Сажа, сажа для резины, сажа печная, сажа газовая. Виды и области применения углеродной сажи

Структура

Частицы технического углерода представляют собой глобулы , состоящие из деградированных графитовых структур. Межплоскостное расстояние между графитоподобными слоями составляет 0,35-0,365 нм (для сравнения, в графите 0,335 нм).

Размер частиц (13-120 нм) определяет «дисперсность » техуглерода. Физико-химическим показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность . Поверхность частиц обладает шероховатостью, за счёт наползающих друг на друга слоёв. Мерой шероховатости служит соотношение между показателями удельной поверхности техуглерода и его йодным числом (поскольку йодное число определяет полную поверхность частиц с учётом шероховатостей).

Частицы в процессе получения объединяются в т. н. «агрегаты», характеризуемые «структурностью» - разветвлённостью - мерой которой служит показатель абсорбции масла.

Агрегаты слипаются в менее прочные образования - «хлопья».

Кроме атомов углерода в составе технического углерода присутствуют атомы серы , кислорода , азота .

Техуглерод обладает высокоразвитой поверхностью (5-150 м²/г), со значительной активностью. На поверхности обнаруживаются т. н. концевые группы (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), а также сорбированные остатки неразложившихся углеводородов. Их количество напрямую зависит от способа получения и последующей обработки углеродных частиц. Для получения пигментов часто частицы техуглерода подвергают окислительной обработке кислотами.

Истинная плотность частиц технического углерода - 1,76-1,9 г/см³. Насыпная плотность хлопьевидного («пылящего») техуглерода составляет 30-70 кг/м³. Для удобства транспортирования и использования технический углерод гранулируют до плотности 300-600 кг/м³.

Применение

Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс . Около 70 % всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин , ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента ; замедлителя «старения » пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные , способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Усиление резин

Усиливающее действие техуглерода в составе полимеров во многом обусловлено его поверхностной активностью. Оценить степень изменения свойств резиновых вулканизатов, содержащих 50 % по массе технического углерода разных марок, можно на основе следующих данных (в качестве основы использован БСК - бутадиен-стирольный каучук):

Наименование класса	Код	Марка по ASTM D1765	Размер частиц, нм	Растягивающее усилие, МПа	Сопротивление истиранию, усл.ед.
Суперстойкий к истиранию, печной	SAF	N110	20-25	25,2	1,35
Промежуточный	ISAF	N220	24-33	23,1	1,25
С высокой стойкостью к истиранию, печной	HAF	N330	28-36	22,4	1,00
Быстроэкструдирующийся печной	FEF	N550	39-55	18,2	0,64
Высокомодульный печной	HMF	N683	49-73	16,1	0,56
Полуусиливающий печной	SRF	N772	70-96	14,7	0,48
Средний термический	MT	N990	250-350	9,8	0,18
Каучук бутадиен-стирольный	-	-	-	2,5	~0

Следует отметить, что кроме прекрасных физических свойств техуглерод придаёт наполненным полимерам чёрную окраску. В связи с чем, для производства пластмасс, для которых важен конечный цвет (например обувной пластикат) в качестве усиливающего наполнителя применяют т. н. «белую сажу » (аэросил) - высокодисперсный оксид кремния .

Справедливости ради следует отметить, что доля «белой сажи» возрастает и в производстве автомобильных шин, поскольку резиновые вулканизаты на её основе обладают значительно меньшими потерями на трение при качении, что приводит к экономии топлива . Однако, усиливающее действие «белой сажи» и сопротивляемость вулканизатов истиранию пока существенно хуже, чем при использовании техуглерода.

