س: ما هو الكربون الأسود الناتج عن التحلل الحراري؟
أسود الكربون الناتج عن التحلل الحراري (يشار إليه عادة باسم لوحة الدوائر المطبوعة, بايرو-سي بي، أو rCB) هو الصلب أسود فاحم منتج يتم الحصول عليه من التحلل الحراري لإطارات النفايات، أو المطاط النفايات، أو غيرها من المواد البوليمرية الغنية بالكربون.
أثناء عملية التحلل الحراري (عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 450 و900 درجة مئوية في ظروف نقص الأكسجين أو انخفاضه)، يتحلل أسود الكربون الصناعي الموجود أصلاً في الإطارات (مثل N330 وN660، إلخ) حرارياً. المنتج الناتج هو أسود الكربون المُغطى سطحه بزيت التحلل الحراري، والقطران، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، ومواد عضوية أخرى، بينما يرتفع محتوى الرماد (مثل ZnO وSiO₂ والكبريتيدات، إلخ) بشكل ملحوظ، ومن هنا جاء اسم "أسود الكربون الثانوي".
س: ما هي الاختلافات بين الكربون الأسود البكر والكربون الأسود التحلل الحراري؟
| غرض | الكربون الأسود البكر (VCB) | أسود الكربون بالتحلل الحراري (rCB) |
|---|---|---|
| مصدر | الاحتراق غير الكامل للبترول/الغاز الطبيعي | منتج ثانوي من عملية تحلل الإطارات المستهلكة بالحرارة |
| رماد | <0.5% | 10–20% (أو حتى أعلى) |
| المواد المتطايرة | <1.5% | 3–15% (القطران المتبقي، الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات) |
| مساحة السطح | 30-120 متر مربع/جم حسب الدرجة | مماثل في الأصل، ولكن تم تقليله بسبب البقايا المترسبة |
| النشاط السطحي | عالي | أقل (يتطلب تنشيطًا بعد العلاج) |
| الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات | منخفض جدًا | أعلى (قد يصل مستوى البنزو[أ]بيرين إلى مستويات جزء في المليون) |
| سعر | 8000-15000 يوان صيني/طن | 2000-5000 يوان صيني/طن (6000+ بعد التكرير) |
س: ما هي التطبيقات الرئيسية لـ rCB?
- منخفض المستوى: الوقود (القيمة الحرارية 28-32 ميجا جول/كجم)، المعالجة المشتركة لأفران الأسمنت
- متوسط المدى: حشو مطاطي (شبه معزز، يحل محل N550/N660)، ماستر باتشات بلاستيكية، ماستر باتشات ملونة
- الراقية (بعد التحسين): مركبات مداس الإطارات، مطاط غطاء الحزام الناقل، منتجات المطاط عالية الأداء؛ الاستبدال الجزئي لـ N234، N339، وما إلى ذلك.
س: لماذا يعتبر الكربون الأسود الخام الناتج عن عملية التحلل الحراري ضعيفًا في أداء التعزيز؟
لأن:
- السطح مغطى بالكربون غير المتبلور والقطران والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، مما يقلل المواد الكيميائية مواقع الترابط مع المطاط.
- يؤدي ارتفاع محتوى الرماد (خاصة ZnO وSiO₂) إلى بنية فضفاضة وقابلية تشتت ضعيفة.
- واسع حجم الجسيمات التوزيع؛ يتم إتلاف الكتل أو إعادة تجميعها.
س: ما هي الأسباب الرئيسية؟ التكرير/تعديل تكنولوجيات rCB؟
1. إزالة التطاير عند درجة حرارة عالية (المعالجة الحرارية الثانوية):
يزيل الفرن الدوار أو السرير المميّع بدرجة حرارة تتراوح بين 800 و1100 درجة مئوية القطران السطحي ومعظم الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات؛ وهي خطوة التكرير الأساسية.
2.طحن فائق الدقة + دقة مصنف الهواء :
يتم سحق الكربون الأسود الناتج عن التحلل الحراري إلى d50 = 2.5–4.5 ميكرومتر وd97 ≤ 10–15 ميكرومتر باستخدام مطحنة تصنيف الهواء، مع إزالة جزيئات الرماد الخشنة والتكتلات بدقة.
