omogenea.

Sfondo storico

La fuliggine ottenuta bruciando materia organica sul rogo è stata usata fin dall'antichità. La gente ha a lungo notato che la "polvere" nera fine che rimane dopo la combustione del legno (e anche del carbone) può essere usata per disegnare, disegnare il combattimento o colorare il camuffamento sul corpo.

Successivamente, la fuliggine fu usata nell'antico Egitto per scrivere lettere su papiro e in Cina su tavolette di bambù. Dopo che il metodo della fabbricazione della carta fu inventato, la produzione di carbonio divenne un tipo diffuso di produzione artigianale. Nel 1892 venne sviluppata una tecnologia per la sintesi del nero di carbonio su scala industriale, chiamata processo del canale. Dal 1947, il metodo più popolare è stato il forno a olio.

descrizione

La fuliggine è un conglomerato di piccole particelle costituito principalmente da atomi di carbonio. L'osservazione al microscopio elettronico mostra che hanno una struttura complessa, alcuni dei quali sono fusi insieme.

Le dimensioni lineari dei singoli elementi sferici sono determinate dal concetto di "dimensione delle particelle" e la dimensione della catena di particelle è chiamata "struttura". Vari gruppi funzionali sono formati sulla superficie del nero carbone, come l'idrossile o il carbossile: il loro numero, composizione e attività sono chiamati "chimica di superficie".

proprietà

La dimensione, la struttura e la chimica della superficie hanno una grande influenza sul comportamento del nero di carbonio. Il diametro delle particelle sferiche è la proprietà principale, che influenza in gran parte l'oscurità e la disperdibilità quando la fuliggine è mescolata con resine, vernici, inchiostri o altre sostanze. Più piccola è la dimensione delle particelle, più il nero appare fuligginoso (l'assorbimento delle onde luminose aumenta). Tuttavia, la dispersione in questo caso diventa difficile a causa dell'aumento della forza di coagulazione.

Come la dimensione delle particelle, la struttura influenza anche l'oscurità e la dispersibilità del nero di carbonio. Aumentare le dimensioni della struttura aumenta la disperdibilità, ma riduce l'oscurità. La fuliggine con una struttura più grande, in particolare, ha eccellenti proprietà conduttive.

Sulla superficie del nerofumo ci sono vari gruppi funzionali di composti chimici. Questo materiale è simile nelle proprietà e nella struttura delle vernici e delle sostanze pigmentate. Il grado di "somiglianza" (compatibilità, interazione) varia a seconda del tipo e del numero di gruppi funzionali. Ad esempio, il nero di carbonio con una grande percentuale del gruppo ossidrile è idealmente combinato con gli inchiostri di stampa (stampa), dimostrando un'eccellente disperdibilità.

appuntamento

Il carbonio è un materiale con una storia millenaria: era usato come tintura prima di Cristo. Oggi una quantità maggiore di questa sostanza (fino al 70% della produzione mondiale totale) viene utilizzata nella produzione di pneumatici come legante e materiale di rinforzo. Un altro 20% è utilizzato nella sintesi della gomma. Gli ultimi anni nel settore dei pneumatici stanno aggiungendo sempre più fuliggine "bianca", ma i prodotti risultanti, pur vincendo esteticamente, sono ancora inferiori nel grado di adesione della ruota alla superficie.

Poiché la fuliggine ha nanoparticelle con varie funzioni, come l'assorbimento e la conduzione dei raggi ultravioletti, è utilizzata in vari campi della scienza e dell'industria.

Esempi di utilizzo

Ovviamente, l'uso del carbonio non si limita alla produzione di pneumatici e gomma. Altri usi:

• Colorante per inchiostri e vernici. Il carbonio tecnico ha un potere tonificante più elevato rispetto al ferro nero o ai pigmenti organici. A questo proposito, è ampiamente utilizzato per inchiostri per giornali, inchiostri da stampa, come pigmento nero o toner per la stampa di stampanti.
• Mezzi per colorare tiri e un film. La fuliggine ha un'alta resistenza alla colorazione ed è termicamente stabile. Inoltre, il carbonio è ottimo per assorbire la luce ultravioletta, fornendo al materiale un'eccellente resistenza ai raggi dannosi. Le resine con aggiunta di nerofumo vengono utilizzate nella produzione di paraurti per autoveicoli, come rivestimento protettivo per prodotti in acciaio dalle influenze naturali e atmosferiche.
• Agente elettroconduttivo. Le particelle di carbonio nero hanno una struttura cristallina di tipo grafite, che fornisce un'eccellente conduttività elettrica. Pertanto, il materiale è ampiamente utilizzato come riempitivo conduttivo miscelato con plastica, elastomero, vernici, adesivi, pellicole e paste. Ad esempio, per evitare l'accumulo di cariche elettrostatiche, è richiesta la conduttività elettrica dei tappi di carburante e dei tubi del carburante delle automobili. Pertanto, il nero di carbonio è usato come eccellente agente antistatico.
• Materiale associato all'apparecchiatura elettronica. Il nero di carbonio fornisce una resistenza stabile e, pertanto, viene utilizzato come materiale associato alle apparecchiature elettroniche in vari componenti del display, nastri magnetici e altri materiali di registrazione. Mitsubishi Chemical, ad esempio, sviluppa nerofumo con varie funzioni combinate per applicazioni speciali.

