碳黑是怎么生产出来的
据记载,中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候,人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰，用来调制墨和黑色颜料。这种被称之为“炱”的黑灰就是最早的炭黑。 1821 年人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑，从此炭黑不再是“炱”那么简单,它是“气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末”。大片油气田相继开采,源源不断的原料供应推动炭黑生产由手工操作迈入了大规模工业化时代。 1912 年人们发现炭黑对橡胶具有补强作用,从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。目前世界橡胶工业原材料耗用量排在第一位的是生胶,第二位的是炭黑；换言之，炭黑已成为消费量最大的橡胶配合剂。炭黑的耗用量一般占橡胶耗用量的40%～50% ，也就是说，在橡胶配方中,通常每使用2 份橡胶就会搭配使用1 份炭黑。
炭黑的生产工艺
生产颜料炭黑的原料是石油产品和沥青煤焦油产品。通过烃类在高温下不完全燃烧或热解而成。 1）灯黑生产工艺 历史上最早的炭黑生产法是灯黑生产工艺，在该工艺过程中，原料在直径大至1.5m的平坦的燃烧铁盘上燃烧，含有炭黑的燃烧气体由内铺有砖块的排气罩收集，然后通过弯管（弯折1/4）和通火管到达沉积的装置。为了控制所产炭黑的特性，应当保证在燃烧盘和排气罩之间的间隙附近，原料主要作不完全燃烧。而在稍进管道里面，燃烧在氧气不足下发生热烈解，因而形成较大的炭黑颗粒，由于这些原因，组成较宽范围的粒径分布，主要特征为颗粒粗大。由于在燃烧盘和排气罩间隙间形成的颗粒只有小部分能与空气中的氧份接触，因此这些炭黑只有少量的表面氧化物，相应的PH值呈中性，并且挥发份极少。 2) 气黑的生产工艺气黑此名称源于其生产过程：原料烃加热时先气化，然后由可自燃的气体（供以能量）作为载体带到燃烧器内，炭黑在这些蝙蝠形的燃烧器所发出的大量扇形的火焰中生成。由于每束火焰都较小且在空气中燃烧，炭黑的形成，与灯黑生产工艺很不同（不完全燃烧）。在此炭黑颗粒很细，根据不同种类，平均粒径在10~30nm之间，气黑平均粒径为13nm。燃烧的火焰上，是一个缓慢旋转的充水转鼓，炭黑在转鼓上沉积，在经刮到把炭黑刮走，当温度仍高时，新生成炭黑与空气中的氧接触，于是发生部分氧化，形成了大量的酸性基团，相应气黑PH值介于酸性范围。并可得到约6%的挥发份，代表其表面氧化物含量。 3） 槽黑的生产工艺这种生产工艺以天然气作原料，槽黑的工艺与气黑生产工艺的气体燃烧过程相似，天然气燃烧，发出许多扇形火焰，得到的产品与气黑类似，而不同的是这里采用了平坦的水冷U形槽作为炭黑的沉积槽。由于生态和经济原因，许多年前就停止了这种方法的使用。而气黑的生产不会对生态环境造成影响，而此气法炭黑工艺仍在运用。 4） 炉黑生产工艺气黑是在开放大气中生产的，但炉黑生产工艺则是在缺氧条件下的密闭炉中进行的。使用的不是许多束小火，而是一团大火焰，以油类作原料，并加入可燃气体使之达到炉内所需温度。而改变炉黑生产工艺条件，可得到所需要之颜料黑。比如：不同条件下，炭黑可达到广阔的平均粒径范围，从80nm到小至15nmj，更直到细小至气黑那样小的颗粒。但对于同一粒径，气黑和炉黑还是有区别的，主要是表面化学不同。炉黑产品较为粗糙，平均粒径为40nm。此外，当采用炉黑生产工艺时，可加入少量的碱性化合物或其它添加剂以改变聚集体的聚集度和类型，由此可得到高结构或低结构的炭黑。 由于炉黑是在几乎低于大气压及空气不足条件下生产出来的。所以它们大部分缺乏酸性表面氧化物，然而却发现了其面所提到的呈碱性反应的吡喃酮结构。关于炉黑的碱性PH值，是因为在终止炭黑生成时喷射淬化冷水中加入碱土，以及为降低结构而添加的碱性盐。另外，如果此炉黑不再进行氧化后处理，则其挥发份含量较低。
原料烃（粗蒽或蒽油、防腐油为原料也可以）加热时先气化，然后由可自燃的气体（供以能量）作为载体带到燃烧器内，炭黑在这些蝙蝠形的燃烧器所发出的大量扇形的火焰中生成。由于每束火焰都较小且在空气中燃烧，炭黑的形成，与灯黑生产工艺很不同（不完全燃烧）。在此炭黑颗粒很细，根据不同种类，平均粒径在10~30nm之间，气黑平均粒径为13nm。燃烧的火焰上，是一个缓慢旋转的充水转鼓，炭黑在转鼓上沉积，在经刮到把炭黑刮走，当温度仍高时，新生成炭黑与空气中的氧接触，于是发生部分氧化，形成了大量的酸性基团，相应气黑PH值介于酸性范围。并可得到约6%的挥发份，代表其表面氧化物含量。
