तकनीकी कार्बन, इसका उत्पादन

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-17 18:52

कार्बन ब्लैक (GOST 7885-86) एक प्रकार का औद्योगिक कार्बन उत्पाद है जिसका उपयोग मुख्य रूप से रबर के उत्पादन में एक भराव के रूप में किया जाता है जो इसके उपयोगी प्रदर्शन गुणों को बढ़ाता है। कोक और पिच के विपरीत, इसमें लगभग एक कार्बन होता है, यह कालिख जैसा दिखता है।

आवेदन का दायरा

उत्पादित कार्बन ब्लैक का लगभग 70% टायर के निर्माण के लिए, 20% - रबर उत्पादों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, तकनीकी कार्बन का उपयोग पेंट और वार्निश उत्पादन में और प्रिंटिंग स्याही के उत्पादन में किया जाता है, जहां यह एक काले रंगद्रव्य के रूप में कार्य करता है।

आवेदन का एक अन्य क्षेत्र प्लास्टिक और केबल शीथ का उत्पादन है। यहां उत्पाद को एक भराव के रूप में जोड़ा जाता है और उत्पादों को विशेष गुण देने के लिए। कार्बन ब्लैक का उपयोग अन्य उद्योगों में भी कम मात्रा में किया जाता है।

विशेषता

कार्बन ब्लैक एक ऐसी प्रक्रिया का उत्पाद है जिसमें नवीनतम इंजीनियरिंग और नियंत्रण तकनीकों को शामिल किया गया है। इसकी शुद्धता और कड़ाई से परिभाषित सेट के कारणइसका भौतिक और रासायनिक गुणों से कोई लेना-देना नहीं है, कोयले और ईंधन तेल के जलने से या अनियंत्रित आंतरिक दहन इंजनों के संचालन से प्रदूषित उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित कालिख से इसका कोई लेना-देना नहीं है। आम तौर पर स्वीकृत अंतरराष्ट्रीय वर्गीकरण के अनुसार, कार्बन ब्लैक को कार्बन ब्लैक (अंग्रेजी से अनुवादित ब्लैक कार्बन) नामित किया गया है, अंग्रेजी में कालिख कालिख है। यानी ये अवधारणाएं फिलहाल किसी भी तरह से मिश्रित नहीं हैं।

रबर के कार्बन ब्लैक से भरने के कारण सुदृढीकरण का प्रभाव रबर उद्योग के विकास के लिए सल्फर के साथ रबर के वल्केनाइजेशन की घटना की खोज से कम महत्वपूर्ण नहीं था। रबर के यौगिकों में, भार द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्री की एक बड़ी संख्या से कार्बन रबर के बाद दूसरा स्थान लेता है। रबर उत्पादों के गुणों पर कार्बन ब्लैक के गुणवत्ता संकेतकों का प्रभाव मुख्य घटक - रबर के गुणवत्ता संकेतकों की तुलना में बहुत अधिक है।

प्रबलित गुण

फिलर लगाकर सामग्री के भौतिक गुणों में सुधार को सुदृढीकरण (सुदृढीकरण) कहा जाता है, और ऐसे भरावों को एम्पलीफायर (कार्बन ब्लैक, अवक्षेपित सिलिकॉन ऑक्साइड) कहा जाता है। सभी एम्पलीफायरों में, तकनीकी कार्बन में वास्तव में अनूठी विशेषताएं हैं। वल्केनाइजेशन से पहले भी, यह रबर से बांधता है, और इस मिश्रण को सॉल्वैंट्स के साथ कार्बन ब्लैक और रबर में पूरी तरह से अलग नहीं किया जा सकता है।

सबसे महत्वपूर्ण इलास्टोमर्स पर आधारित घिसने की ताकत:

इलास्टोमेर	तन्य शक्ति, एमपीए
	अधूरा वल्केनाइजेट	कार्बन ब्लैक से भरा वल्केनाइजेट
स्टाइरीन ब्यूटाडीन रबर	3, 5	24, 6
एनबीआर	4, 9	28, 1
ईपीडीएम	3, 5	21, 1
पॉलीएक्रिलेट रबर	2, 1	17, 6
पॉलीब्यूटाडीन रबर	5, 6	21, 1

तालिका कार्बन ब्लैक से भरे बिना विभिन्न प्रकार के रबर से प्राप्त वल्केनिज़ेट्स के गुणों को दर्शाती है। उपरोक्त डेटा से, यह देखा जा सकता है कि कैसे कार्बन फिलिंग रबर की तन्य शक्ति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। वैसे, रबर के यौगिकों में वांछित रंग देने या मिश्रण की लागत को कम करने के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य छितरे हुए चूर्ण - चाक, काओलिन, तालक, आयरन ऑक्साइड और अन्य में प्रबलिंग गुण नहीं होते हैं।