Способы получения

Существует несколько промышленных способов получения технического углерода. В основе всех лежит термическое (пиролиз) или термоокислительное разложение жидких или газообразных углеводородов . В зависимости от применяемого сырья и метода его разложения различают:

• печной - непрерывный процесс, осуществляемый в закрытых цилиндрических проточных реакторах . Жидкое углеводородное сырьё впрыскивается механическими или пневматическими форсунками в поток газов полного сгорания топлива (природный газ , дизельное топливо), причём расходы всех материальных потоков поддерживаются на заданном уровне. Полученную реакционную смесь для прекращения реакций газификации охлаждают, впрыскивая в поток воду. Техуглерод выделяют из отходящего газа и гранулируют;
• ламповый - непрерывный процесс, осуществляемый в специальных проточных реакторах. Жидкое углеводородное сырьё испаряется за счёт подвода теплоты к чаше, в которой оно находится. Пары сырья увлекают во внутрь реактора наружный воздух через кольцевой зазор между приёмным зонтом реактора и чашей для сырья. Материальные потоки контролируются лишь частично. Реакционный канал в хвостовой части реактора охлаждается через стенку водой. Техуглерод выделяют из отходящего газа и упаковывают;
• термический - процесс осуществляется в парных реакторах объёмного типа, работающих попеременно. В один из реакторов подают газ (природный , ацетилен) в смеси с воздухом, который, сгорая, нагревает футеровку реактора. В это время во второй предварительно нагретый реактор подают только газ (без воздуха), в ходе протекания реакции футеровка остывает, подачу газа переводят в подготовленный реактор, а остывший разогревают, как описано выше;
• канальный - периодический процесс, осуществляемый в специальных камерах периодического действия, в полу которых установлены щелевые (канальные) горелки. Пламя сгорающего сырья (природный газ) на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим жёлобом, процесс окисления прекращается с выделением техуглерода, который собирается внутри камеры. Полученный продукт периодически выгружают вручную.

Классификация

В соответствии с классификацией по ГОСТ установлены 10 марок технического углерода. В зависимости от способа получения (печной, канальный, термический) маркам присвоены буквенные индексы «П», «К», «Т». Следующий за буквенным цифровой индекс характеризует средний размер частиц техуглерода в целых десятках нанометров
Основные физико-химические характеристики показатели марок техуглерода по ГОСТ приведены ниже:

Марка по ГОСТ 7885	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
П245	119	121	103	330
П234	109	105	101	340
К354	150	-	-	-
П324	84	84	100	340
П514	-	43	101	340
П701	36	-	65	420
П702	37,5	-	70	400
П705	23	-	110	320
П803	16	-	83	320
Т900	14	-	-	-

В основе классификации по стандарту ASTM D1765 лежит способность некоторых марок техуглерода изменять скорость вулканизации резиновых смесей. В зависимости от чего маркам присвоены буквенные индексы «N» (с нормальной скоростью вулканизации) и «S» (с замедленной скоростью вулканизации, от англ. «slow» - медленный). Следующий за буквенным цифровой индекс - номер группы марок по средней удельной поверхности . Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.
Стандартом описаны (по состоянию на год) 43 марки техуглерода, из которых индекс «S» имеют 2.
Основные физико-химические характеристики показатели типичных марок техуглерода по ASTM приведены ниже:

Марка по ASTM D1765	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
N110	127	145	113	345
N220	114	121	114	355
S315	89	-	79	425
N330	78	82	102	380
N550	40	43	121	360
N683	36	35	133	355
N772	32	30	65	520
N990	8	-	43	640

Воздействие на человека

По текущим оценкам Международного агентства по исследованиям в области рака, технический углерод, возможно , является канцерогенным веществом для человека и по этой причине отнесён к группе 2B по классификации канцерогенных веществ. Кратковременное воздействие высоких концентраций пыли техуглерода может вызывать дискомфорт в верхних дыхательных путях за счёт механического раздражения.

Структура

Частицы технического углерода представляют собой глобулы , состоящие из деградированных графитовых структур. Межплоскостное расстояние между графитоподобными слоями составляет 0,35-0,365 нм (для сравнения, в графите 0,335 нм).

Размер частиц (13-120 нм) определяет «дисперсность » техуглерода. Физико-химическим показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность . Поверхность частиц обладает шероховатостью, за счёт наползающих друг на друга слоёв. Мерой шероховатости служит соотношение между показателями удельной поверхности техуглерода и его йодным числом (поскольку йодное число определяет полную поверхность частиц с учётом шероховатостей).

Частицы в процессе получения объединяются в т. н. «агрегаты», характеризуемые «структурностью» - разветвлённостью - мерой которой служит показатель абсорбции масла.

Агрегаты слипаются в менее прочные образования - «хлопья».

Кроме атомов углерода в составе технического углерода присутствуют атомы серы , кислорода , азота .