炭黑的生产工艺不同，则表面的化学性能也有差别。大多数炭黑的真实表面积大于由粒径计算出的几何表面积。这是由于炭黑特别是粒径小于25nm的炭黑表面存在许多微孔。
据分析，可在炭黑表面检测如酚基、醌基、羧基等基团，这些酸性基团浓度在气黑和氧化炉黑的表面特别高。在炉黑中可检测到吡喃酮结构，这种结构决定了炉黑的碱性性质。挥发份含量可判断表面官能团的浓度，也可测得炭黑的极性。另外由于炭黑的表面积较大，容易吸附挥发份环境中的水分，所以炭黑在运输，贮存及使用过程中要特别注意吸湿问题。
大部分都是探讨导电粒子接触的几何学研究。该理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。但是在多组分基体树脂与炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。
CxHy + O2 --->C + CH4 + CO + H2 + CO2 + H2O
炭黑的基本单位是聚集体，聚集体是由颗粒在反应器的燃烧区碰撞并熔凝在一起而形成。 多个聚集体可以通过微弱的力量结合在一起而形成附聚体。 当将这些附聚体混合入橡胶时，它们会分解，所以聚集体是炭黑最小的最终可分散单位。 初次颗粒、聚集体和附聚体的区别如下所示：
所有卡博特的炭黑都采用油炉法工艺生产，在生产过程中，原料被注入密闭的反应器中的热气体火焰区内。 油炉法反应器的简化示意图如下所示：
通过反应器条件的可控制操作可制造出多种类型的炭黑。 在炉中炭黑的形成反应可通过蒸汽或水喷雾来控制。 制成的炭黑颗粒通过反应器输送，并经由过滤器冷却和连续收集。 炭黑整个加工过程的简化示意图如下所示：
主要区别是，性质不同、形成不同、主要用途不同，具体如下：
一、性质不同
1、炭黑
炭黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。
2、白炭黑
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
二、形成不同
1、炭黑
炭黑一般是指碳单质微粒，一般是由于有机物燃烧不充分，其中的氢元素和氧元素转化为水，而碳元素燃烧不充分，就会脱离分子，形成炭黑。
2、白炭黑
主要以非金属矿及其延伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭黑。技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。
三、主要用途不同
1、炭黑
可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。
2、白炭黑
①、用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强。
②、在农业化学制品中，如农药、高效喷施肥料等，使用白炭黑作载体或稀释剂、崩解剂。
③、用白炭黑作填料和磨蚀剂的透明彩色及不透明牙膏，这类牙膏具有良好的柔韧性、分散性，膏体光滑、柔软、磨蚀性好用。
④、在天然橡胶或合成橡胶制成的胶粘剂。
⑤、作为抗结块剂用在一些产品中来提高自由流动性。
参考资料来源：百度百科-炭黑
参考资料来源：百度百科-白炭黑
气相法白炭黑是利用氯硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种精细、特殊的无定形粉体材料，平均原生粒径约为7-40纳米，比表面积50～380m2/g，产品纯度高，SiO2含量不小于99.8％，是一种多功能的添加剂，广泛应用于硅橡胶、涂料、橡胶、化学机械抛光领域, 可起到增稠、触变、消光等作用。气相法白炭黑一般有亲水型和疏水型两种产品，其中疏水型产品是利用亲水型产品通过表面化学处理而获得。自1941年德国Degussa公司成功开发出气相法白炭黑的生产技术以来，目前全世界的气相法白炭黑年总产量已超过15万吨，其生产工艺日臻完善，品种已实现系列化和专门化。随着气相法白炭黑应用领域的不断拓宽，气相法白炭黑的需求日益增大。本文简述了气相法白炭黑的特殊性能及生产方法，综述了近年来国内外气相法白炭黑除在硅橡胶、涂料、橡胶、化学机械抛光领域外，一些新的应用领域。
1 气相法白炭黑的特殊结构
红外光谱研究表明：气相二氧化硅表面含有大量的羟基极性基团，羟基的主要类型有：(1)相邻羟基：对极性物质具有吸附作用，由于相距较近，一般以氢键形式存在。（2）隔离羟基：孤立的、未受干扰的自由羟基。（3）硅氧基：主要存在于脱水白炭黑表层，它不易在升温加热时脱除。
气相法白炭黑分子的这些特殊结构，使它具有优良的增稠性、分散性、触变性及消光性等。
2 气相法白炭黑的生产技术