संरचना

शुद्ध प्राकृतिक कार्बन हीरे और ग्रेफाइट हैं। उनके पास एक क्रिस्टलीय संरचना है जो एक दूसरे से काफी भिन्न होती है। प्राकृतिक ग्रेफाइट और कृत्रिम सामग्री कार्बन ब्लैक की संरचना में समानता एक्स-रे विवर्तन द्वारा स्थापित की गई थी। ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु 0.142 एनएम की अंतर-परमाणु दूरी के साथ संघनित सुगंधित वलय प्रणालियों की बड़ी परतें बनाते हैं। ये ग्रेफाइट परतेंसंघनित सुगंधित प्रणालियों को बेसल प्लेन कहा जाता है। विमानों के बीच की दूरी कड़ाई से परिभाषित है और 0.335 एनएम है। सभी परतें एक दूसरे के समानांतर हैं। ग्रेफाइट का घनत्व 2.26g/cm3 है।

ग्रेफाइट के विपरीत, जिसमें त्रि-आयामी क्रम होता है, तकनीकी कार्बन की विशेषता केवल दो-आयामी क्रम से होती है। इसमें अच्छी तरह से विकसित ग्रेफाइट विमान होते हैं, जो लगभग एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं, लेकिन आसन्न परतों के संबंध में ऑफसेट होते हैं - यानी, विमान सामान्य के संबंध में मनमाने ढंग से उन्मुख होते हैं।

ग्रेफाइट संरचना की तुलना ताश के पत्तों के एक साफ मुड़े हुए डेक से की जाती है, और कार्बन ब्लैक संरचना की तुलना ताश के पत्तों के डेक से की जाती है जिसमें कार्डों को स्थानांतरित किया जाता है। इसमें इंटरप्लानर की दूरी ग्रेफाइट से अधिक होती है और 0.350-0.365 एनएम होती है। इसलिए, कार्बन ब्लैक का घनत्व ग्रेफाइट के घनत्व से कम है और ब्रांड के आधार पर 1.76-1.9 ग्राम/सेमी³ की सीमा में है (अक्सर 1.8 ग्राम/सेमी 3^).

रंग

कार्बन ब्लैक के रंगद्रव्य (रंग) ग्रेड का उपयोग प्रिंटिंग स्याही, कोटिंग्स, प्लास्टिक, फाइबर, कागज और निर्माण सामग्री के उत्पादन में किया जाता है। उन्हें इसमें वर्गीकृत किया गया है:

• उच्च रंग कार्बन ब्लैक (एचसी);
• मध्यम (एमएस);
• सामान्य रंग (आरसी);
• निम्न रंग (एलसी)।

तीसरा अक्षर प्राप्त करने की विधि को इंगित करता है - भट्टी (एफ) या चैनल (सी)। पदनाम उदाहरण: एचसीएफ - हाई कलर फर्नेस ब्लैक (हिक्ह कलर फर्नेस)।

किसी उत्पाद की रंगने की शक्ति उसके कण आकार से संबंधित होती है। उनके आकार के आधार पर, तकनीकी कार्बन को समूहों में बांटा गया है:

कणों का औसत आकार, एनएम	भट्ठी काला ग्रेड
10-15	एचसीएफ
16-24	एमसीएफ
25-35	आरसीएफ
>36	एलसीएफ

वर्गीकरण

रबर के लिए तकनीकी कार्बन को प्रबलिंग प्रभाव की डिग्री के अनुसार विभाजित किया गया है:

• अत्यधिक प्रबलिंग (चलना, कठोर)। यह बढ़ी हुई स्थायित्व और दुर्घटना के प्रति लचीलापन के साथ आवंटित किया गया है। कण आकार छोटा है (18-30 एनएम)। कन्वेयर बेल्ट, टायर ट्रेड में प्रयुक्त।
• अर्ध-मजबूत (ढांचा, नरम)। कण का आकार औसत (40-60 एनएम) है। इनका उपयोग विविध रबर उत्पादों, टायर शवों में किया जाता है।
• कम लाभ। कण आकार बड़ा है (60 एनएम से अधिक)। टायर उद्योग में सीमित उपयोग। रबर उत्पादों में उच्च लोच बनाए रखते हुए आवश्यक शक्ति प्रदान करता है।

कार्बन ब्लैक का पूरा वर्गीकरण ASTM D1765-03 में दिया गया है, जिसे सभी वैश्विक उत्पाद निर्माताओं और उपयोगकर्ताओं ने स्वीकार किया है। इसमें, विशेष रूप से, कणों के विशिष्ट सतह क्षेत्र की सीमा के अनुसार वर्गीकरण किया जाता है:

