Qora oltin"ga aylanadigan uglerod tolasi qanday qilib neft/gidrokarbonlardan hosil bo'ladi?

Ishonchingiz kelmaydimi? Olimpiya chempionlarining sekundiga 300 km tezlikda to'pnishni uradigan raketalari, 2,3 soniyada 0-100 km/soat tezlikka chiqadigan F1 avtomashinalari, hamda atmosferani kesib o'tuvchi kosmik raketalarining tashqi qobiqlari — barchasining asosiy tayanchi neftni qayta ishlash paytida chiqadigan 'qora qoldiq'dan kelib chiqqan?

Bugun karbon tolaning materialshunoslikdagi 'eng yaxshi' sifatidagi ajoyib o'sishiga e'tibor qaratamiz. Oddiy neftli asfalt qancha sinovlarga duch korganidan qat'i nazar, kumushdan ham qimmatroq bo'lgan 'qora oltin'ga qanday aylanganini bilib oling!

Nima uchun uni "qora oltin" deb atashadi?
Ushbu aylanish yo'liga kirishdan oldin, avval karbon tolaga ko'pincha oltin solishtiriladigan sababini tushuntiradigan asosiy savolga javob beraylik:
(1) Narxi haqiqatan ham 'oltin qiymati': oddiy karbon tol bir kilogrammiga bir necha ming yuanni tashkil etadi, yuqori darajadagi kosmik sanoat uchun mo'ljallangan karbon tola esa bir kilogrammiga 20,000 yuanga yetishi mumkin — bu kumushdan (taxminan grammiga 5 yuandan) qimmatroq.

(2) Xususiyatlari ajoyib: Po'latning faqat to'rttadan biri og'irligida, lekin uning kuchidan o'n marta ustun, kuchli kislotalarda korroziyaga chidamli va -180°C haroratda ham shikastlanmaydi.

(3) Uning yetishmasligi haqiqatan ham ajoyib: global miqyosda faqat o'nlab davlat masshtabda ishlab chiqarish texnologiyasiga ega, yuqori sifatli uglerod tolasi "strategik material" sifatida tasniflanadi — istalganingizda ham olish qiyin bo'ladi.

Bu "universal mahsulot" neftni tozalashning bir qo'shimcha mahsuloti bo'lgan asfalt, ya'ni ko'mir qazilmalaridan olmoslarni ajratishga o'xshaydi, har bir bosqich esa mo'jizaga to'la.

Asfaltdan Uglerod Tolagacha: Har Bir Bosqichi E'tiborsiz Qoldirib Bo'lmaydigan Besh Bosqichli 'Alkimyo' Jarayoni!

Birinchi Qadam: Material Tanlovi — Eng Yaxshi Namunalar: Yuqori Sifatli Bitum
Barcha bitumlar qaytish imkoniyatiga ega emas. Oddatda yo'l qurilish uchun foydalanadigan bitumimizda juda ko'p aralashmalar mavjud va uglerod tarkibi past bo'lib, uni ishlatish maqsadga xizmat etmaydi. Faqat toza, uglerod tarkibi yuqori (90%), kumush va metallarning tarkibi esa kam bo'lgan "maxsus sifatli bitum" uglerod tolasi ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.

Muhandislar asfaltga "yuvish"ni amalga oshirish uchun erituvchilardan foydalanadi: oltingugurt, azot va og'ir metallar kabi aralashmalarini qumni shakillantirish kabi ajratib olish uchun uni maxsus erituvchilarga botiradi. So'ngra distillyatsiya uning molekulyar tuzilishini tozalaydi va tolaga cho'zilish imkoniyatini beradi hamda yuqori haroratlarga chidamli bo'ladi.

Ushbu bosqich sportchilarni tanlashga o'xshaydi: faqat "mustahkam poydevorga" ega bo'lganlar keyingi intensiv tayyorgarlikka chidasha oladi.

Ikkinchi qadam: Parda tortish — sochdan o'n marta inggiroq bo'lgan "oltin ip"larni tortib olish.
Tozalangan bitum 200–300°C gacha isitiladi va asaldek suyuq "suyuqlik"ga aylanadi. Bu suyuqlik so'ngra juda maydaroq teshiklarga ega bo'lgan "parda tortish plastinkasidan" o'tkaziladi — har biri atrofa 5–50 mikrometr diametrli (inson sochining 50–100 mikrometriga nisbatan) va inson sochidan ham inggiroq, mebellik ignadan ham nozik!

Ushbu teshiklardan siqib chiqarilgan asfalt tolalari darhol sovuq suv yoki sovutilgan havo ichiga botiriladi, shunda ular "sovinib qotadi" va uzluksiz "asfalt tola tolali to'plamlar" hosil qiladi. Bu bosqich ayniqsa yuqori texnik ko'nikmalarni talab qiladi: siqish tezligining biroz oshishi tolalarning uzilishiga olib keladi; sovutilish haroratining biroz pasayishi esa ularni singanoq qiladi; hatto bitta yopilgan teshik ham butun partiyadagi tolalarni ishlamaydigan qilib qo'yadi.

Bu "suniy ipak qurbaqachalar olishga" o'xshashi mumkin, faqat siqib chiqarilayotgan "tola" ipakdan o'n marta nozikroq.

Uchinchi qadam: Oldindan oksidlanish — Tolaga "o'tga chidamli kiyim" kiymtirish
Yangi o'ralgan asfalt tola juda nozik narsadir: unga eng mayda tortish kuchi ta'sir qilsa ham uziladi va eng mayda chaqmoq paytida ham alangalanadi. Uni mustahkam va egiluvchan qilish uchun birinchi qadam — uni o'tga chidamli qilishdir.

