炭黑是人們***早知道的石油化工原料之一。我國是世界上生產(chǎn)炭黑***早的***。距今三千年前,我們的祖先就掌握了燒煙制墨的技術(shù)。炭黑的生產(chǎn)發(fā)展,與我國古代文字的產(chǎn)生、紙和印刷術(shù)的發(fā)明有著密切聯(lián)系。由于古代的炭黑是用松枝作原料燒制而成的,故又稱為松煙,這些名稱一直沿用到19世紀末葉。自從1892年近代炭黑工業(yè)出現(xiàn)以后,才逐漸被炭黑這一名詞所取代。
炭黑的早期應(yīng)用是制造墨汁和黑色顏料。我國殷代的甲骨文就是利用煙炱制墨記載的文字。古代有數(shù)量龐大的竹簡和木簡,僅史記就有130卷,計526550字,都是用墨寫成的。漢代,我國***早出版了一本字典,書名為說文解字,其中解釋墨字,稱它多黑從土,黑者煙煤所成,土之類也
我國古代炭黑的制造歷史源遠流長。魏代的韋誕(公元176~257年)是制造炭黑,用以制墨的能手。三國時魏國的曹(公元192~232年)就與有 "墨出青松之煙"的記載.到了公元3世紀的晉代,松煙炭黑的應(yīng)用已十分普及.這說明我國燒松制煙的手工業(yè)生產(chǎn)已相當發(fā)達.公元10世紀唐代時,我國開始用桐油及其他動植物油,在空氣不足的情況下點燃,使油不全燃燒,煙黑沉積在陶質(zhì)的碗下,加以收集,以此制取優(yōu)質(zhì)炭黑。
我國古代學者賈思勰、沈括、晁貫之、宋應(yīng)星等,在他們的著作中,總結(jié)了古代炭黑在不同時期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。公元6世紀后魏賈思勰撰寫的《齊民要術(shù)》一書,是世界上***早記載炭黑性質(zhì)、用途的科學史科。他在該書中對炭黑的性質(zhì)作了如下的描述:此物至輕微,不宜露篩,喜失飛去,不可不慎。這與近代科學技術(shù)認為,炭黑具有高度分散性,粒子尺寸屬于膠體范疇的結(jié)論相吻合。北宋學者沈括,在《夢溪筆談》著作中,首先提出了從石油中制取炭黑的方法,因為他發(fā)現(xiàn)民間把石油作為燃料燃燒時,產(chǎn)生大量炭黑。他在書中寫上煙甚濃,所沾帷幕皆黑
他還親自作試驗,證這這種炭黑比松枝、桐油所制取的燃料燃燒時,產(chǎn)生大量炭黑黑光如漆,松煙不及也。而且他還科學地預(yù)測,用石油制取炭黑,前景廣闊。他提出此物后必大行于世。這一科學論斷,已被現(xiàn)代油爐法炭黑的大量發(fā)展所證實。宋代晁貫之著有《墨經(jīng)》一書,他對制造松煙的方法有詳細的敘述,而且把生產(chǎn)技術(shù)作了概括的總結(jié)。
明末學者宋應(yīng)星所著的《天工開物》,曾系統(tǒng)總結(jié)了炭黑生產(chǎn)的經(jīng)驗,對炭黑的生產(chǎn)設(shè)備和影響炭黑質(zhì)量的因素都作了論述。他在書中明確提出工藝操作必須及時,若制取怠緩,則煙老,火燃質(zhì)料并喪也。這說明在那個時代,人們已認識到反應(yīng)時間對炭黑生產(chǎn)的重要性。他還對松煙炭黑的設(shè)備作了較為詳細的介紹,煙窯上部為圓頂,如舟中雨篷式每隔位數(shù)節(jié)開有小孔出煙。這樣的結(jié)構(gòu)方式很合理,圓頂雨篷結(jié)構(gòu),有利于均勻散熱和氣流流動,相隔一定距離開小孔,一方面防止出現(xiàn)氣流停滯而形成死區(qū),而且使氣流速度分段逐漸下降,為不同大小的炭黑粒子分級沉降創(chuàng)造條件。所制取的炭黑分為三級,靠尾一、二節(jié)者為清煙,是后期沉降的粒子***細的優(yōu)質(zhì)炭黑;中節(jié)者為混煙,這就是說,中間收集的是中等質(zhì)量的炭黑,而靠近爐口處,粒子***粗,供一般用途。宋應(yīng)星所論述的這些生產(chǎn)原理和設(shè)備結(jié)構(gòu),可以說是近代炭黑工業(yè)的雛型。
總之,我國古代人民在炭黑生產(chǎn)技術(shù)方面取得了極為豐富的經(jīng)驗,為世界文明作出了***的貢獻。