Техуглерод обладает высокоразвитой поверхностью (5-150 м²/г), со значительной активностью. На поверхности обнаруживаются т. н. концевые группы (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), а также сорбированные остатки неразложившихся углеводородов. Их количество напрямую зависит от способа получения и последующей обработки углеродных частиц. Для получения пигментов часто частицы техуглерода подвергают окислительной обработке кислотами.

Истинная плотность частиц технического углерода - 1,76-1,9 г/см³. Насыпная плотность хлопьевидного («пылящего») техуглерода составляет 30-70 кг/м³. Для удобства транспортирования и использования технический углерод гранулируют до плотности 300-600 кг/м³.

Применение

Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс . Около 70 % всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин , ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента ; замедлителя «старения » пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные , способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Усиление резин

Усиливающее действие техуглерода в составе полимеров во многом обусловлено его поверхностной активностью. Оценить степень изменения свойств резиновых вулканизатов, содержащих 50 % по массе технического углерода разных марок, можно на основе следующих данных (в качестве основы использован БСК - бутадиен-стирольный каучук):

Наименование класса	Код	Марка по ASTM D1765	Размер частиц, нм	Растягивающее усилие, МПа	Сопротивление истиранию, усл.ед.
Суперстойкий к истиранию, печной	SAF	N110	20-25	25,2	1,35
Промежуточный	ISAF	N220	24-33	23,1	1,25
С высокой стойкостью к истиранию, печной	HAF	N330	28-36	22,4	1,00
Быстроэкструдирующийся печной	FEF	N550	39-55	18,2	0,64
Высокомодульный печной	HMF	N683	49-73	16,1	0,56
Полуусиливающий печной	SRF	N772	70-96	14,7	0,48
Средний термический	MT	N990	250-350	9,8	0,18
Каучук бутадиен-стирольный	-	-	-	2,5	~0

Следует отметить, что кроме прекрасных физических свойств техуглерод придаёт наполненным полимерам чёрную окраску. В связи с чем, для производства пластмасс, для которых важен конечный цвет (например обувной пластикат) в качестве усиливающего наполнителя применяют т. н. «белую сажу » (аэросил) - высокодисперсный оксид кремния .

Справедливости ради следует отметить, что доля «белой сажи» возрастает и в производстве автомобильных шин, поскольку резиновые вулканизаты на её основе обладают значительно меньшими потерями на трение при качении, что приводит к экономии топлива . Однако, усиливающее действие «белой сажи» и сопротивляемость вулканизатов истиранию пока существенно хуже, чем при использовании техуглерода.

Способы получения

Существует несколько промышленных способов получения технического углерода. В основе всех лежит термическое (пиролиз) или термоокислительное разложение жидких или газообразных углеводородов . В зависимости от применяемого сырья и метода его разложения различают:

• печной - непрерывный процесс, осуществляемый в закрытых цилиндрических проточных реакторах . Жидкое углеводородное сырьё впрыскивается механическими или пневматическими форсунками в поток газов полного сгорания топлива (природный газ , дизельное топливо), причём расходы всех материальных потоков поддерживаются на заданном уровне. Полученную реакционную смесь для прекращения реакций газификации охлаждают, впрыскивая в поток воду. Техуглерод выделяют из отходящего газа и гранулируют;
• ламповый - непрерывный процесс, осуществляемый в специальных проточных реакторах. Жидкое углеводородное сырьё испаряется за счёт подвода теплоты к чаше, в которой оно находится. Пары сырья увлекают во внутрь реактора наружный воздух через кольцевой зазор между приёмным зонтом реактора и чашей для сырья. Материальные потоки контролируются лишь частично. Реакционный канал в хвостовой части реактора охлаждается через стенку водой. Техуглерод выделяют из отходящего газа и упаковывают;
• термический - процесс осуществляется в парных реакторах объёмного типа, работающих попеременно. В один из реакторов подают газ (природный , ацетилен) в смеси с воздухом, который, сгорая, нагревает футеровку реактора. В это время во второй предварительно нагретый реактор подают только газ (без воздуха), в ходе протекания реакции футеровка остывает, подачу газа переводят в подготовленный реактор, а остывший разогревают, как описано выше;
• канальный - периодический процесс, осуществляемый в специальных камерах периодического действия, в полу которых установлены щелевые (канальные) горелки. Пламя сгорающего сырья (природный газ) на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим жёлобом, процесс окисления прекращается с выделением техуглерода, который собирается внутри камеры. Полученный продукт периодически выгружают вручную.