समूह	औसत विशिष्ट क्षेत्रनाइट्रोजन सोखना द्वारा सतह, 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

कार्बन ब्लैक का उत्पादन

औद्योगिक कार्बन ब्लैक के उत्पादन के लिए तीन प्रौद्योगिकियां हैं जो हाइड्रोकार्बन के अपूर्ण दहन चक्र का उपयोग करती हैं:

• भट्ठी;
• चैनल;
• ट्यूब;
• प्लाज्मा।

एक थर्मल विधि भी है जो उच्च तापमान पर एसिटिलीन या प्राकृतिक गैस को विघटित करती है।

विभिन्न तकनीकों द्वारा उत्पादित कई ग्रेडों में अलग-अलग विशेषताएं होती हैं।

उत्पादन तकनीक

सैद्धांतिक रूप से, उपरोक्त सभी तरीकों से कार्बन ब्लैक प्राप्त करना संभव है, हालांकि, उत्पादित उत्पाद का 96% से अधिक तरल कच्चे माल से फर्नेस विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है। विधि गुणों के एक निश्चित सेट के साथ कार्बन ब्लैक के विभिन्न ग्रेड प्राप्त करना संभव बनाती है।उदाहरण के लिए, ओम्स्क कार्बन ब्लैक प्लांट इस तकनीक का उपयोग करके 20 से अधिक ग्रेड कार्बन ब्लैक का उत्पादन करता है।

सामान्य तकनीक यह है। रिएक्टर, अत्यधिक आग रोक सामग्री के साथ पंक्तिबद्ध है, प्राकृतिक गैस के साथ खिलाया जाता है और हवा को 800 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। प्राकृतिक गैस के दहन के कारण, 1820-1900 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ पूर्ण दहन के उत्पाद बनते हैं, जिसमें एक निश्चित मात्रा में मुक्त ऑक्सीजन होती है। तरल हाइड्रोकार्बन कच्चे माल को पूर्ण दहन के उच्च तापमान वाले उत्पादों में इंजेक्ट किया जाता है, पहले से अच्छी तरह मिलाया जाता है और 200-300 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है। कच्चे माल का पायरोलिसिस कड़ाई से नियंत्रित तापमान पर होता है, जो उत्पादित कार्बन ब्लैक के ब्रांड के आधार पर 1400 से 1750 ° तक अलग-अलग मान रखता है।

कच्चे माल की आपूर्ति के स्थान से एक निश्चित दूरी पर पानी के इंजेक्शन से थर्मो-ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रिया बंद हो जाती है। पायरोलिसिस के परिणामस्वरूप बनने वाली कार्बन ब्लैक और रिएक्शन गैसें एयर हीटर में प्रवेश करती हैं, जहां वे अपनी गर्मी का कुछ हिस्सा इस प्रक्रिया में इस्तेमाल होने वाली हवा में छोड़ देती हैं, जबकि कार्बन-गैस मिश्रण का तापमान 950-1000 °С से कम हो जाता है। 500-600 °С.

अतिरिक्त पानी के इंजेक्शन के कारण 260-280 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने के बाद, कार्बन ब्लैक और गैसों के मिश्रण को बैग फिल्टर में भेजा जाता है, जहां कार्बन ब्लैक को गैसों से अलग करके फिल्टर हॉपर में प्रवेश किया जाता है। फिल्टर बिन से अलग कार्बन ब्लैक को गैस पाइपलाइन के माध्यम से एक पंखे (टर्बो ब्लोअर) द्वारा दानेदार अनुभाग में खिलाया जाता है।

कार्बन ब्लैक उत्पादक

कार्बन ब्लैक का वैश्विक उत्पादन 10 मिलियन टन से अधिक है। उत्पाद की इतनी बड़ी मांग को सबसे पहले, इसके अद्वितीय प्रबलिंग गुणों द्वारा समझाया गया है। उद्योग के लोकोमोटिव हैं:

• आदित्य बिड़ला समूह (भारत) - बाजार का लगभग 15%।
• Cabot Corporation (USA) - बाजार का 14%।
• ओरियन इंजीनियर कार्बन (लक्ज़मबर्ग) - 9%।

सबसे बड़ा रूसी कार्बन उत्पादक:

• Omsktehuglerod LLC - रूसी बाजार का 40%। ओम्स्क, वोल्गोग्राड, मोगिलेव में कारखाने।
• जेएससी यारोस्लाव तकनीकी कार्बन - 32%।
• जेएससी निज़नेकम्स्कटेखुगलरोड - 17%।