نتائج:
- تزداد مساحة السطح 15–40% (على سبيل المثال، من 50-60 متر مربع/جم إلى 80-110 متر مربع/جم)
- يزيد امتصاص زيت DBP 20–40 ×10⁻⁵ م³/كجم
- تتحسن قابلية التشتت بشكل ملحوظ؛ وتنخفض لزوجة موني 8–15 وحدة دولية
- تم تخفيض محتوى الرماد من 16% إلى 11–13% (إزالة الرماد ميكانيكيًا)
3. إزالة الرماد بالغسيل الحمضي: HCl/H₂SO₄ يزيل ZnO، كربونات الكالسيوم، إلخ؛ يمكن أن ينخفض الرماد إلى <5%.
4.التعديل التأكسدي: HNO₃، H₂O₂، والأوزون يقدمون مجموعات تحتوي على الأكسجين لتعزيز نشاط السطح.
5. تعديل البلازما/الميكروويف: إزالة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات بسرعة؛ فعالة للغاية ولكنها مكلفة.
6. التحبيب الرطب + السطح طلاء: عوامل ربط السيلان مثل Si69 وA-189 لتحسين توافق المطاط.
7. التحلل الحراري المستمر تحت الفراغ + التطاير المباشر: ترقيات عملية الواجهة الأمامية.
س: هل سيحل الكربون الأسود الناتج عن عملية التحلل الحراري محل الكربون الأسود البكر بالكامل؟
لا، لكنه سيصبح مكملًا رئيسيًا.
بواسطة 2030:
- الطلب العالمي على الكربون الأسود المستخدم في صناعة الإطارات ≈ 18 مليون طن
- إمدادات الكربون الأسود المستعاد (rCB): 1.5-2 مليون طن، أو 8–11%
- قد تفرض سياسات "الإطارات المستدامة" في الاتحاد الأوروبي محتوى 5–10% rCB
س: ما هي التحديات الرئيسية التي تواجه صناعة rCB؟
على الرغم من أن rCB تتمتع بمزايا بيئية واقتصادية، إلا أن التصنيع لا يزال يواجه عقبات:
- اتساق الأداء:
يؤدي التنوع في مواد تغذية الإطارات المستعملة إلى جودة غير مستقرة (حجم الجسيمات، البنية، مساحة السطح). - نسبة عالية من الرماد والكبريت:
تحد البقايا غير العضوية (ZnO، SiO₂، مركبات الكبريت) من الاستخدام في التطبيقات عالية الأداء. - قبول السوق:
تتطلب صناعة المطاط والإطارات دورات اعتماد طويلة؛ ولا تزال ثقة السوق في طور النمو.
س: كيف يمكن للمستخدمين العاديين الحكم على جودة rCB؟
قم بإلقاء نظرة على خمسة مؤشرات رئيسية (يفضل أن يتم ذلك من خلال اختبار طرف ثالث):
- الرماد (550 درجة مئوية): ≤10% (كلما كان أقل كان أفضل)
- الخسارة عند التسخين (950 درجة مئوية): ≤2%
- إجمالي 16 الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات: ≤200 جزء في المليون (للتطبيقات الخاصة بإطارات السيارات)
- امتصاص DBP: ≥90 ×10⁻⁵ م³/كجم (تم الاحتفاظ بالهيكل)
- مساحة سطح BET: ≥80 م²/جم (≥100 متر مربع/جم للدرجات الراقية)
أسود الكربون بالتحلل الحراريتتطور هذه الصناعة بسرعة من "تحويل النفايات إلى قيمة" إلى مادة تقوية خضراء عالية الأداء. يكمن السر في تكنولوجيا المعالجة اللاحقة المتقدمة والامتثال للوائح التنظيمية. ستكون السنوات الخمس المقبلة فترة ذهبية لإعادة هيكلة الصناعة وتحقيق إنجازات نوعية.
شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.
— نشر بواسطة إميلي تشين