Классификация

В соответствии с классификацией по ГОСТ установлены 10 марок технического углерода. В зависимости от способа получения (печной, канальный, термический) маркам присвоены буквенные индексы «П», «К», «Т». Следующий за буквенным цифровой индекс характеризует средний размер частиц техуглерода в целых десятках нанометров
Основные физико-химические характеристики показатели марок техуглерода по ГОСТ приведены ниже:

Марка по ГОСТ 7885	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
П245	119	121	103	330
П234	109	105	101	340
К354	150	-	-	-
П324	84	84	100	340
П514	-	43	101	340
П701	36	-	65	420
П702	37,5	-	70	400
П705	23	-	110	320
П803	16	-	83	320
Т900	14	-	-	-

В основе классификации по стандарту ASTM D1765 лежит способность некоторых марок техуглерода изменять скорость вулканизации резиновых смесей. В зависимости от чего маркам присвоены буквенные индексы «N» (с нормальной скоростью вулканизации) и «S» (с замедленной скоростью вулканизации, от англ. «slow» - медленный). Следующий за буквенным цифровой индекс - номер группы марок по средней удельной поверхности . Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.
Стандартом описаны (по состоянию на год) 43 марки техуглерода, из которых индекс «S» имеют 2.
Основные физико-химические характеристики показатели типичных марок техуглерода по ASTM приведены ниже:

Марка по ASTM D1765	Удельная поверхность , 10³м²/кг	Йодное число , г/кг	Абсорбция масла, 10 −5 м³/кг	Насыпная плотность, кг/м³
N110	127	145	113	345
N220	114	121	114	355
S315	89	-	79	425
N330	78	82	102	380
N550	40	43	121	360
N683	36	35	133	355
N772	32	30	65	520
N990	8	-	43	640

Воздействие на человека

По текущим оценкам Международного агентства по исследованиям в области рака, технический углерод, возможно , является канцерогенным веществом для человека и по этой причине отнесён к группе 2B по классификации канцерогенных веществ. Кратковременное воздействие высоких концентраций пыли техуглерода может вызывать дискомфорт в верхних дыхательных путях за счёт механического раздражения.

Сажа, или технический углерод, - мелкодисперсное вещество черного цвета. Она образуется при неполном сгорании или термическом разложении органического топлива.[ ...]

Выработка технического углерода (сажи) связана с получением больших количеств горючих ВЭР в виде так называемых Сажевых газов, обладающих низкой теплотой сгорания.[ ...]

Принцип метода. Технический углерод (сажу) вместе с пылью улавливают на фильтре АФА-В-18. При обработке фильтра дихлорэтаном материал фильтра (перхлорвинил) и органические вещества пыли растворяются в дихлорэтане. Основная высокодисперсная углеродистая составная часть сажи переходит во взвешенное суспендированное состояние, а минеральная часть пыли оседает на дно. Содержание сажи в суспензии определяют или визуально по почернению мембранного фильтра путем сопоставления со стандартной шкалой, или фотометрически.[ ...]

Как видно из табл. 7, концентрация сажи в выхлопных газах дизелей зависит от их типа и нагрузки (В. И. Смайлис, 1972). Важное влияние на состав и количество выхлопных газов оказывает техническое состояние двигателя и прежде всего карбюратора. Исследования показали, что при работе двигателя с карбюратором различного технического состояния содержание окиси углерода в выхлопных газах может меняться на всем диапазоне оборотов холостого хода от 0,5 до 8% (Ж- Г. Манусаджанц, 1971).[ ...]

Наибольшую массу выделяющейся пьши составляет технический углерод , имеющий высокую степень дисперсности частиц (0,3ч-65 мкм). Кроме того, в составе пылевидных выбросов постоянно присутствуют оксид цинка, белая сажа, ускорители, сера и другие ингредиенты.[ ...]