Suvli tolalar 150-300°C haroratdagi pechga joylashtiriladi va bir necha soat davomida sekin isitiladi. Bu jarayonda vodorod va kislorod qadam-qadama suvli toladan chiqib ketadi. Uning molekulyar tuzilishi chiziqli holatdan tarmoqlangan holatga o'tadi va rangi qora rangdan qoramtir jigarrangga o'zgaradi. Muhim jihat shundaki, u endi olovga chidamli bo'ladi!

Ushbu bosqichni mutlaqo o'tkazib yuborish mumkin emas: oldindan oksidlashni o'tkazib tashlab, bevosita yuqori haroratdagi ishlov berish suvli tolani darhol yonib ketishiga olib keladi va barcha avvalgi harakatlar befoyda bo'lib qoladi. Shuningdek, isish tezligi sekin bo'lishi kerak; tezlashtirish tolada "tengsiz ichki kuchlanish" ni keltirib chiqaradi va pishiqchalarga sabab bo'ladi.

To'rtinchi qadam: Karbonizatsiya — toza uglerod asosini olish uchun yuqori haroratda tozalash
Xom ip, endi "o't o'tkazmaydigan kiyim" ga o'ralgan holda, karbonizatsiya pechidagi "so'nggi sinovdan" o'tishi kerak. Bu pech 1000 dan 1800°C gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydi va kislorod bo'sh muhitni saqlashi kerak (aks holda uglerod uglerod tashqariga chiqib ketadi).

Shu kabi juda yuqori haroratlar ostida ipning tarkibidagi ugleroddan tashqari elementlarning (masalan, vodorod va azot) oxirgi izlari gaz sifatida "qochadi". Qoladigan narsa deyarli toza uglerod (uglerod miqdori 90%) bo'lib, uning molekulyar tuzilishi tartibli "grafitga o'xshash kristallar"ga aylanadi. Shu bosqichda "asfalt ipi" rasman "uglerod tolasi prekursori" darajasiga ko'tariladi!

Karbonizatsiya harorati karbon tolalar qiymatini bevosita belgilaydi: oddiy sanoat darajasidagi karbon tola taxminan 1000°C atrofida ishlab chiqarilishi mumkin, ammo kosmik texnikaga mos keladigan turlari 2000°C dan yuqori haroratlarni talab qiladi. Bu ancha tartibli karbon kristallar joylashuviga va bir necha marta oshgan mustahkamlikka olib keladi, bu esa narxni tabiiy ravishada oshiradi.

Beshinchi qadam: Sirtini iloji — Karbon Tolalari uchun Bog'lanishni O'rnatish
Yangi karbonizatsiya qilingan karbon tola shaffof oynaga o'xshash silliq sirtga ega bo'lib, smolya yoki metall kabi materiallar bilan biriktirilganda „sirpanib ketadi“ — ikkita silliq oyna plastinkasini bir-biriga bosib, keyin ulardan bir lahzada ajratilgandek. Keyinchalik ishlov berilgan karbon tola gazlama (avval muhokama qilingan karbon tola matosi) shaklida to'qiladi yoki qisqa tolalarga kesiladi va kompozit materiallarning "asosiy skeletini" hosil qiladi.
Shu paytgacha asfalt bilan boshlangan 2-3 oylik "metamorfiz" safari nihoyat tugaydi.

Bu kamdan-kam ma'lum bo'lgan faktlar odamlarning 90% uchun noma'lum!

1. Barcha karbon tolalar neftli gudrondan olinmaydi: neftli gudronga qo'shni ravishda, poliakrilonitril (PAN) va viskoz tola ham karbon tola ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. PAN asosidagi karbon tola jahon ishlab chiqarishning 90% ni tashkil etadi, gudron asosidagi karbon tola esa yuqori darajadagi, yuqori mustahkamlik talab qilinadigan sohalarga yanada mos keladi.

2. Bir tonna karbon tola ishlab chiqarish uchun 20 tonna xom-ashyo kerak bo'ladi: gudrondan karbon tolaga qadar bo'lgan jarayonda foydali chiqim darajasi 5% dan kam bo'ladi. Shu sababli narxi juda qimmat ekanligi ajab emas.

3. Xitoy monopoliyani buzdi: avvalgi davrlarda yuqori sifatli karbon tolaga Yevropa, AQSH va Yaponiya nazorat qilardi. Hozir Xitoy T1100-darajadagi karbon tolani (kosmik darajadagi) jumladan, import qilinuvchisidan 30% arzonroq narxda jadallik bilan ishlab chiqara oladi.

Qanday karbon tola mahsulotlar bilan tanishdingiz?
Karbon tola haqiqatan ham kundalik hayotimizdan juda uzoq emas: kosmik sohadan va avtomobillar sportidan tashqari, hozir u yuqori sifatli velosiped ramkalari, dronlar qanotlari va hatto mobil telefon korpuslarida ham qo'llanilmoqda.

Atrofingizda karbon tolali mahsulotlarga duch keldingizmi? Yoki ushbu material uchun kelajakdagi qo'llanilishini qanday tasavvur qilasiz? Fikrlaringizni sharhlarda ulashing!

Sodda neft asfalti bir necha oy davomida yuqori darajadagi ishlab chiqarishni ta'minlovchi "qora oltin"ga aylantirildi. Buning orqasida minglab muhandislarning millimetr darajasidagi aniqlikka intilishi hamda insoniyatning materialshunoslik chegaralarini kengaytirishga doimiy urinishi yotadi. Keyingi safar karbonli tolaga ega bo'lgan mahsulot bilan uchrashganingizda, eslang: bu bir vaqtning o'zida bekor qilingan neft qoldig'iga aylanib boshlangan edi.