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炭黑生产工艺与设备
前言
一、炭黑的发展史
在近代石油化工原料中,炭黑是人类最早知道的重要产品之一,古时称为“炱”、“烟炱“或”松烟“,”炱“这一名称一直沿用至十九世纪末叶,自1872年近代炭黑工业出现之后,才逐渐被“炭黑”这一名词所代替。
我国是世界上生产炭黑最早的国家,距今三千年前殷代的甲骨文就是利用烟炱制墨记载的文字,我国古代的大量竹简也都是用墨写成的,魏代的韦诞(公元176-257年)就是从事炭黑制造(目的是用炭黑做制墨的优质原料)的能手。三国时,魏国的曹植(公元192-232年)就有“墨出青松之烟”的记载。到了公元三世纪的晋朝,制造松烟炭黑的手工业生产已经相当普遍,南唐时(公元十世纪),我国开始使用桐油及其他动植物油,在空气不足的情况下点灯,使油不完全燃烧,将炭黑凝聚在陶质的烟碗下收集,以制取优质的炭黑。
我国古代学者贾思勰、沈括、 贯之、宋应星等在他们的著作中,部分包括着并总结了我国古代劳动人民生产炭黑的丰富经验,也曾作出了很大贡献。【齐民要术】是公元六世纪以后贾思勰的的代表著作,是世界上最早记述炭黑性质、用途的科学史,在该书中对炭黑的性质和要求做了这样的描述:“此物至轻微,不宜露筛,喜失飞去,不可不慎。”这些同近代关于炭黑具有高度的散性、细小的胶体粒子的特点是相当吻合的。北宋杰出的学者沈括,在【梦溪笔谈】一书中,首先提出了从石油制取炭黑的方法,并通过自己的亲自实践,证明这种由石油制取的炭黑所制成的墨,“墨光如漆松烟不及也”而且还科学的预见到石油制取炭黑的发展前途。这一精辟的见解已为近代油炉法炭黑的飞跃发展所证实,在宋代 贯之所著的【墨经】中不但对制造松烟的方法有详细记载,而且还对当时的技术经验做了概括的总结。名末的学者宋应星在1637年所著【天工开物】一书中,对炭黑生产设备和影响炭黑质量的因素都作了论述,宋应星所记述的烟窰上部是圆顶,“如舟中雨蓬式,每隔位数节,开有小孔出烟”这样的结构设计是十分科学的,可以说是近代炭黑制造装置的雉刑。
炭黑的制造,据日本及欧美各国文献记载,是由我国传入日本、东方各国,然后传到希腊、罗马,最后传入欧洲的。公元十六世纪后,德国、法国、英国等国家,开始以焦油、猪油、树脂等为原料制取炱。1864年美国开始以人造气体经过燃烧,以石板为收集面,用刮板刮下而获得优质炱,。这和我国古代所使用的方法基本上是相同的,直到1872年世界上才首次实现了炭黑规模生产,同时出现了“炭黑”这一术语,这就是近代墨工业的开端,1982年发明了槽法炭黑,1944年出现了高耐磨炭黑,五十年代后期,中超耐磨炉黑,通用炉黑等相继出现,到目前为止仅橡胶用炭黑的品种就已达四十余种。
二、炭黑及其种类
1、什么是炭黑
在现实生活中,人们往往对炭黑缺乏了解,因为只有当炭黑配合于其他物质作为一种助剂而很少单独使用,如橡胶中,制成轮胎等制品才能显现出重要作用。其实炭黑、石墨、木炭等虽然同是由碳组成的黑色物质,但他们在内部结构上是不相同的,工业炭黑乃是由烃类(即碳氢化合物)不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉末状物质,它主要有碳元素组成,其微晶具有准石墨结构。“炭黑”一词,实际上是包括着各类用途的炭黑产品 内的总称,每一种炭黑均有其特定的物理化学性质,这种性质与所使用的原料、燃烧裂解过程、生产方式和操作条件紧密相关,把炭黑在真空或惰性气体中经高温处理,其粒子的准石墨微晶结构趋向石墨晶体的有序排列,称为石墨化炭黑,这不但对炭黑粒子微观结构研究具有理论意义,而且在碳素工业中也有实际用途。2、炭黑的分类及命名
到目前为止尽管世界各国对炭黑的分类和命名进行了不少工作,但还没有一种被普遍采用的,以各种产品物理化学性质为基础的、统一的、合理的分类及命名法,炭黑的分类方法在我国按以往的习惯,大体上说来可归纳为两类:按制造方法分类及按用途和使用特点分类。
(1)、按制造方法分类
按制造方法可将炭黑分为接触法炭黑、炉法炭黑、和热解法炭黑三类,其接触法炭黑按原料和生产过程不同分为槽法炭黑、槽法混气炭黑(也称混气炭黑和粗 炭黑和滚筒法炭黑三种。
(2)、按用途和使用特点分类
按用途和使用特点也可以把炭黑分为三类:橡胶用炭黑、色素炭黑和导电炭黑,其中橡胶用炭黑根据其使用特点,如:操作工艺性能、制品的耐磨和补强性等又可分为快压出炭黑、高空伸炉黑、半补强炉黑,通用炉黑等。
3、炭黑的用途
炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要产品之一,目前全世界的炭黑年产量已高达四百余万吨,绝大部分用于橡胶工业,其余则用于油墨、涂料及其他国名经济的许多部门中,炭黑对交通运输业的发展、国防建设和农业机械化起着重要作用,
(1)、在橡胶工业上的运用
橡胶工业所用的炭黑约占整个炭黑产量的90%以上,主要用于各种类型的轮胎,每制造一条普通的汽车轮胎就
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