В процессе эксплуатации автомобиля изменяется техническое состояние и системы зажигания. Трудности в определении неисправностей системы зажигания состоят в том, что она может быть работоспособной при выходе за установленные пределы параметров некоторых деталей и даже при наличии отказов отдельных ее элементов. Анализ неисправностей системы зажигания показывает, что в эксплуатационных условиях наибольшее количество неисправностей имеют прерыватель-распределитель и свечи зажигания. На практике наблюдаются постепенные отказы свечей зажигания из-за нагарообразования, происходящего в результате отложения продуктов сгорания и масла на тепловом корпусе изолятора. В результате применения высокооктановых бензинов с антидетонационными присадками, помимо частиц углерода и сажи, на свечи откладываются соединения свинца, приводящие к освинцовыванию свечи.[ ...]

Технологический процесс производства основных видов технического углерода (сажи), например, марок ПМ-75, ПМ-100 связан с образованием больших количеств отбросных газов, которые представляют собой фактически парогазовую смесь следующего состава (%, об.): Нг - 7-»-8%; СО - б-ь-7%, СН4 - 0,5 -0,7%; 02 - 2-3%; С02 - 2%; N2 -- 40%’, НаО - 40%. Кроме того-, эти газы содержат до 2 г/м3 мелкодисперсной (остаточной) сажи. В неосушен-ном виде (при температуре 200-230 °С) газы имеют теплоту сгорания 1,47-2,10 МДж/м3 (350-500 ккал/м3).[ ...]

Для определения содержания диоксида серы, сероводорода, озона, хлора, пыли, сажи (технического углерода), измерения скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности воздуха. Одновременный отбор не менее 6 проб для анализа на выбранные ингредиенты. Возможен отбор проб на двух выносных пунктах.[ ...]

В частности, не учитываются вещества, образующиеся и утилизируемые при очистке газов, отходящих от реакторов при производстве сажи на заводах технического углерода; очистке газов, отходящих от рудно-термических печей при производстве желт.ого фосфора на фосфорных заводах; очистке газов, отходящих от печей «кипящего слоя» при производстве серной кислоты на химических заводах..[ ...]

Состав выбрасываемой пыли после рукавных фильтров, типичный для подготовительного производства шинного предприятия, следующий (% мае.): технический углерод - 89+92; оксид цинка - 6,0+7,5; белая сажа - ОД+0,15; органические вещества - 0,2.[ ...]

В настоящем разделе подробно описаны методы определения содержания наиболее токсичных аэрозолей - загрязнителей атмосферы: свинца, селена, технического углерода (сажи), а также метод суммарного определения пыли - общего показателя твердых атмосферных загрязнений.[ ...]

В атмосферу попадает серная пыль, образующаяся при получении элементарной серы из природного газа, богатого сероводородом. Заводы по производству технического углерода выбрасывают в атмосферу сажу. Большое количество мелких частиц сажи образуется при нарушении режима горения факелов, используемых для борьбы с внезапными выбросами газообразных углеводородов.[ ...]

[ ...]

По данным регулярных наблюдений на станциях Росгидромета, за последние 10 лет (1990-1999) средние за год концентрации таких загрязняющих атмосферный воздух веществ, как диоксид серы, взвешенные вещества, аммиак, фенол, фтористый водород, сажа и сероуглерод, снизились на 5-49 %, что объясняется уменьшением промышленных выбросов в результате спада производства. В то же время концентрации оксида углерода и диоксида азота возросли на 13-15%, что обусловлено непрерывным ростом парка автомобилей и неудовлетворительным техническим состоянием значительной их части, низким качеством топлива и плохим состоянием дорог. И в целом, несмотря на произошедшее в 1990-1999 гг. существенное сокращение промышленных выбросов и уменьшение концентраций соответствующих загрязняющих веществ в атмосферном воздухе многих городов, уровень его загрязнения в 1999 г. оставался недопустимо высоким.[ ...]

