炭黑是人们***早知道的石油化工原料之一。我国是世界上生产炭黑***早的***。距今三千年前,我们的祖先就掌握了烧烟制墨的技术。炭黑的生产发展,与我国古代文字的产生、纸和印刷术的发明有着密切联系。由于古代的炭黑是用松枝作原料烧制而成的,故又称为松烟,这些名称一直沿用到19世纪末叶。自从1892年近代炭黑工业出现以后,才逐渐被炭黑这一名词所取代。
炭黑的早期应用是制造墨汁和黑色颜料。我国殷代的甲骨文就是利用烟炱制墨记载的文字。古代有数量庞大的竹简和木简,仅史记就有130卷,计526550字,都是用墨写成的。汉代,我国***早出版了一本字典,书名为说文解字,其中解释墨字,称它多黑从土,黑者烟煤所成,土之类也
我国古代炭黑的制造历史源远流长。魏代的韦诞(公元176~257年)是制造炭黑,用以制墨的能手。三国时魏国的曹(公元192~232年)就与有 "墨出青松之烟"的记载.到了公元3世纪的晋代,松烟炭黑的应用已十分普及.这说明我国烧松制烟的手工业生产已相当发达.公元10世纪唐代时,我国开始用桐油及其他动植物油,在空气不足的情况下点燃,使油不全燃烧,烟黑沉积在陶质的碗下,加以收集,以此制取优质炭黑。
我国古代学者贾思勰、沈括、晁贯之、宋应星等,在他们的著作中,总结了古代炭黑在不同时期的生产实践经验。公元6世纪后魏贾思勰撰写的《齐民要术》一书,是世界上***早记载炭黑性质、用途的科学史科。他在该书中对炭黑的性质作了如下的描述:此物至轻微,不宜露筛,喜失飞去,不可不慎。这与近代科学技术认为,炭黑具有高度分散性,粒子尺寸属于胶体范畴的结论相吻合。北宋学者沈括,在《梦溪笔谈》著作中,首先提出了从石油中制取炭黑的方法,因为他发现民间把石油作为燃料燃烧时,产生大量炭黑。他在书中写上烟甚浓,所沾帷幕皆黑
他还亲自作试验,证这这种炭黑比松枝、桐油所制取的燃料燃烧时,产生大量炭黑黑光如漆,松烟不及也。而且他还科学地预测,用石油制取炭黑,前景广阔。他提出此物后必大行于世。这一科学论断,已被现代油炉法炭黑的大量发展所证实。宋代晁贯之著有《墨经》一书,他对制造松烟的方法有详细的叙述,而且把生产技术作了概括的总结。
明末学者宋应星所著的《天工开物》,曾系统总结了炭黑生产的经验,对炭黑的生产设备和影响炭黑质量的因素都作了论述。他在书中明确提出工艺操作必须及时,若制取怠缓,则烟老,火燃质料并丧也。这说明在那个时代,人们已认识到反应时间对炭黑生产的重要性。他还对松烟炭黑的设备作了较为详细的介绍,烟窑上部为圆顶,如舟中雨篷式每隔位数节开有小孔出烟。这样的结构方式很合理,圆顶雨篷结构,有利于均匀散热和气流流动,相隔一定距离开小孔,一方面防止出现气流停滞而形成死区,而且使气流速度分段逐渐下降,为不同大小的炭黑粒子分级沉降创造条件。所制取的炭黑分为三级,靠尾一、二节者为清烟,是后期沉降的粒子***细的优质炭黑;中节者为混烟,这就是说,中间收集的是中等质量的炭黑,而靠近炉口处,粒子***粗,供一般用途。宋应星所论述的这些生产原理和设备结构,可以说是近代炭黑工业的雏型。
总之,我国古代人民在炭黑生产技术方面取得了极为丰富的经验,为世界文明作出了***的贡献。
据日本及欧美各国文献记载,国外炭黑的制造,是由我国传入日本、东方各国,然后传到希腊、罗马,后传入欧洲的。公元16世纪后,德国、法国、英国等开始以煤焦油、动物油、天然树脂等为原料制取炱。1864年美国开始用人造煤气,经燃烧,以石板为收集面,用刮板刮下而制取优质炱。这和我国古代所用的方法基本相似
直到1872年,世界上才***出现了炭黑工业的规模生产,同时产生了Carbon Black(炭黑)这一术语,这就是近代炭黑工业的开端。1892年美国发明了用***制造槽法炭黑,当时主要用作着色剂。1912年英国人莫特(Mottee)发现了炭黑对橡胶的补强作用,特别是显著提高轮胎耐磨性能以后,炭黑的需求量迅速增长。20世纪20年代,出现了热裂法炭黑和气炉法炭黑,它们也都是以***为原料,能赋予橡胶较低模量、低生热和低补强能力,广泛用于轮胎胎体。
20世纪上半叶,大多数炭黑是用***制造的。油田和***井大都远离工业城市,在远距离输气管线尚未建成以前,***几乎没有其他用途。因此,***价格很低,往往就近用于生产炭黑,如美国得克萨斯的南部***产地,相继建立起几家槽法炭黑厂。那个时代全世界的所需炭黑,几乎都是这个地区的炭黑生产厂家,即如今的卡博特、哥伦比亚等公司提供的。