工业上气相法白炭黑一般是采用四氯化硅或甲基三氯硅烷为原料，将四氯化硅或甲基三氯硅烷在气化状态下高温燃烧水解反应而制得。
3 应用的新领域
3．1 在医药行业中的应用
气相法白炭黑是无定形结构，具有良好的生理惰性、吸附性、分散性和增稠性，因此在医药行业中得到广泛的应用。现代医药研究者发现：在雷尼替丁（Ranitidine）、哌仑西平（Pirenzepine ）等药物中，分别加入少量气相法白炭黑会改变其流动性；在含有灰黄霉素等药物中，加入少量气相法白炭黑能改变其溶解速率，即改变溶药物在水中的分散性和吸收性；在含有阿司匹林的药粉中，加入少量气相法白炭黑，会改变药物的抗静电性；在皮肤药中，加入气相法白炭黑，可以利用其高吸附性，吸附微生物和微小病毒，其吸附能力超过了医药上应用的相应的吸附剂的吸附能力，同时利用气相法白炭黑的亲水性，可以消除水肿或降低伤口发炎时的分泌物。
利用气相法白炭黑表面包覆适当的单分子层物质，再分散于含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，通过离心技术，可把所需要的细胞很快的分离出来，而且不会玷污细胞。此外，气相法白炭黑可作为药物活性成份的载体，乳浊液的稳定剂，用于药片、药丸、栓剂等的制造，并能增进粉末的流动性能。
3．2在农业中的应用
在农业中，用白炭黑与微量元素、生长调节剂和矿物肥料混合对种子进行处理，可保护种子免受机械破坏和受潮，提高种子的发芽率和降低肥料的用量，缩短成熟期和提高农作物的产量。
在艾割/苄嘧磺隆、丙草胺/苄嘧磺隆等除草剂中，利用气相法白炭黑的分散性和吸附性，可保证除草剂吸附性强，持效期长等作用。在常见的两种除草剂二硝基苯胺和尿素混合物中，加入少量的气相法白炭黑，可防止这种混合物结块。
在多噻烷、辛硫磷性等杀虫粉剂中，使用气相法白炭黑充当载体和分散剂，将便于杀虫剂的储存、运输和使用，避免使用有机溶剂，减少了环境污染，降低了生产成本，提高并延长了药效。
气相法白炭黑还可用作土壤中污染物的吸收剂，吸收土壤中的污染物。
3．3 在油墨中的应用
在工业（印刷）油墨中，气相法白炭黑常用作油墨的增稠剂。在热定印的胶版印刷油墨中，使用亲水性气相法白炭黑，可加快油墨的干燥速度，减少弄脏和油墨模糊不清的现象。在胶版印刷油墨中，使用疏水性气相法白炭黑，可以降低油墨的吸水性，消除泡沫，提高油墨的深度而不影响其表面光泽。在凹版印刷、苯胺印刷和丝绸印刷中，使用气相法白炭黑，可调整粘度和防止颜料沉降。
气相法白炭黑还可用于控制打印机油墨的流量，控制油墨的流动性，以获得清晰的打印；在复印机和激光打印机的墨盒调色中用作分散剂和流量控制剂。
3．4 在日用品中的应用
添加气相法白炭黑的果蔬专用保鲜膜，其气调指标稳定，对O2和CO2的双向调节能力强，透湿性好，不易内结露，使用其贮藏果蔬保鲜的时间长，保鲜效果好。
在酒类的生产中，加入少量的气相法白炭黑可起到澄清啤酒和延长保鲜期的作用。在蔗糖的生产中，气相法白炭黑可以用作消泡剂。在食品中气相法白炭黑可用作载体和流动控制剂。
3．5 在塑料中的应用
气相法白炭黑在塑料中除了补强，还具有许多其它特性。气相法白炭黑的良好的透光率和小颗粒，可以使塑料变得致密。特别是半透明性的塑料薄膜，添加气相法白炭黑不但提高了薄膜的透明度、强度和韧性，更重要的是使防水性能大大提高。实验证明：常规的PVC（聚氯乙烯）薄膜的透水性比添加气相法白炭黑的PVC高1.5倍。这说明添加气相法白炭黑的PVC薄膜防水性大大提高。这类薄膜可以用作特殊用途的高级塑料薄膜。
3．6 在其他方面的应用
在乙烯基类纤维织物的加工过程中加入气相法白炭黑，可以改变乙烯基的性质，起到消光的作用。在音像录音磁带上，气相法白炭黑用做防粘剂。作为电子封装材料的填料，可以提高材料的性能，降低固化时间。在灯泡工业中，在灯泡内壁衬上气相法白炭黑干涉膜，可提高灯泡的发光效率，延长灯泡的使用寿命。在有机玻璃中加入表面处理过的气相法白炭黑 ,可以提高材料的抗紫外辐射能力和抗冲击强度。在蓄电池工业中，气相法白炭黑用做隔离剂。在催化剂行业，气相法白炭黑用做载体。在光纤、光缆填充材料中，可利用气相法白炭黑起增稠和触变作用。另外，利用气相法白炭黑的绝热性，可以制备性能优越的隔热材料。
4 结语
近年来，我国在气相法白炭黑的应用方面有了很大提高，但与国际先进水平相比仍有差距，我们应该加快气相法白炭黑的应用研究，朝着功能化，复合化和系列化方向发展，拓宽气相法白炭黑的应用领域，进一步推动气相法白炭黑工业的发展，以适应快速发展的国民经济的需要。
1、橡胶制品
白炭黑用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，所以在黑色橡胶制品中亦可替代部分炭黑，以获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。