Также не включаются данные о количестве отходящих с газами веществ, которые используются в технологических процессах производства продукции в качестве сырья или полуфабрикатов, как это изначально предусматривалось проектом данной технологии. В частности, не учитываются вещества, образующиеся и утилизируемые при очистке газов, отходящих от реакторов при производстве сажи на заводах технического углерода, очистке газов, отходящих от рудно-термичёЬких печей при производстве желтого фосфора на фосфорных заводах, очистке газов, отходящих от печей «кипящего слоя» при производстве серной кислоты на химических заводах. На предприятиях черной металлургии не учитывается окись углерода, содержащаяся в доменном газе, который используется как технологическое топливо. Не учитываются вещества, уловленные установками и системами «двойной адсорбции» и «двойного контактирования», служащие для получения продукции из отходящих газов заводов цветной и черной металлургии, химии, нефтехимии и других отраслей. Из приведенных случаев образования и выброса веществ учету подлежат только загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в результате неполного улавливания и утечек газа из-за негер-метичности технологического оборудования.[ ...]

При кажущейся простоте решения проблемы защиты изделий от действия озона необходимо знать поведение анти-озонантов в них. Во-первых, он может активно вымываться органическими растворителями и водой; кроме того, процесс диффузии при повышенных температурах достаточно существен. Испарение и вымывание антиозонанта из поверхностного слоя - причина снижения длительности защитного действия. Очень важны также процессы адсорбции анти-озонантов на поверхности технического углерода (сажи), который добавляют в резину. Это приводит к уменьшению реально вводимых концентраций и снижению скорости диффузии вещества к поверхности.[ ...]

Принципиальная схема плазменного агрегата для переработки жидких хлорорганических отходов представлена на рис. 1.6. Плазмообразующнй газ (водород, азотоводородная смесь ¡1 др.) нагревается электрической дугой в плазмотроне 1 до 4000-5000 К. Образующаяся низкотемпературная плазма из сопла плазмотрона поступает в плазмохимический реактор 2, куда форсунками впрыскиваются хлорорганические отходы. При смешении отходов с плазмой происходит их испарение, термическое разложение (пиролиз) с получением олефиновых углеводородов, хлороводорода и технического углерода (сажи). Пиролизный газ подвергают скоростной закалке в закалочном устройстве 3. а затем охлаждают, очищают от сажи, осуществляют селективную очистку от гомологов ацетилена и углеводородов С3 и С4. Очищенный газ направляют на синтез хлорорганических продуктов . Процесс является замкнутым, безотходным, рентабельным. Экономический эффект заключается в снижении себестоимости получаемых продуктов за счет использования неутилизируемых отходов.[ ...]

Однако сжигание природного газа в котлах и печах полностью не устраняет, а лищь уменьшает загрязнение атмосферного воздуха, так как при его сжигании неизбежно образуются окислы азота в количестве, соизмеримом с аналогичными выбросами при сжигании мазута и каменных углей. Поэтому необходимость совершенствования технологии сжигания газа с целью уменьшения образования окислов азота сохраняет свою актуальность. Кроме того, при неблагоприятных условиях топочного режима при сжигании природного газа могут образовываться продукты незавершенного сгорания в виде сажи, окиси углерода и канцерогенных полициклических углеводородов. В связи с этим совершенствование и внедрение методов сжигания газа и резервных видов топлива, предотвращающих или снижающих до минимума образование продуктов незавершенного сгорания и окислов азота при поддержании наибольшей эффективности работы котлов и печей, является второй важной научно-технической проблемой.

Сажа

дисперсный углеродный продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов, состоящий из сферических частиц чёрного цвета. Средний размер сажевых частиц 100-3500 Å. Частицы С. образованы из слоев углеродных атомов, подобных слоям в графите. Эти слои состоят из шестиугольников, в вершинах которых находятся атомы углерода (расстояния между ними 1,42 Å), но, в отличие от графита, слои в С. не плоские, а изогнутые, что и обусловливает сферическую поверхность частиц. Плотность сажевых частиц около 2 г /см 3 . Насыпная плотность С. 0,05-0,5 г/см 3 , зависит от степени уплотнения С. Поверхность частиц С. может быть шероховатой или гладкой.

Сырьём для производства С. служат природный газ, ацетилен, жидкие углеводороды, а также остатки от перегонки нефти и каменноугольные смолы, содержащие большое количество конденсированных ароматических соединений.

По способу производства С. делят на три группы: канальные, печные и термические.

Канальные (диффузионные) С. получают при неполном сжигании природного газа или его смеси с маслом (например, антраценовым) в так называемых горелочных камерах, снабженных щелевыми горелками. Внутри камер расположены охладительные поверхности, на которых С. осаждается из диффузионного пламени.

