Технический углерод.

Техническим углеродом или сажей называется порошкообразный продукт неполного сгорания или термического разложения органических веществ, со­стоящих из углерода.

В результате исследований сажи под электронным микроскопом установ­лено, что она состоит из частиц размером от 900 до 6000 нм, образующих более или менее разветвленные цепочки, так называемые сажевые структуры. Форма частиц большинства видов сажи близка к сферической. Частица сажи представ­ляет собой беспорядочный набор отдельных кристаллитов. В каждом слое кри­сталлита атомы углерода расположены в вершинах правильных шестигранни­ков. По степени упорядоченности строения сажевая частица занимает промежуточное положение между кристаллическим графитом и аморфным углеродом.

Состав сажи неоднороден. В нее входят входят (мае. %): углерод 89 - 99, водород 0, 3 - 0, 5; кислород 0, 1 - 10, сера 0, 1 - 1, 1; минеральные вещества - до 0, 5 % ма. Величина частиц сажи, а также удельная поверхность (суммарная поверхность частиц, содержащихся в 1 г сажи) и сте­пень структурности (т е. разветвленность сажевых цепочек) зависят от условии ее образования. Свойства сажи определяются главным образом этими характе­ристиками.

При температуре выше 1000°С основное количество углеводородов уже разлагается с образованием сажи в реакционном объеме.

Упрощенно механизм образования частиц сажи можно представить сле­дующим образом. Под действием высокой температуры 1200С молекулы углеводоро­дов распадаются на свободные углеводородные радикалы и атомы водорода. Взаимодействие радикалов друг с другом и с исходными углеводородами при­водит к образованию новых радикалов и молекул термостойких соединений, которые служат основой будущих сажевых частиц, т.е образуется сажевое ядро. К ним присоединяются об­разующиеся в зоне реакции новые углеводородные радикалы. Происходит со­единение атомов углерода в кристаллические образования, а сажевых кристал­литов - в частицы сажи. Диаметр сажевых частиц будет тем меньше, чем выше температура процесса.

Промышленные способы производства сажи основаны на разложении уг­леводородов под действием высокой температуры. Образование сажи в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограниченном доступе воз­духа (печная сажа), в других - при термическом разложении сырья в отсутст­вии воздуха (термическая сажа).

Получение печной сажи сжиганием сырья при ограниченном доступе воздуха осуществляют, в основном, двумя способами. По наиболее распростра­ненному способу сырье сжигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образующуюся в пламени сажу в течение некоторого времени выдерживают вместе с газообразными продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь сажи и газов охлаждают и отделяют сажу от газов.

По другому способу (канальному) сырье сжигают с помощью горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья со­прикасается с движущейся металлической поверхностью. Введение в пламя хо­лодной поверхности приводит к тому, что рост образующихся в нем сажевых частиц и соединение их в цепные структуры прерывается. Выделившуюся на осадительной поверхности сажу выводят из пламени, снимают с этой поверх­ности и направляют на обработку. Сажа, по­лучаемая канальным способом, обладает высокой дисперсностью.

Для увеличения выхода сажи создан способ ее получения, основанный на термическом разложении углеводородов без доступа воздуха. Сырьем для про­изводства термической сажи также служит природный газ, который разлагается на углерод и водород под воздействием высокой температуры при его сопри­косновении с сильно нагретыми поверхностями.

Сажу классифицируют по следующим признакам:

- по способу получения (ацетиленовые (А), канальные (К), печные (П), термические Т)

- по сырью, из которого вырабатывают сажу,

- по величине удельной адсорбционной поверхности, м²/г;

- по степени структурности,

- по специфическим свойствам, которые приобретает сажа после дополнительной обработки окислением.