2、农业化学制品
在农业化学制品中，如农药、高效喷施肥料等，使用白炭黑作载体或稀释剂、崩解剂，做崩解剂在水分散粒剂wdg中使用可提高悬浮率，建议使用含量10%左右。能保持持久效力，因为它的超高表面积具有极高吸附力，易于悬浮，有良好的亲和性及化学稳定性。即使在雨水、冲洗和炎热条件下，仍能长期保持不变。
3、胶结剂
用在天然橡胶或合成橡胶制成的胶粘剂中，提供了触变性和补强性，同时由于其伸展性还可以提高粘着力，质高价廉。
扩展资料
成分：白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子（粒径小于100nm），无毒，有巨大的比表面积。气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达99%，粒径可达10~20nm，但制备工艺复杂，价格昂贵。
沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。
参考资料来源：百度百科-白炭黑
主要以非金属矿及其延伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭黑。其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。
1、以高岭土或硬质高岭土为原料
先将高岭土或硬质高岭土粉碎至50~60目，然后在500~600℃高温下焙烧2小时，再将焙烧土与浓度30%的工业盐酸按1:2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小时，经中和、过滤、洗涤、干燥得到白炭黑，产品质量符合GB10507-89标准；同时得到高效净水剂聚合氯化铝。
2、以煤矸石或粉煤灰为原料
先将煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分两步：
生产硅酸钠：将粉碎的煤矸石或粉煤灰与纯碱按重量比1：50混合均匀，经高温冶融（1400~1500℃，1小时）、水萃浸溶（100℃以上，4~5小时）、过滤去杂质、浓缩滤液到45~46波美度即得到硅酸钠。
生产白炭黑：先将硅酸钠配成水玻璃溶液（模数为2.4~3.6，二氧化硅含量为4~10%），然后在5~20%的硫酸中酸浸（28~32℃，8~16小时），再升温至80℃，搅拌，调节PH值为5~7，熟化20分钟，再经过滤洗涤、干燥、分选，得到白炭黑。该白炭黑为活性，纯度高。
用途
由于白炭黑产品的一系列优越性，使它能够广泛应用于许多领域。
白炭黑用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，所以在黑色橡胶制品中亦可替代部分炭黑，以获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。
在农业化学制品中，如农药、高效喷施肥料等，使用白炭黑作载体或稀释剂、崩解剂，做崩解剂在水分散粒剂WDG中使用可提高悬浮率，建议使用含量10%左右。能保持持久效力，因为它的超高表面积具有极高吸附力，易于悬浮，有良好的亲和性及化学稳定性。即使在雨水、冲洗和炎热条件下，仍能长期保持不变。
先将煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分两步：
第一步生产硅酸钠：将粉碎的煤矸石或粉煤灰与纯碱按重量比1：50混合均匀，经高温冶融（1400~1500℃，1小时）、水萃浸溶（100℃以上，4~5小时）、过滤去杂质、浓缩滤液到45~46波美度即得到硅酸钠。
第二步生产白炭黑：先将硅酸钠配成水玻璃溶液（模数为2.4~3.6,SiO2含量为4~10%）,然后在5~20%的硫酸中酸浸（28~32℃，8~16小时），再升温至80℃，搅拌，调节PH值为5~7，熟化20分钟，再经过滤洗涤、干燥、分选，得到白炭黑。该白炭黑为活性，纯度高。
2,碳原子很稳定,不会和其他油墨和颜料的原料起化学反应
3,吸附性强
碳黑（carbon black，又名炭黑），是一种黑色粉末状的无定形碳。炭黑是由平均直径为2~3nm的球状或链状粒子聚积而成的，内部是含有直径3~500nm的微结晶结构，可以和各种游离基反应。炭黑主要作为橡胶增强剂使用，用于汽车轮胎的制造。其他还用作颜料（油墨、塑料、涂料用），干电池用导电剂，催化剂载体、超硬质合金材料。全球炭黑约有70％用于轮胎的制造，20％用在其他橡胶，其余不到10％则用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。