Печные С. получают при неполном сжигании масла, природного газа или их смеси в факеле, создаваемом специальным устройством в реакторах (печах). С. в виде аэрозоля выносится из реактора продуктами сгорания и улавливается специальными фильтрами.

Термические С. получают в специальных реакторах при термическом разложении природного газа без доступа воздуха.

Выход С. зависит от вида сырья и её дисперсности (выход тонкодисперсной С. меньше, чем грубодисперсной). Промышленные С. содержат обычно более 98% углерода; 0,2-0,5% водорода; небольшие примеси минеральных веществ и серы; в некоторые специальные сорта С. входит хемосорбированный кислород (до 10% по массе). С. широко применяется во многих отраслях техники. Более 90% всей производимой С. потребляет резиновая и прежде всего шинная промышленность (введение С. в резину значительно повышает её сопротивление разрыву и истиранию). В крупных масштабах С. используется в производстве чёрных лаков и эмалей и чёрных печатных красок для полиграфии. С. употребляется также как наполнитель для получения различных изделий из пластмасс, для изготовления копировальной бумаги, лент для пишущих машин, крема для обуви, грима, косметических красок и др. В производстве сухих электрических элементов применяется так называемая ацетиленовая С. (получается при термическом или взрывном разложении ацетилена); она отличается наиболее развитой вторичной структурой и высокой электропроводностью. В технике для нагрева многих печей, в частности мартеновских (см. Мартеновское производство), принимаются специальные меры для повышения концентрации С. в пламени, так как тепловое и световое излучение пламени обусловлено именно наличием в нём С.

С., образующаяся при горении в промышленных и бытовых печах, а также при работе двигателей внутреннего сгорания (дизелях), выбрасывается вместе с продуктами горения в атмосферу в виде вредных дымов. Сажевые частицы не взаимодействуют с кислородом воздуха и поэтому удаляются только за счёт коагуляции (См. Коагуляция) и осаждения, которые идут очень медленно. Поэтому для сохранения чистоты окружающей среды необходим жёсткий контроль за полнотой сжигания топлива.

Сажа белая - условное название тонкодисперсной аморфной двуокиси кремния SiO 2 , применяемой в качестве активного наполнителя резин на основе некоторых каучуков специального назначения, например кремнийорганических, а также для получения белых и цветных резин.

Лит.: Печковская К. А., Сажа, как усилитель каучука, М., 1968; Зуев В. П., Михайлов В. В., Производство сажи, 3 изд., М., 1970; Беленький Е. Ф., Рискин И. В., Химия и технология пигментов, Л., 1960; Блох А. Г., Тепловое излучение в котельных установках, Л., 1967; Теснер П. А., Образование углерода из углеводородов газовой фазы, М., 1972.

П. А. Теснер.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Сажа" в других словарях:

Сажа - получается в результате неполного сгорания или крекинга (путем нагревания, действия электрической дуги или электрической искры) органических веществ, богатых углеродом, таких как: 1) природные газы, такие как метан, антраценовые газы (то есть… … Официальная терминология

Жен. копоть, горелая чернь, нагар; черное, мучнистое вещество, осадок дыма. На нем рубаха сажа сажей. По саже, хоть гладь, хоть бейвсе черно, о клевете. Дела, как сажа белы! Зажил в саже, и глаз не знать! о нужде. Сажная, сажевая чернь, краска.… … Толковый словарь Даля

Копоть, налет Словарь русских синонимов. сажа сущ. копоть Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012. сажа … Словарь синонимов

САЖА, сажи, мн. нет, жен. Черный налет, оседающий на внутренних частях печей, дымоходов, продукт неполного сгорания топлива. ❖ Дела как сажа бела (шутл. погов.) дела плохи, дела обстоят неважно. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

САЖА, черный дисперсный продукт неполного сгорания или термического разложения углеродистых веществ. В технике получают из углеводородов (отсюда другое название сажи технический углерод). Используют в производстве резины, пластмасс, пигмент для… … Современная энциклопедия

То же, что технический углерод … Большой Энциклопедический словарь

САЖА, форма углерода, которую получают путем нагрева или сжигания газообразных углеводородов при ограниченной подаче воздуха. Это вещество содержит некоторое количество водорода, кислорода и серы. Его используют для повышения прочности резиновых… … Научно-технический энциклопедический словарь

САЖА, и, жен. 1. Чёрный налёт от неполного сгорания топлива, оседающий в печах и дымоходах. Дела как с. бела (погов. о плохом состоянии дел; шутл.). 2. Химический продукт, получаемый при неполном сгорании или нагревании углеводородов. Чёрные сажи … Толковый словарь Ожегова

Тонкодисперсный аморфный углеродный остаток, образующийся при неполном сгорании.