據(jù)日本及歐美各國文獻記載,國外炭黑的制造,是由我國傳入日本、東方各國,然后傳到希臘、羅馬,后傳入歐洲的。公元16世紀后,德國、法國、英國等開始以煤焦油、動物油、天然樹脂等為原料制取炱。1864年美國開始用人造煤氣,經(jīng)燃燒,以石板為收集面,用刮板刮下而制取優(yōu)質(zhì)炱。這和我國古代所用的方法基本相似
直到1872年,世界上才***出現(xiàn)了炭黑工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn),同時產(chǎn)生了Carbon Black(炭黑)這一術(shù)語,這就是近代炭黑工業(yè)的開端。1892年美國發(fā)明了用***制造槽法炭黑,當時主要用作著色劑。1912年英國人莫特(Mottee)發(fā)現(xiàn)了炭黑對橡膠的補強作用,特別是顯著提高輪胎耐磨性能以后,炭黑的需求量迅速增長。20世紀20年代,出現(xiàn)了熱裂法炭黑和氣爐法炭黑,它們也都是以***為原料,能賦予橡膠較低模量、低生熱和低補強能力,廣泛用于輪胎胎體。
20世紀上半葉,大多數(shù)炭黑是用***制造的。油田和***井大都遠離工業(yè)城市,在遠距離輸氣管線尚未建成以前,***幾乎沒有其他用途。因此,***價格很低,往往就近用于生產(chǎn)炭黑,如美國得克薩斯的南部***產(chǎn)地,相繼建立起幾家槽法炭黑廠。那個時代全世界的所需炭黑,幾乎都是這個地區(qū)的炭黑生產(chǎn)廠家,即如今的卡博特、哥倫比亞等公司提供的。
隨著***工業(yè)的發(fā)展,采用了高壓遠距離輸氣后,***用途越來越廣,其價格隨之上漲。這就促使科技工作者研究開發(fā)新的炭黑原料和新的制造方法。到了30年代,美國斯諾,后為克列西致力于以油為原料制造炭黑,開發(fā)成功了油爐法炭黑。1943年,世界上***座工業(yè)化規(guī)模的油爐法炭黑十分適用于合成橡膠,時值第二次***期間,合成橡膠工業(yè)迅猛發(fā)展,油爐法炭黑的需求量迅速增長,而且各種性能的油爐法炭黑相繼問世。1944年生產(chǎn)出了高快壓出爐黑(HAF),而后中超耐磨爐黑(ISAF),通用爐黑(GPF)和快壓爐黑(FEF)等都生產(chǎn)出來了。與此同時,由于***價格上漲,槽法炭黑生產(chǎn)成本大幅度提高。環(huán)境污染嚴重,而油爐發(fā)炭黑在學多應(yīng)用領(lǐng)域中可以替代能耗大、空氣污染嚴重的槽法炭黑。因此,油爐法炭黑的需求量不斷增加,惡草法炭黑的產(chǎn)量急劇下降,之60年代中期,草法炭黑幾乎不生產(chǎn)了。70年代,油爐法新工藝炭黑的生產(chǎn)技術(shù)崛起,發(fā)展極為迅速,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油爐法炭黑的生產(chǎn)技術(shù)。全世界炭黑的產(chǎn)量在1930年極為170Kt,而在1997年高達6600KT,并將繼續(xù)發(fā)展。
雖然我們的祖先對炭黑制造增做出了杰出的貢獻。但是在半封建半殖民地的舊中國,一直沒有自己的炭黑工業(yè)。解放前,我購置在東北撫順和岸上的第生產(chǎn)一些瞪眼炭黑,1949年,產(chǎn)量僅僅252KT。***成立后,黨和***十分重視發(fā)展我國民族炭黑工業(yè),從無到有,從小到大,完全依靠自己的力量,迅速建立和發(fā)展起來。四川隆昌和遼寧撫順兩座炭黑廠被列為我國***個五年計劃***建設(shè)項目。
從50年代初算起,我國炭黑工業(yè)已經(jīng)歷了將近半個世紀。1998年***炭黑產(chǎn)量為570kt,躍居世界第三位,產(chǎn)品不僅能基本滿足國內(nèi)橡膠工業(yè)和其他行業(yè)的需要,還出口到日本、西歐和東南亞等地。改革開放以來,通過推廣應(yīng)用國內(nèi)開發(fā)的技術(shù)和引進、消化吸收國外***技術(shù),炭黑品種增加,質(zhì)量提高,能耗降低,環(huán)保改善,逐步縮小與國外生產(chǎn)技術(shù)的差距
