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炭黑的生產工藝

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炭黑的生產工藝

發布日期:2016-07-27 作者: 點擊:

生產顏料炭黑的原料是石油產品和瀝青煤焦油產品。通過烴類在高溫下不完全燃燒或熱解而成。

1)燈黑生產工藝

曆史上最早的炭黑生產法是燈黑生產工藝,在該工藝過程中,原料在直徑大至1.5 m的平坦的燃燒鐵盤上燃燒,含有炭黑的燃燒氣體由內鋪有磚塊的排氣罩收集,然後通過彎管(彎折1/4)和通火管到達沉積的裝置。為了控製所產炭黑的特性,應當保證在燃燒盤和排氣罩之間的間隙附近,原料主要作不完全燃燒。而在稍進管道裏麵,燃燒在氧氣不足下發生熱烈解,因而形成較大的炭黑顆粒,由於這些原因,組成較寬範圍的粒徑分布,主要特征為顆粒粗大。由於在燃燒盤和排氣罩間隙間形成的顆粒隻有小部分能與空氣中的氧份接觸,因此這些炭黑隻有少量的表麵氧化物,相應的pH值呈中性,並且揮發份極少。

2) 氣黑的生產工藝

氣黑此名稱源於其生產過程:原料烴加熱時先氣化,然後由可自燃的氣體(供以能量)作為載體帶到燃燒器內,炭黑在這些蝙蝠形的燃燒器所發出的大量扇形的火焰中生成。由於每束火焰都較小且在空氣中燃燒,炭黑的形成,與燈黑生產工藝很不同(不完全燃燒)。在此炭黑顆粒很細,根據不同種類,平均粒徑在10~30nm之間,氣黑平均粒徑為13 nm。燃燒的火焰上,是一個緩慢旋轉的充水轉鼓,炭黑在轉鼓上沉積,在經刮到把炭黑刮走,當溫度仍高時,新生成炭黑與空氣中的氧接觸,於是發生部分氧化,形成了大量的酸性基團,相應氣黑pH值介於酸性範圍。並可得到約6%的揮發份,代表其表麵氧化物含量。

3) 槽黑的生產工藝

這種生產工藝以天然氣作原料,槽黑的工藝與氣黑生產工藝的氣體燃燒過程相似,天然氣燃燒,發出許多扇形火焰,得到的產品與氣黑類似,而不同的是這裏采用了平坦的水冷U形槽作為炭黑的沉積槽。由於生態和經濟原因,許多年前就停止了這種方法的使用。而氣黑的生產不會對生態環境造成影響,而此氣法炭黑工藝仍在運用。

4) 爐黑生產工藝

氣黑是在開放大氣中生產的,但爐黑生產工藝則是在缺氧條件下的密閉爐中進行的。使用的不是許多束小火,而是一團大火焰,以油類作原料,並加入可燃氣體使之達到爐內所需溫度。而改變爐黑生產工藝條件,可得到所需要之顏料黑。比如:不同條件下,炭黑可達到廣闊的平均粒徑範圍,從80 nm到小至15 nm,更直到細小至氣黑那樣小的顆粒。但對於同一粒徑,氣黑和爐黑還是有區別的,主要是表麵化學不同。爐黑產品較為粗糙,平均粒徑為40nm。此外,當采用爐黑生產工藝時,可加入少量的堿性化合物或其它添加劑以改變聚集體的聚集度和類型,由此可得到高結構或低結構的炭黑。

由於爐黑是在幾乎低於大氣壓及空氣不足條件下生產出來的。所以它們大部分缺乏酸性表麵氧化物,然而卻發現了前麵所提到的呈堿性反應的吡喃酮結構。關於爐黑的堿性pH值,是因為在終止炭黑生成時噴射淬化冷水中加入堿土,以及為降低結構而添加的堿性鹽。另外,如果此爐黑不再進行氧化後處理,則其揮發份含量較低。


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