炭黑生产工艺及设备

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需要10公斤左右的炭黑。在橡胶用炭黑中，约有四分之三以上的炭黑用于轮胎的制造，其余则用于其它橡胶制品，如胶带、胶管、胶鞋等炭黑在橡胶中的用量之多，主要是由于它具有优异的所谓“补强”能力。

（2）、在油墨工业上的应用

炭黑是黑色印刷油墨的主要原料，近代的油墨多使用优质的色素炭黑，使用优质炭黑制成的印刷油墨字迹清晰，色泽鲜明，对各种报刊的印刷质量影响很大，直接与人民的文化生活紧密相关，用途广泛，其中新闻墨用炭黑占全部油墨用炭黑的70％左

右，新闻墨中合有11-13％的炭黑，每印刷一吨报纸要消耗约16公斤的新闻墨。油墨工业对炭黑的主要要求是黑度，色相、流动性、粘度、干燥性、触变性等，各种油墨由于使用目的不同，对炭黑的要求不尽相同。

（3）、在涂料工业上的应用

涂料就是我们通常所说的油漆，炭黑具有对化学物质、光、热的稳定性，这是其他的黑色无机原料和有机黑色染料不可比拟的。炭黑配合于涂料中，具有反应性小、黑度高，耐候性好，着色率高等特点。高级的色素炭黑用于合成树脂，漆中可以作为轿车的面漆，也可用于自行车，缝纫机，及仪表的装饰漆，具有导电性的炭黑可作为水溶性电泳涂漆的底漆。

4、在塑料工业上的应用

塑料中使用碳黑主要做炭黑的作色剂，填有炭黑的塑料，受热时变形小，制品的尺寸变化小，可提高其刚性、硬度、导电性、导热性及耐腐蚀作用等。更为突出的是，它具有防辐射、防紫外线和抗氧化的作用，塑料中炭黑的配合量，一般为1-2.75％

5、其它应用

除了上述炭黑的主要用途之外，炭黑还用于干电池、电碳制品、电器及电子元件、硬质合金、高纯石墨、印染、静电摄影、感光胶片、火药、水泥、皮革、润滑脂、铸造农业等各部门中，在这些部门中，炭黑的用量虽少，往往作用很大。

炭黑的结构形态和生产工艺