Produzione di nero di carbonio

Il nero di carbonio è prodotto dalla decomposizione termica o dalla combustione parziale con idrocarburi come il petrolio o gas naturale. Gli oli vegetali possono essere usati meno comunemente. Le caratteristiche del nerofumo variano a seconda del processo di produzione.

I maggiori produttori sono Russia, Ucraina, Germania, Stati Uniti, Giappone, India, Cina. Tra le aziende nazionali spiccano le piante di nero carbone di Omsk, Yaroslavl e Nizhnekamsk.

della tecnologia

Ci sono quattro modi principali per ottenere il nerofumo:

• Processo forno Questo metodo consente di ottenere fuliggine di carbonio di alta qualità soffiando petrolio o olio di carbone (usato come materia prima) in gas ad alta temperatura per la loro parziale combustione. Questa tecnologia è adatta alla produzione di massa grazie alla sua elevata efficienza e consente di controllare ampiamente le caratteristiche del prodotto, come la dimensione o la struttura delle particelle.
• Processo del canale. In questo metodo, il combustibile parzialmente combusto (il gas naturale viene usato più spesso come materia prima) è in contatto con uno scivolo d'acciaio raffreddato dall'acqua. Come risultato dell'ossidazione, si formano microparticelle di fuliggine che si depositano nella vasca.
• Processo di acetilene (termico). La fuliggine è formata dalla decomposizione termica del gas acetilene. Il carbonio nero risultante ha strutture più lunghe e una maggiore cristallinità. Utilizzato principalmente per la produzione di elementi elettricamente conduttivi.
• Processo della lampada Il metodo consente di ottenere il prodotto raccogliendo fuliggine dai vapori formati durante la combustione di oli vegetali o legno di conifere. La tecnologia è obsoleta e non adatta alla produzione di massa, ma consente di generare carbonio di un determinato colore. Oggi, in un modo semi-artigianale, la fuliggine per i bastoncini di inchiostro calligrafici viene raccolta in Asia orientale.

OJSC "Yaroslavl Technical Carbon"

La società è stata fondata nel 1962 ed è uno dei leader mondiali nella produzione di nerofumo. Le capacità consentono di generare oltre 200.000 tonnellate del prodotto di 15 marchi, 11 dei quali conformi agli standard internazionali ASTM. L'80% del nero di carbonio viene esportato in Europa, USA, Asia. I principali partner sono i giganti chimici Semperit, Goodyear, Trelleborg, Michelin, Nokian, Continental. YATU è tra i primi 5 produttori di carbonio, occupando il 2,5% del mercato globale.

Omsk Technical Carbon LLC

La più grande produzione di fuliggine della Russia. L'apparecchiatura consente di ricevere annualmente fino a 205.000 tonnellate di prodotti. L'impianto è entrato in funzione il 7 aprile 1944 e la capacità di progettazione è stata di sole 10.000 tonnellate.

Dal 1992, l'impianto di carbon black ha iniziato a esplorare i mercati d'oltremare. La maggior parte del nerofumo consumato da tali imprese russe ed europee come Sibur, Michelin, Pirelli, Goodyear, Continental AG. L'azienda produce 20 gradi di carbonio, corrispondenti agli standard statali e allo standard ASTM.

JSC "Nizhnekamsktehglerod"

La società è uno dei principali produttori di nerofumo nella Federazione Russa e nel mondo. Nei siti di produzione producono 14 gradi di nerofumo, corrispondenti alle normative nazionali e internazionali. I principali partner sono le società nazionali Nizhnekamskshina, RTI-Kauchuk, Organic Synthesis, Balakovo RTI, Kvart, Uralsky Plant RTI.