Технический углерод - высокодисперсный углеродистый материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения).

Получение технического углерода

По способу получения газовый технический углерод делится на 3 вида:

1. канальный (диффузионный);
2. печной масляный (марки ПМ и ПГМ, наиболее популярны П803 гран., П803пыль);
3. термический (марка ТГ-10).

Из отходов нефтяного и каменноугольного производства получают ламповый и форсуночный технический углерод. В зависимости от способа получения меняется дисперсность частиц, которая определяет малярно-технические свойства технического углерода и прежде всего глубину цвета. Технический углерод всех марок, кроме ТГ-10, выпускается в гранулированном виде.

Свойства технического углерода

Маслоемкость технического углерода зависит от удельной поверхности и с уменьшением диаметра частиц увеличивается; она составляет для термического технического углерода 50—80, лампового 100—120, канального 200 г/100 г.

Форма частиц технического углерода, как правило, сферическая или близкая к ней; удельная поверхность наиболее дисперсных сортов 90—100 м2/г.

Технический углерод химически инертен, светостоек, обладает высокой красящей способностью и укрывистостью. Благодаря этому он широко используется в разных отраслях промышленности. Наибольшее применение технический углерод находит в резиновой промышленности (особо востребованы №220, №330, №339, №550). Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс. Около 70% всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин, ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента; замедлителя «старения» пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные, способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Пигментами называются продукты, придающие изделию цвет, при этом находящиеся в системе в твердой фазе (в виде частиц) и не вступающие в химические реакции с носителем.

При использовании пигментов в производстве изделий из цементно-песчанных композиций (тротуарная и фасадная плитка, строительные смеси), для окрашивания силикатного кирпича, наливных полов, штукатурки, и других строительных материалов.Наименование класса Код Марка по ASTM D1765 Размер

частиц, нм Растягивающее усилие, МПа Сопротивление истиранию, усл.ед.

Усиление резин при помощи технического углеводорода

Наименование класса	Код	Марка по ASTM D1765	Размер частиц, нм	Растягивающее усилие, МПа	Сопротивление истиранию, усл.ед.
Суперстойкий к истиранию, печной	SAF	N110	20—25	25,2	1,35
Промежуточный	ISAF	N220	24—33	23,1	1,25
С высокой стойкостью к истиранию, печной	HAF	N330	28—36	22,4	1,00
Быстроэкструдирующийся печной	FEF	N550	39—55	18,2	0,64
Высокомодульный печной	HMF	N683	49—73	16,1	0,56
Полуусиливающий печной	SRF	N772	70—96	14,7	0,48
Средний термический	MT	N990	250—350	9,8	0,18
Каучук бутадиен-стирольный	—	—	—	2,5	~0

Классификация технического углеводорода

Марка по ГОСТ 7885	Удельная поверхность,10³м²/кг	Йодное число г/кг	>Абсорбция масла, 10 -5 м³/кг	Насыпная плотность кг/м³
П245	119	121	103	330
П234	109	105	101	340
К354	150	—	—	—
П324	84	84	100	340
П514	—	43	101	340
П701	36	—	65	420
П702	37,5	—	70	400
П705	23	—	110	320
П803	16	—	83	320
Т900	14	—	—	—

Производство технического углерода

Пигменты вводят в сухом виде в самом начале смешения цемента и песка (или иного вяжущего и наполнителя) и тщательно перемешивают. При производстве изделий «под натуральный камень» и получения на них разводов желательно вводить пигменты дополнительного (не фонового) цвета не в сухом виде, а в виде высококонцентрированной, влажной смеси идентичной основному составу.