回顧我國炭黑工業(yè)40多年來的發(fā)展,經(jīng)歷了以下幾個階段。1957年經(jīng)濟***和我國炭黑工業(yè)創(chuàng)業(yè)時期,先后建立了11個炭黑廠,生產(chǎn)了槽法、混氣、滾筒和噴霧炭黑等品種,***炭黑產(chǎn)量由252t增加到8679t,年平均增長率為55.6%,同時培育了一批人材,為我國炭黑工業(yè)的發(fā)展奠定了扎實的基礎(chǔ)。
1960年大躍進時期,油爐法高耐磨炭黑和氣爐法半補強炭黑相繼開發(fā)成功,建立一大批土法上馬的炭黑廠。炭黑產(chǎn)量猛增至62000t,但因產(chǎn)品質(zhì)量不好,供過于求。1962年經(jīng)調(diào)整后,產(chǎn)量回落到24281。按此計算,年平均增長率仍達22.8%。在眾多的新廠發(fā)展中,有7家炭黑廠已成為當今主要企業(yè)。
1966年為調(diào)整、鞏固時期,1962年我國國民經(jīng)濟開始進行調(diào)整,原化學工業(yè)部對***炭黑企業(yè)進行了整頓,制訂了炭黑部頒標準,開展了廠際競賽,***了提高炭黑質(zhì)量為目標的***。產(chǎn)量穩(wěn)步上升,到1966年為51416t,年平均增長率為20.6%。先后開發(fā)成功***炭黑、通用爐黑和中超耐磨爐黑。在此期間,有5家新建炭黑廠投產(chǎn),并開始籌建我國一家也是***的炭黑工業(yè)研究設(shè)計單位。
1976年***時期,由于調(diào)整期間的科技進步發(fā)揮了作用,也由于***影響了其他行業(yè)的生產(chǎn),作為能源的***和油的供應(yīng)相對富余,因此,炭黑工業(yè)仍保持較高速度向前發(fā)展。到1970年產(chǎn)量為90317t,年平均增長率為15.1%。但在此期間,由于橡膠工業(yè)發(fā)展緩慢,使炭黑供過于求,導(dǎo)致1975年炭黑產(chǎn)量徘徊于100kt左右。至1976年炭黑產(chǎn)量上升到123763t。因此1976年炭黑年平均增長率僅為5.4%。在科技進步方面,利用尾氣燒鍋爐,應(yīng)用脈沖袋濾器,生產(chǎn)滾筒法高色素炭黑等,在此期間新增加了6家炭黑廠。
1979年,原化學工業(yè)部對***炭黑企業(yè)加強了管理,撥出10萬t重油,加上乙烯焦油的應(yīng)用成功,解決了全行業(yè)原料油不足的困境,從而使炭黑產(chǎn)量迅速增長,到1979年產(chǎn)量為188364 t,年平均增長率15%,炭黑再次出現(xiàn)供過于求,成為長線產(chǎn)品,1981年產(chǎn)量降為154500t。在此期間,在科技進步方面有了較快的發(fā)展,油-氣路線新工藝炭黑已初步開發(fā)成功,尾氣發(fā)電裝置投產(chǎn)。企業(yè)管理通過調(diào)整,整頓開始加強,從而為80年代炭黑工業(yè)的發(fā)展,創(chuàng)造了良好的條件。
1980年迄今為改革開放時期,從1982年開始,***炭黑產(chǎn)量穩(wěn)步上升,1989年為306kt ,1998年已達570kt,年平均增長率為7.2%。在科技進步方面,有了飛躍的發(fā)展,促進我國炭黑工業(yè)整體素質(zhì)的提高。我國自行開發(fā)研究的油-油路線新工藝炭黑的生產(chǎn)技術(shù)得到普遍推廣。萬噸新工藝炭黑大型生產(chǎn)裝置,***已建成12套,橡膠用炭黑的品種由于某種原因1個增至25年,產(chǎn)品質(zhì)量顯著的提高。每噸炭黑(以N330為例)的平均油由2.74t降為2.14t。各企業(yè)普遍提高了空氣預(yù)熱的溫度,采用了***袋濾器,研制出配套的濾袋等。尾氣發(fā)電、濕法造粒、微粒粉碎機以及微機控制生產(chǎn)一大批新技術(shù)、新裝備被推廣應(yīng)用,使整個炭黑工業(yè)上了一個新臺階。與此同時,特種炭黑諸如色素炭黑、導(dǎo)電炭黑,各種專用炭黑等加快發(fā)展步伐,以適應(yīng)油墨、涂料、塑料、制革等行業(yè)的日益增長的需求。