随着***工业的发展,采用了高压远距离输气后,***用途越来越广,其价格随之上涨。这就促使科技工作者研究开发新的炭黑原料和新的制造方法。到了30年代,美国斯诺,后为克列西致力于以油为原料制造炭黑,开发成功了油炉法炭黑。1943年,世界上***座工业化规模的油炉法炭黑十分适用于合成橡胶,时值第二次***期间,合成橡胶工业迅猛发展,油炉法炭黑的需求量迅速增长,而且各种性能的油炉法炭黑相继问世。1944年生产出了高快压出炉黑(HAF),而后中超耐磨炉黑(ISAF),通用炉黑(GPF)和快压炉黑(FEF)等都生产出来了。与此同时,由于***价格上涨,槽法炭黑生产成本大幅度提高。环境污染严重,而油炉发炭黑在学多应用领域中可以替代能耗大、空气污染严重的槽法炭黑。因此,油炉法炭黑的需求量不断增加,恶草法炭黑的产量急剧下降,之60年代中期,草法炭黑几乎不生产了。70年代,油炉法新工艺炭黑的生产技术崛起,发展极为迅速,以代替传统的油炉法炭黑的生产技术。全世界炭黑的产量在1930年极为170Kt,而在1997年高达6600KT,并将继续发展。
虽然我们的祖先对炭黑制造增做出了杰出的贡献。但是在半封建半殖民地的旧中国,一直没有自己的炭黑工业。解放前,我购置在东北抚顺和岸上的第生产一些瞪眼炭黑,1949年,产量仅仅252KT。***成立后,党和***十分重视发展我国民族炭黑工业,从无到有,从小到大,完全依靠自己的力量,迅速建立和发展起来。四川隆昌和辽宁抚顺两座炭黑厂被列为我国***个五年计划***建设项目。
从50年代初算起,我国炭黑工业已经历了将近半个世纪。1998年***炭黑产量为570kt,跃居世界第三位,产品不仅能基本满足国内橡胶工业和其他行业的需要,还出口到日本、西欧和东南亚等地。改革开放以来,通过推广应用国内开发的技术和引进、消化吸收国外***技术,炭黑品种增加,质量提高,能耗降低,环保改善,逐步缩小与国外生产技术的差距
回顾我国炭黑工业40多年来的发展,经历了以下几个阶段。1957年经济***和我国炭黑工业创业时期,先后建立了11个炭黑厂,生产了槽法、混气、滚筒和喷雾炭黑等品种,***炭黑产量由252t增加到8679t,年平均增长率为55.6%,同时培育了一批人材,为我国炭黑工业的发展奠定了扎实的基础。
1960年大跃进时期,油炉法高耐磨炭黑和气炉法半补强炭黑相继开发成功,建立一大批土法上马的炭黑厂。炭黑产量猛增至62000t,但因产品质量不好,供过于求。1962年经调整后,产量回落到24281。按此计算,年平均增长率仍达22.8%。在众多的新厂发展中,有7家炭黑厂已成为当今主要企业。
1966年为调整、巩固时期,1962年我国国民经济开始进行调整,原化学工业部对***炭黑企业进行了整顿,制订了炭黑部颁标准,开展了厂际竞赛,***了提高炭黑质量为目标的***。产量稳步上升,到1966年为51416t,年平均增长率为20.6%。先后开发成功***炭黑、通用炉黑和中超耐磨炉黑。在此期间,有5家新建炭黑厂投产,并开始筹建我国一家也是***的炭黑工业研究设计单位。
1976年***时期,由于调整期间的科技进步发挥了作用,也由于***影响了其他行业的生产,作为能源的***和油的供应相对富余,因此,炭黑工业仍保持较高速度向前发展。到1970年产量为90317t,年平均增长率为15.1%。但在此期间,由于橡胶工业发展缓慢,使炭黑供过于求,导致1975年炭黑产量徘徊于100kt左右。至1976年炭黑产量上升到123763t。因此1976年炭黑年平均增长率仅为5.4%。在科技进步方面,利用尾气烧锅炉,应用脉冲袋滤器,生产滚筒法高色素炭黑等,在此期间新增加了6家炭黑厂。
1979年,原化学工业部对***炭黑企业加强了管理,拨出10万t重油,加上乙烯焦油的应用成功,解决了全行业原料油不足的困境,从而使炭黑产量迅速增长,到1979年产量为188364 t,年平均增长率15%,炭黑再次出现供过于求,成为长线产品,1981年产量降为154500t。在此期间,在科技进步方面有了较快的发展,油-气路线新工艺炭黑已初步开发成功,尾气发电装置投产。企业管理通过调整,整顿开始加强,从而为80年代炭黑工业的发展,创造了良好的条件。
1980年迄今为改革开放时期,从1982年开始,***炭黑产量稳步上升,1989年为306kt ,1998年已达570kt,年平均增长率为7.2%。在科技进步方面,有了飞跃的发展,促进我国炭黑工业整体素质的提高。我国自行开发研究的油-油路线新工艺炭黑的生产技术得到普遍推广。万吨新工艺炭黑大型生产装置,***已建成12套,橡胶用炭黑的品种由于某种原因1个增至25年,产品质量显著的提高。每吨炭黑(以N330为例)的平均油由2.74t降为2.14t。各企业普遍提高了空气预热的温度,采用了***袋滤器,研制出配套的滤袋等。尾气发电、湿法造粒、微粒粉碎机以及微机控制生产一大批新技术、新装备被推广应用,使整个炭黑工业上了一个新台阶。与此同时,特种炭黑诸如色素炭黑、导电炭黑,各种专用炭黑等加快发展步伐,以适应油墨、涂料、塑料、制革等行业的日益增长的需求。