Proces produkcji sadzy

Surowcami do produkcji sadzy pigmentowanej są produkty naftowe oraz produkty ze smoły z węgla kamiennego. Powstaje w wyniku niepełnego spalania lub pirolizy węglowodorów w wysokich temperaturach.

1) Proces produkcji czarnej lampy

Najwcześniejszą w historii metodą produkcji sadzy jest proces produkcji sadzy lampowej. W tym procesie surowce spalane są na płaskiej, wypalanej płycie żelaznej o średnicy do 1,5 m. Kaptur gazowy jest zbierany, a następnie dociera do urządzenia do osadzania przez kolanko (zagięcie 1/4) i rurę ogniową. W celu kontrolowania właściwości wytworzonej sadzy należy zapewnić, aby surowce były głównie niecałkowicie spalane w pobliżu szczeliny między płytą spalania a okapem wydechowym. Ale w rurze nieco w głąb rurociągu spalanie będzie rozkładane termicznie pod wpływem braku tlenu, tworząc w ten sposób większe cząstki sadzy. Z tych powodów kompozycja ma szeroki zakres rozkładu wielkości cząstek, a główną cechą są cząstki gruboziarniste. Ponieważ tylko niewielka część cząstek utworzonych między tarczą spalania a okapem może kontaktować się z tlenem z powietrza, sadze te mają tylko niewielką ilość tlenków powierzchniowych, odpowiednia wartość pH jest obojętna, a substancje lotne są bardzo mały.

2) Proces produkcji sadzy gazowej

Nazwa sadzy gazowej pochodzi od procesu jej produkcji: po podgrzaniu węglowodoru jako surowca najpierw ulega on zgazowaniu, a następnie gaz samozapłonowy (dla energii) jest przenoszony do palnika jako nośnik. Duża ilość sadzy emitowana przez te palniki w kształcie nietoperza Generowana w płomieniu w kształcie wachlarza. Ponieważ każdy płomień jest mały i pali się w powietrzu, powstawanie sadzy bardzo różni się od procesu produkcji sadzy lampowej (spalanie niepełne). Tutaj cząsteczki sadzy są bardzo drobne. Według różnych typów średnia wielkość cząstek wynosi od 10 do 30 nm, a średnia wielkość cząstek sadzy gazowej wynosi 13 nm. Na płonącym płomieniu znajduje się wolno obracający się bęben wypełniony wodą. Na bębnie osadza się sadza. Kiedy jest zeskrobany, sadza jest zeskrobana. Gdy temperatura jest nadal wysoka, nowo utworzona sadza wchodzi w kontakt z tlenem z powietrza. W rezultacie zachodzi częściowe utlenianie, tworząc dużą liczbę grup kwasowych, a odpowiednia wartość pH sadzy gazowej mieści się w zakresie kwasowym. I może uzyskać około 6% substancji lotnych, co reprezentuje zawartość tlenku na powierzchni.

3) Proces produkcji czerni kanałowej

Ten proces produkcyjny wykorzystuje gaz ziemny jako surowiec. Proces sadzy kanałowej jest podobny do procesu spalania gazu w procesie produkcji sadzy gazowej. Gaz ziemny pali się i emituje wiele płomieni w kształcie wachlarza. Otrzymany produkt jest podobny do sadzy gazowej, z tą różnicą, że stosuje się tutaj płaskie chłodzenie wodą. Rowek w kształcie litery U służy jako rowek do osadzania sadzy. Ze względów ekologicznych i ekonomicznych stosowanie tej metody zostało zaniechane wiele lat temu. Produkcja sadzy gazowej nie wpłynie na środowisko ekologiczne, a proces produkcji sadzy gazowej jest nadal w użyciu.

4) Proces produkcji czarnego pieca

Sadzę gazową wytwarza się w otwartej atmosferze, ale proces produkcji sadzy piecowej prowadzi się w zamkniętym piecu w warunkach niedoboru tlenu. Zamiast wielu małych pożarów stosuje się duży płomień. Olej jest używany jako surowiec, a gaz palny jest dodawany, aby osiągnąć wymaganą temperaturę w piecu. Zmieniając warunki procesu wytwarzania sadzy piecowej, można uzyskać wymaganą czerń pigmentową. Na przykład: w różnych warunkach sadza może osiągnąć szeroki zakres średniej wielkości cząstek, od 80 nm do tak małej jak 15 nm, a nawet tak małej jak sadza gazowa. Jednak przy tej samej wielkości cząstek nadal istnieje różnica między sadzą gazową a czernią piecową, głównie ze względu na różnice w chemii powierzchni. Czarne produkty piecowe są stosunkowo szorstkie, o średniej wielkości cząstek 40 nm. Ponadto, gdy stosuje się proces produkcji sadzy piecowej, można dodać niewielką ilość związków zasadowych lub innych dodatków, aby zmienić stopień i rodzaj agregatów, uzyskując w ten sposób sadzę o wysokiej lub niskiej strukturze.

Ponieważ sadza piecowa jest wytwarzana w warunkach prawie poniżej ciśnienia atmosferycznego i niewystarczającej ilości powietrza. W związku z tym większość z nich nie posiada kwaśnych tlenków powierzchniowych, ale znalazła wspomnianą powyżej strukturę pironową, która jest odczynem zasadowym. Jeśli chodzi o alkaliczną wartość pH sadzy piecowej, jest to spowodowane dodaniem ziemi alkalicznej do zimnej wody do hartowania natryskowego, gdy tworzenie sadzy jest zakończone, oraz dodaniem soli alkalicznej w celu zmniejszenia struktury. Ponadto, jeśli ta sadza piecowa nie będzie już poddawana obróbce wtórnej utleniania, jej zawartość lotnych będzie niższa.