تصنيع اسود الكاربون:

‏الطرق الرئيسية لتصنيع اسود الكربون هي اما من : نموذج الاحتراق الجزئي ( المعالجة الانبوبية ، او افران الزيت ، او افران الغاز ) او من: نموذج التكسير ( المعالجة الحرارية ) .

‏سيطرت في مطلع السبعينات المعالجة بأفران الزيت ، ويصنع اليوم معظم ( 90% تقريبا ) هذه المادة في العالم بهذه الطريقة ، التي تستخدم زيوت البترول العطرية او ثمالاتها ( المقاربة في الجدول 1 ‏- 1 ‏) . ادت الزيادة المستمرة في اسعار الغاز الطبيعي الى اغلاق كافة مصانع اسود الكربون التي تعتمد الطريقة الانبوبية عام 1976 ‏.

‏وللفائدة التاريخية سنصف بإيجاز المعالجة الانبوبية لإنتاج اسود الكربون . فهو يجري انتاجه عندما يرتطم لهب الغاز الطبيعي الناقص التهوية بـ  " الحديد المزوى "  20 ‏- 25 ‏سم على شكل قناة ،  التي تربد ببط ، الى مكاشط لإزالة رواسب السخام . وكان يضبط نموذج اسود الكربون الناتج عن طريق تصميم الحارق الطرفي ، وبعد الحارق عن القناة، وتزويد الهواء ( درجة الاحتراق الجزئي ) .

‏كان المردود قليل دوما ، وتفاوت من 5 ‏% ‏بالنسبة لبعض الاصناف المطاطية الى 1% فقط بالنسبة لأصناف الحبر الجيد . وكانت اقطار الجزيئات تتراوح من 10 ‏- 30 nm  ( مقارنة بـ 18 - 75 ‏ nmلاسود الكربون من افران الزيت ) . كما كان محتوى الاكسجين اكبر ، ونسب الكبريت اقل من مثيلاتها في اسود الكربون الناتج من الافران . وكان من اسباب التوقف السريع للطريقة الانبوبية اضافة الى قلة المردود وعوامل ارتفاع كلفة الغاز الطبيعي ، شروط استخدام الفولاذ الصلد وتوظيف راس المال ، وربما التلوث الشديد والاداء السيء الى حد ما للمطاط التركيبي (مقارنة بأسود الكربون من الافران).

‏وفيما يلي التفاعل :

‏تحتوي حبيبات اسود الكربون الحرارية الكبيرة الكروية ( 140 ‏- 500 ‏nm‏) على قليل من الاكسجين الممتز على السطح ، وتستخدم بصورة رئيسية في تطبيقات مطاطية خاصة . ويصل المردود الى حوالي 30 ‏- 45 ‏% ، وهي المسؤولة عن اقل بقليل من 4 ‏% ‏من اجمالي انتاج الولايات المتحدة من اسود الكربون عام 1980 .

‏وفي طريقة افران الزيت ، يحول زيت خامة التغذية العطري ( عادة ثمالة جهاز التكسير التحفيزي في المصفاة ، رغم استخدام بعض من مادة مشتقة من قطران الفحم ايضا ) الى الدرجة المطلوبة من اسود الكربون بالإحراق الجزئي والتحلل الحراري عند درجة حرارة 1400 – 1650  مئوية في مفاعل فولاذي مبطن بطوب ( بالالومينا غالبا ) مقاوم للحرارة .

‏يمكن التحكم بقوه بصفتين من صفات اسود الكربون هامتين حيويا في استخدامات المطاط ، هما حجم الجزيء و "بنائه " ( درجه اندماجه او تداخله الى ‏شبكة سلسلية ثلاثية الابعاد ) وذلك من خلال تصميم قطر فتحات بزبازي nozzle ، وابعاد حجرة الاحتراق ، ودرجة الحرارة ، وزمن البقاء ، وشدة اضطراب الغاز .

‏في الصورة 1 ‏- 1 ‏رسم تخطيطي لطريقة فرن الزيت والمفاعل . اساسا يرذ زيت خامة التغذية العطري الثقيل ويرش بواسطة بزباز مصمم على نحو خاص الى نيار غاز احتراق مضطرب جدا يتشكل بحرق مسبق للغاز او الزيت الطبيعي بفائض 50 ‏% ‏تقريبا من الهواء . يبقى الهواء غير الكافي لاحتراق خامة التغذية ، ويتحلل رذاذ ‏الزيت حراريا خلال اجزاء من مليون من الثانية الى اسود الكربون بمرود ( على اساس الكربون ) يتراوح من 65 - 70 ‏%  بالنسبة للنماذج من صنف الهيكل الكبير نزولا الى 35 ‏% بالنسبة للنماذج الصغيرة من صنف الضغط grade  tread ، الذي يضفي مقاومة قصوى للاحتكاك على بوليمر ستايرين - بوتادين المشترك واللدائن elastomers  الاخرى .

‏الصورة 1‏- 1 ‏.مخطط انتاج اسود الكربون بالمعالجة في الافران.

‏يدخل " الدخان " الاسود من حجرة التفاعل الى النفق ، 1 ‏- 3 ‏م في اتجاه التيار ، حيث يبرد بالماء الى درجة 200 مئوية تقريبا . تتفاوت ابعاد النفق وحجرة الاحتراق ، لكنها كثيرا ما تكون بطول 2 ‏- 6 ‏م ، وقطر داخلي بين 0.1 -1 م . ‏

وفي مكان ابعد في اتجاه مجرى التيار ، تستخدم اجهزة ترسيب ، و افرازات دوامية ( سيكلونات Cyclon ) ، والى مدى اكبر مرشحات كيسية ( معزولة لكي ‏تبقى فوق 100 مئوية ) لفصل الناتج الاسود من بخار الماء والغازات المنطلقة من ‏الاحتراق . تصل كفاءة اسود الكربون المسترجعة بمرشحات الزجاج الليفي الكيسية الحديثة الى 100%  ‏. وبعد خطوات السحن وازالة الجرش grit ، يتكور بصورة طبيعية الصبغ الاسود السائب الزغبي من اجل معالجة جرمية لتخفيف ميله الى التحول الى غبار.

‏وفي الاستخدام الطبيعي لطريقة التكوير الرطبة ، يحرك اسود الكربون ويمزج بالماء في حوض يحتوي على عمود دوار يحمل محاور بارزة قطريا ، وهي التي ‏تشكل الكريات. تجفف الكريات الرطبة ، وتكون عادة في مدى 25 ‏- 60  mesh في مجفف اسطواني دوار يسخن بالغاز .

وفي معالجة التكوير الجافة ، تتشكل الكريات بتحريك وتدوير خفيفين ( 10دورات في الدقيقة ) لاسود الكربون في اسطوانات افقية دوارة ( بقطر 3 ‏م تقريبا وطول 6 ‏- 12 م ) لمدة 12 - 36 ‏ساعة . وتستخدم على نطاق ضيق ايضا طريقة التكوير بالزيت لاستخدامات محددة ( اصناف معينة من الصبغ الاسود للحبر ) . ينتج اسود الاسيتيلين ، وهو نموذج خاص من اسود الكربون الحراري المستخدم في البطاريات الجافة ولإضفاء الموصلية الكهربائية والحرارية على اللدائن والمطاط ، عن طريق تحلل الاسيتيلين ( بغياب الهواء ) عند درجة حرارة 800 مئوية تقريبا في معالجة متواصلة ناشرة للحرارة . ‏وهذه المادة ( قطر الجزيء فيها حوالي 42 nm ) هي انقى شكل من اشكال اسود الكربون ، وتتميز بانخفاض نشاط السطح ، وضعف امتززها للرطوبة ، وارتفاع امتزازها للسوائل وارتفاع موصليتها الكهربائية والحرارية .

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق