Instituto Politécnico NacionalESCUELA SUPERIOR DE I N G E N I R I E A Q U I M I C A E

I ND US T R I A S EXTRACTI VAS

ESTUDIO DFL PROCESO DE OBTENCION DE NEGRO DE tfUMO EN MEXICO

T E S I SQ U E P A R A O B T E N E R F L T I T U L O D E :

INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL P R E S E N T A N

CAMACHO BECERRA FRANCISCO A.SOLANO URBAN HECTOR A.

M é x i c o , D . F . 1 9 8 6

S E C R E T A R I A D E E D U C A C I O N

P U B L I C A

D I V I S I O N D E S I S T E M A S D F T I T U L A C I O N

M é x ic o , D . F . , a lo de Julio de 1986

I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A LESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

A l( lo s ) C . P a * a n fe ( sJ : C a r r e r a : G e n e r a c ió nF R A N C IS C O A L F R E D O CAMACHO B E C E R R A .H E C T O R A R IS T E O SO LA N O U R B A N . I . Q . I . 1980-1981*P r e s e n t e .

M e d i a n t e l a p r e s e n t e s e h a c e d e s u c o n o c im ie n t o q u e e s t a D iv i s ió n a c e p t a q u e e l

C In g M W t t T O E S A Q Q W t . S E R R A N O . ............................................................................. M o r i e n t a d o r

e n e l T e m a d e T e s i s q u e p r o p o n e ( n ) u s t e d ( e s ) d e s a r r o l l a r c o m o p r u e b a e s c r i t a e n l a o p c io nTESIS COLECTIVA. (. 2 .Alumnos ) . ............................................................................................... b a fo e l

t i t u lo y c o n t e n id o s i g u i e n t e * .

" E S T U D IO D E L P R O C E S O Y O B T E N C IO N D E L N EG R O D E HUMO E N M E X IC O . "

R E S U M E N .I . - IN T R O D U C C T C N .

I I . - O B J E T IV O .III.- PRODUCTOS NACIONALES.

I V . - P R O C E S O S I £ F ^ B R IC A C IO K .V . - ^ F O C E S O D E O B T E N C IO N E N M E X IC O .

V I . - P R O P IE D A D E S í 'H U EB i S a : C O N T R O L .V i l . - C L A S IF IC A C IO M Y N O M E N C L A U R A .

V I I I . - ^ I Z C A C IO H E S .I X . - H S E s r S C IX V A S D E L N E 2 R 0 D E HUMO £ N E L M ERC A DO N A C IO N A L .

X . - C O N C L U S IO N E S .BIBLIOGRAFIA.

D E T I T U L A C I O N

CON CAR IÑO Y GRAT ITUD

POR SU CONSTANTE APOYO.

A MIS PADRES:

A L I N G E N I R O R U B E N O C A M P O .

P O R S U V A L I O S O A U X I L I O .

A N U E S T R O S P R O F E S O R E S

\ C O L A B O R A D O R E S .

C O N T E X

C O N T E X T O

Pag.

INTRODUCCIONI n t r o d u c c i ó n .......................................................................................................... 9

I F I N A L I D A D

F i n a l i d a d ................................................................................................................... 1 2

I I . - P R O C E S O S D E F A B R I C A C I O N . . .......................................................................... 1 5

1 . - P r o c e s o d e c a n a l .............................................. 1 6

2 Proceso d e a c e t i l e n o ................................... 1 8

3 . - P r o c e s o t é r m i c o ...................................................................................... 1 9

4 . - P r o c e s o d e h o r n o ................................................................................... 2 0

5 . - I istfc d e p r e c i a s d e l negro d e humo t i p o horno e n e l

nercsdo l ' aci onal e I n t e r n a c i o n a l

I I I . - PRODUCTORES N A C I O N A L E S

1 . - T i p o s y g r a d o s p r o d u c i d o s ........................................................ 2 3

2 . - P r o d u c c i ó n y c o n s u m o a p a r e n t e ............................................. 2 4

3 . - D e m a n d a e s t i m a d a ................................................................................... 2 5

4 . - D i s t r i b u c i ó n d e c o n s u m o o o r u s u a r i o ........................... 2 6

5 . - D i s t r i b u c i ó n d e l m e r c a d o p o r g r a d o .............................. 2 7

6 . - D i s t r i b u c i ó n m u n d i a l d e p l a n t a s d e n e g r o d e h u

rao ................................................................. 2 8

1 . - M a t e r i a s p r i m a s y s e r v i c i o s a u x i l i a r e s ........................ 3 1

1 . 1 . C a r a c t e r í s t i c a s d e a c e i t e ............................................ 3 3

1 . 2 . O t r a s d e t e r m i n a c i o n e s ....................... 3 4

1 . 3 . G a s n a t u r a l ................................................... 3 6

1 . 4 . C a r a c t e r í s t i c a s d e l g a s n a t u r a l .............................. 3 7

1 . 5 . A i r e d e p r o c e s o ....................................................................... 3 7

1 . 6 . A g u a d e p r o c e s o ....................................................................... 3 8

1 . 7 . S e r v i c i o s a u x i l i a r e s ........................................................... 3 8

a ) A i r e d e s e r v i c i o ............................................................. 3 8

b ) V a p o r ................................................ 3 8

c ) S i s t e m a d e A g l u t i n a c i ó n ..................................... . 3 9

d ) E l e c t r i c i d a d ......................................................................... 3 9

2 . - A r e a d e r e a c t o r e s ................................................................................. 3 9

2 . 1 . C á m a r a d e c o m b u s t i ó n ......................................................... 4 0

¿ , ¿ . S e c c i ó n d e r e a c c i ó n ............................................................ 4 0

2 . 3 . S e c c i ó n d e e x t i n c i ó n ......................................................... 4 1

3 . - S e p a r a c i ó n y r e c o l e c c i ó n ............................................................. 4 1

4 . - P e l e t i z a d o y s e c a d o ........................................................................... 4 2

5 . - A l m a c e n a m i e n t o y e m b a r g u e ........................................................... 4 4

6 . - D i a g r a m a d e B l o q u e s ................................................................................. 4 6

IV.- PROCESO DE OBTENCION EN MEXICO Pa9>

1 . - A r e a s u p e r f i c i a l .......................................................................... 4 8

1 . 1 . M é t o d o A S T M D - 1 5 1 0 ...................................................................... 4 8

1 . 2 . M é t o d o A S T M D - 3 0 3 7 ...................................................................... 4 9

1 . 3 . M é t o d o A S T M D - 3 7 6 5 ...................................................................... 4 9

2 . - T a m a ñ o d e p a r t í c u l a .............................................................................. 4 9

3 . - E s t r u c t u r a ........................................................................................................ 5 0

3 . 1 . M é t o d o A S T M - D - 2 4 1 4 .................................................................... 5 0

3 . 2 . M é t o d o A S T M - D - 3 4 9 3 .................................................................... 5 0

4 . - A c t i v i d a d s u p e r f i c i a l ........................................................................ 5 1

5 . - P r u e b a s d e p u r e z a .................................................................................... 5 3

5 . 1 . R e s i d u o e n m a l l a 3 5 y 3 2 5 ............................................... 5 3

5 . 2 . Pérdidas p o r calentamiento ............................................ 5 3

5 . 3 . Contenido de cenizas .............................................................. 5 3

5 . 4 . Decoloración e n tolueno ..................................................... 5 4

6 . - P r u e b a s d e c a l i d a d ................................................................................. 5 4

6 . 1 . C o n t e n i d o d e f i n o s ................................ 5 4

6 . 2 . Dureza de gránulo y resistencia al compacta m i e n t o ....................................................................................................... 5 4

6 . 3 . D e n s i d a d a p a r e n t e ....................................................................... 5 4

V . - P R O P IE D A D E S Y P R U E B A S D E C O N T R O L P a g .

1 . - R e s i s t e n c i a a l a a b r a s i ó n ............................................................. 5 6

2 . - P o d e r r e f o r z a n t e ....................................................................................... 5 6

2 . 1 . O t r o c r i t e r i o d e c l a s i f i c a c i ó n ................................ 5 8

3 . - P r o c e s a m i e n t o ................................................................................................ 5 8

4 . - O s o f i n a l ........................................................................................................... 5 8

5 . - T a m a ñ o d e p a r t í c u l a ............................................................................... 5 9

6 . - P r o p i e d a d e s e l e c t r o l í t i c a s .......................................................... 5 9

7 . - S i s t e m a n u m é r i c o ............................................................. .. ....................... 6 0

7 . 1 . P r i m e r c a r á c t e r ............................................................................ 6 0

7 . 2 . S e g u n d o c a r á c t e r ......................................................................... 6 0

7 . 3 . T e r c e r y c u a r t o d í g i t o s ............................ 6 1

7 . 4 . Ntí mero d e s e r i e .......................................................................... 6 1

7 . 5 . A s i g n a c i ó n d e l a s e r i e N - 1 0 0 y N - 9 0 0 .............. 6 1

8 . - E s p e c i f i c a c i o n e s ............................................................... 6 3

V I I . - A P L I C A C I O N E S

1.- Industria hulera ............................. 732 . - P i g m e n t o s ........................................................................................................... 7 4

3 . - I n d u s t r i a e l é c t r i c a .............................................................................. 7 5

4 . - A p l i c a c i o n e s p o r g r a d o ..................................................... 75

VI.- CLASIFICACION Y NOMENCLATURA Pa9*

P e r s p e c t i v a s d e l n e g r o d e humo e n e l m e r c a d o n a c ió

c i o n a l .................................................................................................................................. 7 g

I X . - C O N C L U S I O N E S

C o n c l u s i o n e s ............................................................................................................... 7 9

B I B L I O G R A F I A

B i b l i o g r a f í a .............................................................................................................. 8 1

VIII.- PERSPECTICAS DEL NEGRO HUMO EN EL MERCADO NACIONAL ? a<3 •

I. - I N T R O D U C C I O N

I N T R O D U C C I O N

El término "negro de humo" abarca un grupo importante de car­bones industriales que se emplean principalmente como agentes re­forzantes en la fabricación de artículos de hule y como pigmentos en la industria de tintas y pinturas.

El negro de humo es un material compuesto esencialmente de -- carbón elemental. Las partículas son de forma casi esférica enla­zadas entre sí, formando agregados del tamaño de un coloide.

En sus formas más primitivas, la manufactura del negro de hu­mo data de civilizaciones antiquísimas, cuando el hombre empezó a emplear este pigmento en la elaboración de tintas. En el siglo --III. A. de C., los chinos ya producían tintas de excelente calidad cuya base eran los negros de humo de lámpara, los cuales eran pro­ducidos al quemar astillas de madera resinosas bajo platones de ce rámica invertidos, el negro de humo quedaba depositado en ellos y posteriormente era removido en forma manual .

Con el crecimiento de la industria de tintas y pinturas, au­mentó la demanda de los negros de humo, desarrollándose procesos - de mayor capacidad para satisfacer las necesidades del mercado, y así surgieron el proceso de canal, el térmico, el de acetileno y - proceso de horno.

9

Aunado a lo anterior, el desarrollo acelerado de la indus- - tria hulera incrementé los requerimientos de negro de humo, por - lo que se optimizaron los procesos existentes tanto para aumentar la elaboración de nuevos productos que la industria requería.

De ésta manera apareció el proceso de horno que es más e f i — ciente que los anteriores y produce una gama mis amplia de negro de humo.

(10)

I I . - F I N A L I D A D

F I N A L I D A D 12

El presente trabajo tiene como finalidad despertar el interés del estudiante, ingeniero o técnico que desee introducirse por pri_ mera vez en este campo, asi como para aquél que ya lo está y quie­ra recordar algunos aspectos de fundamental importancia.

La industria del negro de humo tiende a crecer, las perspecti^ vas de desarrollo son muy buenas.

La gran demanda de este producto para la elaboración de una - gran variedad de artículos es ahora un hecho, pero sin duda alguna en los años siguientes se encontrarán nuevas aplicaciones viéndose integrado en distintos artículos. Para ello tal vez se tendrán -- que hacer innovaciones interesantes e ingeniosas en los procesos - que actualmente conocemos, para satisfacer las consecuentes deman­das del mercado nacional, así como el extranjero.

Consideramos que el desarrollo de esta industria será de los más altos en el país, por lo cual, el ingeniero en este campo debe estar preparado, ya que las oportunidades de desarrollo y realiza­ción profesional serán grandiosas.

13

En este trabajo se presentan aspectos tales como procesos de producción, clasificación técnica, pruebas de control de calidad - de materia prima y producto terminado, pero fundamentalmente se -- trata el proceso de horno con aceite que es el más comercial y más importante en el mundo.

LISTA DE PRECIOS DEL NEGRO DE HUMO.

MERCADO NACIONAL (MONEDA NACIONAL)

IDENTIFICACION(A.S.T.M)

NEGRO DE HUMO (TIPO)

EN SACOS $/TON

A GRANEL S/TON

N-220 ISAF 420,178.00 386,524.00N-330 HAF 370,713.00 337.059.00N-339 HAF-HS-M 388,188.00 354,535.00N-347 HAF-HS 388,388.00 346 ,685.00N-550 FEF 358 ,446.00 324 ,792.00N-660 GPF 347 ,460.00 313,806.00

LISTA DE PRECIOS DEL NEGRO DE HUMO,

(MERCADO INTERNACIONAL)(EN DOLARES)

IDENTIFICACION(A.S.T.M)

N. 220 N-330 N-339 N-347 N-550 N-660 N-650

NEGRO DE HUMO (TIPO)

ISAFHAFHAF-HSHAF-HSFEFGPFGPF-HS

EN SACOS $/TON

342.00298.00298.00298.00287.00248.00287.00

(Estos Precios Corresponden al Año 1986 Sujetos a Ajustes)

(14)

II.- P R O C E S O S D E F A B R I C A C I O N

1 . - PROCESO DE CANAL

Hasta antes de emplear el proceso de horno en la década de

los 40*s, el proceso de canal fue usado para suministrar la casi

totalidad de los requerimientos de negro de humo de la industria

hulera mundial.

En este proceso se emplea gas natural como materia prima, -

el cual sufre una combustión incompleta y carbonización en una -

cámara de reacción donde se producen cientos de pequeñas flamas

humeantes que se hacen incidir contra canales de acero donde se

deposita negro de humo como partículas sólidas de carbón fínamen

te divididas de diferentes diámetros de partículas.

La reacción es compleja y dentro de los componentes de la -

mezcla, producto de la reacción se han detectado principalmente:

co CO2 H2°g ¥ trazas de componentes sulfurados, según la cora- '

posición del gas natural alimentado.

Los canales de acero se desplazan lentamenta hacia unas ras

quetas estacionarias cuya función es remover el negro de humo de

positado en los canales haciéndolo caer sobre una tolva y de és­

ta a transportadores que lo conducen a separadores de impurezas.

Posteriormente el negro de humo es llevado a separadores neumSti

eos con el objeto de separar las partículas de cíue se sus—

penden en una corriente fluidizada sólido-gas.

(16)

El negro de humo separado es alimentado a los pulverizado—

res y enseguida a los peletizadores.

Una vez efectuado el peletizado el negro de humo es almace­

nado en silos, de los cuales puede ser tomado para envasarse o -

enviarse a granel.

Los negros de humo de canal imparten buenas propiedades re­

forzantes a los artículos de hule, buen funcionamiento dinámico,

alta resistencia al desgarre y buena adhesión del hule a fibras

y metales. También son excelentes pigmentos empleados en la fa—

bricación de tintas y lacas.

Los tamaños de partículas obtenidos por este método oscilan

entre 7 y 30 milimicras.

El rendimiento del proceso de canal es bajo, ya que solamejj

te el 5% del contenido de carbón del gas es convertido en negro

de humo, lo cual lo hace un proceso caro. En adición a lo ante—

rior este proceso produce una alta contaminación al medio ambien

te, por lo que tiende a desaparecer.

En la siguiente figura se muestra un diagrama simplificado

de este proceso.

(17)

P R O C E S O D E C A N A L

2 . - PROCESO DE ACETILENO

El negro de humo de acetileno se obtiene por la descomposi­

ción exotérmica del acetileno en una cámara cubierta de refracta

rio. Debido a que el calor liberado por la pirólisis del acetile

no gaseoso es suficiente para mantener la reacción a temperatura

elevadas, la cámara solamente necesita un precalentamiento al —

inicio de la reacción, el acetileno se alimenta y se transfor

ma a carbón e hidrógeno en forma continua.

El negro de humo producido se recolecta junto con los gases

de salida y se separa de ellos por medio de filtración sólido-gas

en filtros denominados de bolsa. Los gases de salida son oxida—

dos para convertir el hidrógeno en agua.

La alta temperatura’de reacción, el alto contenido de car—

bón del acetileno y el relativamente alto tiempo de residencia -

produce un tioo único de negro de humo, ya que posee una estruc­

tura altamente desarrollada comparada con los otros tipos comer­

ciales .

El negro de humo de acetileno se usa principalmente en las

pilas secas debido a su alta capacidad de absorción y a su exce­

lente conductividad eléctrica.

(18)

3 . - PROCESO TERMICO.

Este proceso así como el proceso de acetileno depende de la

descomposición térmica de hidrocarburos en estado gaseoso en au­sencia de aire o flamas. Industrialmente estas relaciones de pi­

rólisis se denominan "cracking".

El gas natural se descompone en carbón e hidrógeno durante

su paso a través de grandes hornos cilindricos cubiertos de mate rial refractario a una temperatura promedio de 1300°C.

En este proceso se emplean dos reactores, ya que mientras - se produce negro de humo en un reactor, un segundo reactor de — idéntico diseño se calienta con una mezcla estequiométrica de — aire y gas. Cuando el refractario del primer reactor se enfría - por debajo de la temperatura óptima de desintegración , la unidad es puesta en ciclo de calentamiento y el otro reactor es puesto en ciclo de operación.

Los negros de humos térmicos poseen los tamaños de partícu­las más grandes y la más baja estructura de todos los tipos co—

merciales.

Tienen amplia aplicación como cargas reforzantes en produc­

tos de hule.

El rendimiento de este proceso varia entre el 40 y 50% de - conversión del contenido de carbón del gas a negro de humo.

( 1 9 )

r iLTHOS *01 JA

P r o c e s o t é r m i c o p a r a l a f a b r i c a c i ó n d e n e g r o d e h u m o

4 . - PROCESO DE HORNO.

El proceso de horno es el más eficiente y versátil de todos. Prácticamente el 98% de los tipos de negro de humo empleados en la industria hulera mundial se fabrican por el proceso de horno.

En este proceso se utiliza como materia prima de alimenta— ción un aceite proveniente de los residuos aromáticos de la refj.

nación del petróleo o de operaciones petroquímicas.

El reactor es un cilindro de acero recubierto en su interior con ladrillo refractario para protección de las altas temperatu­

ras.

El aceite es inyectado por medio de un atomizador al reac— tor junto con una corriente de gases de combustión de alta velo­cidad producidos al quemar un combustible auxiliar, que general- mante es gas natural, en presencia de aire en exceso. Una porción *3] aceite se quema para mantener la temperatura de flama, pero la mayoría es pirolizado para formar negro de humo e hidrogéno.

El rendimiento de este proceso está comprendido entre el 50 y "70% dependiendo principalmente del área superficial del produc to. A mayor área superficial, menor es el rendimiento debido a -

las temperaturas de reacción. La estructura de los negros de hu­mo se ajusta mediante la adición de pequeñas cantidades de sales

de metales alcalinos a la zona de flama.

(20)

- Z o n a d e c o m b u s t i ó n . - L o n d e e l c o m b u s t i b l e e n e s t e c ó s o g a s n a t u ­

r a l y a i r e s e i n t r o d u c e n p a t a m e z c l a r s e y q u e m a r s e a l c a n z a n d o t e m

p e r a t u r a s d e f l a m a q u e v a n d e 1 2 0 0 a 1 7 0 0 9 C d e p e n d i e n d o d e l n e g r o

d e humo q u e s e v á a p r o d u c i r .

- 7 o n a d e F x t i n c i ó r , e n é s t a 7 o n a l a r e a c c i ó n e s r t p t p n i d á b r u s c a m e r ^

t e m e d i a n t e u n a s b o q u i l l a s a s o e r s o r a s d e s a u a d e e n f r i a m i e n t o q u e

a b a s t e n l a t e m p e r a t u r a a 7 0 0 a r a d o s c e n t í q r a d o s a p r o x i m a d a m e n t e .

- '’ o n ó d e R e a c c i ó n , a q u í s e l l e v a a C a b o l a d e s i n t e g r a c i ó n y f r a q m e n

t a c i ó n d e l a s m o l é c u l a s d e l a c e i t e p r o d u c i e n d o á t o m o s d e c a r b ó n -

l o s c u a l e s s e a g l o m e r a n f o r m a n d o p a r t í c u l a s d e n e g r o d e h u m o .

L o s p r o d u c t o s d e l r e a c t o r p a s a n p o r i n t e r c a m b i a d o r e s d e C a l o r

u s a d o s p a r a p r e C a l e n t a r e l a i r e d e c o m b u s t i ó n y e l a c e i t e , a l m i s

mo t i e m p o q u e s e e n f r í a n l o s p r o d u c t o s .

E l r e s t o d e l e q u i p o t i e n e c om o f i n a l i d a d s e p a r a r a l n e g r o d e

humo d e l o s q a s e s d e c o m b u s t i ó n y p r e p a r a r l o a d e c u a d a m e n t e p a r a e l

u s u a r i o .

El reactor está dividido en tres zonas, a Sober:

( 2 1 )

Las o p e r a c io n e s in v o lu c r a d a s son fundam entalm ente:

- Filtración sólido-gas.- Molienda.

Peletizado.Secado.

- Envasado.

Según se muestra en el siguiente diagrama de flujo simplificado.

( 2 2 )

Y SECADO

PRIMAS REACTORES PRECALENTAOORDE ACEITE

AGLOMERADOR

FILTROSBOLSASOPLADOR

AREA DESEPARACION

PRECALENTADOR

ACEITE

AGUATANQUE

SEPARADORM A G NE T I C O

COLECTORMETALES CRIBA

C I C L ON ES

TANQUE DE REPROCESOSECADOR

P EL E T I Z A D O R E S

FILTROS BOLSA SECUNDARIOS

ELEVADO ELEVADOR

TRANSPORTADORVIBRATORIOENSACADORj

□ □ □

TRANSPORTADORo o o o oAREA DE ALMACEN

VIBRATORIOAREA DE PELETIZADO« KR OP U LV ER I Z ADORES

AREA DE MATERIAS AREA DE

D I A G R A M A D E F L U J O S I M P L I F I C A D O

I I I . - P R O D U C T O R E S

N A C I O N A L E S

- NEGROMEX.- Tiene localizada su planta a 5 Km., al éste de Salamanca en el Estado de Guanajuato. Su capacidad ins­talada es de aproximadamente 100 000 toneladas anua

les.

- HULES MEXICANOS.- Tiene sus instalaciones en el corredor industrial Tampico-Altamira, en el Estado de Ta—maulipas, con una capacidad instalada de - - 96 000 toneladas.

1.- TIPO Y GRADOS PRODUCIDOS.

El tipo de negro de humo producido en México es de horno y vulcanización normal y los diferentes grados que se fabrican son

los siguientes:

Los productores d e n e g ro de humo en la R e p ú b lic a M exicana -

son:

N-220 ISAF

N-330 HAF

N-339 HAF MejoradoN-347 HAF-HSN-550 FEF

N-650 GPF

(23)

2 . - PRODUCCION Y CONSUMO APARENTE.

Los datos de producción, importación, exportación y consumo aparente de los dltimos años , expresados en toneladas son las si guientes:

AÑO PRODUCCION IMPORTACION EXPORTACION CONSUMO APAR](Ton) (Ton) (Ton) (Ton)

1977 51 ,723 4136 3095 52 ,764

1978 72 ,791 2511 8402 66,9001979 65,492 1138 17458 49.1221980 73 ,627 1961.9 (11832) 63.756.91981 77,057 2227.7 9799 69,485.71982 84 ,523 912.3 9176 76 ,259.31983 85 ,744 407 15356 70 ,7951984 95 ,7 30 751 33800 62 ,591

( 2 4 )

3 . - DEMANDA ESTIMADA.

La proyección de la demanda as£ como el porcentaje de aumen­to para los próximos 5 años es la siguiente.

ASO DEMANDA (TONELADAS) % DE INCREMENTO

1985 95 000 0%1986 95 000 0%1987 95 000 0%1988 107 274 12.92%1989 123 054 13.71%1990 138 841.8 12.83%

( 2 5 )

MILE

S DE

TONE

LADA

S DE

NE

GRO

DE

HUMO

A

NUA

LES

GRAFICA DE DEMANDA ESTIMADA.

140 -■

130 -

.)-------1------ 1------1 ■ — ♦ ^19 85 86 67 66 89 90 AÑOS

120 ..

110-

1 — " I PROYECCK* DE DEMANDA.

LA

4 . - DISTRIBUCION DE CONSUMO POR USUARIO.

USO

Llantas

Artículos automotrices

Artículos mecánicos de hule y productos industriales.

Tintas, pinturas y aplicacio­nes en la industria del papel y el plástico.

9 . 9 %

0.2%

11.1%

% DE LA PRODUCCION

78.8%

(26)

5 . - DISTRIBUCION DEL MERCADO POR GRADOS.

SERIE % DEL MERCADO

N-330 (HAF) 46.1

N-600 (GPF) 20.3

N-500 (FEF) 11.5

N-700 (SRF) 8.8

N-200 (ISAF) 8.0

N-900 (THERMAL) 4.4

N-100 (SAF) 0.9

( 2 7 )

6 . - DISTRIBUCION MUNDIAL DE PLANTAS DE NEGRO DE HUMO.

PAIS

NORTEAMERICA

CANADA

MEXICO

ESTADOS UNIDOS

SUDAMERICA

ARGENTINA

BRASIL

COLOMBIA

PERU

VENEZUELA

EUROPA

GRAN BRETAÑA

FRANCIA

ALEMANIA OCCIDENTAL

HOLANDA

ITALIA

ESPAÑA

SUECIA

YUGOSLAV IA

NUMERO DE PLANTAS

3

232

13

211

5

3

5

24

3

1 1

( 2 8 )

PAIS NUMERO DE PLANTAS

INDIA 5

INDONESIA 1

JAPON 9

COREA 1

MALASIA 1

FILIPINAS 1

TAIWAN 1

AFRICA 1

AUSTRALIA Y ASIA

AUSTRALIA 3

ORIENTE MEDIO

IRAN 1

ISRAEL 1

TURQUIA 2

(29)

LAS FIRMAS COMERCIALES ESTADOUNIDENSES SON;

ASHLAND OIL ING.

CABOT CORPORATION

CITIES SER/ICE CO. INC.

COLTEXO CORP.

COLUMBIAN CARBON CORP.

COMMERCIAL SOLVENTS CORP.

CONTINENTAL CARBON COMPANY.

CONTINENTAL ENERGY CORP.

DOUGLAS OIL CO.

GREACT LARES CARBON CORP.

J. M. HUBER CORP.

PHILLIPS PETROLEUM CO.

SHAWINIGAN PRODUCT CORP.

SHELL CHEMICAL CO.

SID RICHARDSON CARBON CO.

THERMOTOMIC CARBON CO.

UNIO CARBIDE CORP.

UNITED CARBON CO.

( 3 0 )

IV.- P R O C E S O D E O B T E N C I O N

E N M E X I C O

PROCESO DE OBTENCION EN MEXICO.

El proceso de fabricación de negro de humo utilizado en Mé-

cio (Hules-Mexicanos) es el moderno de horno, con tecnología de

Ashland Chemical Company, división especializada de Ashland Oil

Inc.

La planta de negro de humo se divide en las siguientes áreas.

1.- Area de materias primas y servicios auxiliares.

2.- Area de Reactores.

3.- Area de Separación y Recolección.

4.- Area de Peletizado y Secado.

5.- Area de Almacenamiento y embaraue.

1.- MATERIAS PRIMAS Y SERVICIOS AUXILIARES.

ACEITE DE CARGA.

El aceite de carga empleada en la producción de negro es re

siduo altamente aromático de la destilacii? ■> de3 r1 auitrán de hu­

lla o de la desintegración catalítica c?e querosinas el cual se recibe a través de ductos o pipas, procedentes de la refineria -

que esté ubicada cercanamente.

El aceite es descargado a los tanques de almacenamiento, -

los cuales están provistos de calentadores y agitadores con el

(31)

propósito de mantener al aceite lo más caliente posible y de es­

ta forma lograr su adecuado flujo al proceso.

La principal consideración en la selección de un aceite pa­

ra producir negro de humo es la relación hidrógeno-carbono.

El negro de humo puede fabricarse utilizando moléculas que

contengan parafinas, olefinas, aromáticos o moléculas aromáticas

polinucleares, siendo éstas últimas las más deseables en el pro­

ceso, ya que a medida que aumenta el número de anillos aromáti—

eos unidos entre si, la relación hidrogeno-carbono es menor, y -

por lo tanto, el rendimiento de negro de humo por unidad de ace_i

te es mayor.

A continuación se muestra la estructura deseable de las mo­

léculas de aceite aromáticos polimoleculares.

( 3 2 )

H\ C C Cv * \ * \ # \c c Nc cI I I !ic C C CH^ / ^ / ^ /CH C C

I ICH C C CH

\ / / \ * \ / % / ^ / c c c c cx! I II I IC C C C c

\ ^ \ ^ XC c C c

H H

E S T R U C T U R A D E S E A B L E D E L A S

M O L E C U L A S D E A C E I T E S A R O M A T I C O S P O U N U C L E A R E S

ün análisis típico de aceite, derivado de las unidades de -

desintegración catalítica de las refinerías de petróleo, es el - siguiente:

1 . 1 . - CARACTERISTICAS DE ACEITE:

Propiedades Físicas

B M C I ------------------------------------ 125.0Densidad API a 15. 6°C (60°F)------------- 0.0

Densidad a 15.6°C(60°F) -------------- 1.076

Temperatura de congelación °C --------- 7.8 (46°F)

Temperatura de Ignición °C ------------ 82.2 (180°F)Viscosidad, SU a 98. 9°C (210°F)-------- 48.0

Composición en %

Carbón--------------------------------- 90.50

Hidrogéno------------------------------ 7.70Azufre--------------------------------- 1.27

Oxígeno--------------------------------- 0.30

Cenizas-------------------------------- 0.04

A g u a ----------------------------------- 0.05

Sodio, P P M ----------------------------- 0.04Potasio, P P M --------------------------- 0.10

(33)

Asfáltenos, % --------------------------------- 3.2

Residuos de carbón % --------------------------8.6

1 . 2 . - OTRAS DETERMINACIONES EFECTUADAS AL ACEITE SON:

DESTILACION.

% Destilado °C ®F

10 327.2 621.0

30 367.8 694.0

50 405.0 761.0

70 437.8 820.0

90 471.1 880.0

Promedio 401.7 755.0

El BMCI o Índice de correlación de la Oficina de Minas es -

una relación empírica entre la gravedad específica y el punto de

ebullición promedio del aceite, (temperatura Promedio del 10, —

30, 50 , 70 y 90% de aceite destilado) , cuya definición es:

BMCI = 48640 + 4 7 3 J (G) _ 456 gK

Donde, K es la temperatura de ebullición promedio expresada

en °K y G es la gravedad específica a 15.6 grados centígrados o

60 grados F.

El BMCI es una medida indirecta de la aromaticidad y por lo

( 3 4 )

tanto, del contenido del carbón del aceite, por lo que es un ins

truniento ütil para comparar aceites similares para la producción

de negro humo.

La densidad es un indicador indirecto de la calidad del - -

aceite, ya que se utiliza en la determinación del BMCI.

La temperatura de congelación se verifica siempre, con el -

objeto de cerciorarse que el aceite no solidifique en los depósj.

tos y líneas. El punto de ignición se determina para garantizar

que el material pueda ser manejado y almacenado con seguridad, -

esto se hace normalmente en lugares donde la temperatura ambien­

te es relativamente baja.

La viscosidad es usada para medir la facilidad de bombeo —

del aceite. El análisis para determinar el contenido de carbón,

hidrógeno, azufre, oxígeno, etc., se correlaciona con las propie

dades y rendimientos del negro de humo que va a producirse.

Las cenizas en el aceite son impurezas que proceden princi­

palmente de los catalizadores empleados en la desintegración ca­talítica. Estas impurezas aparecen en el producto final, ocasio­nando degradación en las propiedades reforzantes de los compues­tos de hule que se haya mezclado con negros de huno co* alto con tenido de cenizas.

El agua es un material contaminante que se incorpora gene—

raímente durante el manejo y transporte del aceite. Su determina

ción es importante, ya que los aceite con alto contenido de hume

dad producen negros de humo de baja estructura.

La presencia de sodio y potasio en los aceites se debe a —

las sales disueltas en el agua o atrazas residuales de los lava­

dos caüsticos a que son sometidos algunos aceites.

La prueba de asfáltenos y residuo de Carbón indican la ten­

dencia de los aceites a formar coque. La formación de coque es -

indeseable, ya que se trata de un material diferente al negro de

humo que origina problemas de procesabilidad cuando es mezclado

con el hule.

El propósito de la destilación es obtener las temperaturas

de ebullición del aceite y calcular el BMCI.

1 . 3 . - G AS N A T U R A L .

El combustible usado en el proceso es el gas natural y tie­

ne las siguientes funciones:

1.- Precalentar la cámara de reacción, proporcionando la tempe­

ratura óptima de desintegración.

2.- Es el medio de calentamiento empleado en los secadores para secar el producto.

( 3 6 )

1.4.- CARACTERISTICAS DEL GAS NATURAL.

La calidad del gas natural, empleado en la fabricación de -

negro de humo está directamente relacionada con su capacidad ca­lorífica, su densidad y su composición.

A continuación se presenta un análisis típico de gas natural

Propiedades Físicas

Poder Calorífico, Btu/ft3 1080

Densidad 0.616

Composición. % Vol.

Metano

Etano

Propano

Butano

Isolbutano

Pentano

Inertes

1.5.- AIRE DE PROCESO.

El aire es la fuente de oxígeno necesaria para alcanzar la

combustión del gas natural y la combustión parcial de aceite de carga.

93.31% Vol 3.46%

1.47%

0.47%

0. 37%

0.55%

0. 37%

(37)

El aire de proceso es comprimido por dos sopladores centrí­

fugos , o dependiendo del tamaño de la planta.

1.6.- AGUA DE PROCESO.El agua de proceso se emplea para detener la reacción, redu

ciendo la temperatura y evitando combustión adicional no contro­

lada.

1.7.- SERxTCCIOS AUXILIARES.

Los servicios requeridos para la operación de la planta son

básicamente los mismos que los de la mayoría de las plantas de -

proceso, a saber, electricidad, agua, aire y vapor. Sus principa

les funciones son las siguientes:

a) Aire de servicio.

El aire de servicio se usa en la limpieza de equipos , pri—

mordialmente en loe filtros de bolsa, y como aire de instrumen­tos, para lo cual debe estar seco y libre de aceite y tierra. -

Este aire se pasa a través de un secador que consta de dos peque

ños tanques que contienen sílica gel y calentadores eléctricos; en operación, un tanque está en servicio extrayéndo el agua - —

mientras que el otro tanque está abierto a la atmósfera con los

calentadores funcionando para regenerar la sílica gel.

b) 7apor.

Los principales usos de vapor de proceso en la planta son:

(38)

Calentamiento de los tanques de aceite de carga y para purgar —

los serpentines de los precalentadores de aceite.

c) Sistema de Aglutinación.£1 sistema de aglutinación consiste en un filtro y un tan—

que de almacenamiento provisto de un cambiador de calor en el —

fondo que pérmite mantener la melaza o negro de humo caliente pa

ra obtener una rápida disolución y fácil bombeo.

d) Electricidad.La energía requerida para el funcionamiento de los motores ,

equipo, instrumentos, etc., existentes en la planta es proporcio

nada por la corriente eléctrica de voltaje e intensidad apropia­

das .

2.- AREA DE REACTORES.

En esta planta se tienen dos tipos de reactores:

Reactores "TREAD" , los cuales se emplean para producir negros de

humo que se usarán en la fabricación de hules para pisos de lian

tas y reactores "CARACASS” , cuya producción se utiliza en la ma­

nufactura de hules par carcazas de llantas.

Los reactores son cilindricos de acero al carbón recubier­

tos en su interior con material refractorio con el objeto de que

las altas temperaturas de reacción no disminuyan, y no dañen al

material de reactor.

( 3 9 )

Estos reactores se dividen en tres secciones: Cámara de com bustión, sección de reacción y sección de extinción.

En la producción de negro de humo, el aceite de carga o pro ceso, el gas natural y el aire son alimentados al reactor en lí­neas separadas. Tanto al aceite como el aire de proceso pasan a través de intercambiadores de calor, donde son precalentados por intercambio indirecto con la corriente de gases de salida del — reactor en la cual va suspendido el negro de humo.

2.1.- CAMARA DE COMBUSTION.En ésta cámara el aire y el gas natural son mezclados y que

mados, éstos entran axialmente a través de un quemador. El acei­te precalentado entra a través de un inyector, el cual está pro­visto de una boquilla que atomiza el aceite en forma radial y lo dirige hacia la zona de reacción pasando por una restricción que causa que la velocidad ae los gases se incremente y de éste modo,

el aceite vaporizado y los gases se mezclan violentamente.

2.2.- SECCION DE REACCION.

La transferencia de aclor délos gases de combustión al ace_i te de carga y la combustión parcial de éste, incian la deshidro-

genación y la fragmentación délas moléculas del aceite producien

do átomos de carbón, los cuales se aglomeran formando partículas sólidas de negro de humo. La temperatura de reacción oscila en— tre 1,200 y 1,700 grados centígrados.

(40)

Z O N A DE

C O M B U S T I O N

Z O N A DE

EXTINCION

Z O N A DE R E A C C I O N

SECCIONES DE UN REACTOR DE NEGRO DEHUMO DE HORNO

La formación y el crecimiento de las partículas de negro de

humo continúa hasta cierto límite en ésta zona del reactor antes

que la reacción sea detenida totalmente.

El negro de humo formado en la corriente gaseosa entra en -

contacto con el agua de extinción que se alimenta al reactor por

medio de espreas colocadas alrededor de esta sección del reactor,

reduciendo la temperatura de la corriente gaseosa a aproximada—

mente 700 grados centígrados. El agua de extinción abandona el -

reactor como vapor en la corriente gaseosa, la cual está formada

por partículas finamente divididas de negro de humo y una mezcla

de hidrógeno, nitrógeno, monóxido de carbono y dioxido de carbo­

no principalmente.La colocación de las espreas del agua de extinción, junto -

con otras variables de proceso, determinan el tamaño de partícu­

la del negro de humo. Mientras más alejadas se encuentren las es

preas, el tamaño de partículas es más grande, ya que el tiempo -

de residencia en el reactor es mayor.

3.- SEPARACION Y RECOLECCION.

Los gases procedentes del reactor se pasan a un ciclón en

el cual se aglomeran las partículas de negro de humo de tal mane

ra que puedan ser separadas en los filtros de bolsa. El filtro -

2 . 3 . - SECCION DE EXTINCION.

(41)

de bolsa está integrado por varios compartimentos que contienen

las bolsas de fibra de vidrio. La corriente gaseosa entra a los

compartimentos por la parte inferior a través de una cámara de -

circulación y fluye por el interior de los filtros de bolsa, el

negro de humo se depósita en el interior de las bolsas, mientras

que los gases limpios abandonan el sistema por el desfogue. El -

negro de humo depositado en las bolsas se desaloja periódicamen­

te por medio de un flujo inverso de la corriente gaseosa que de-

pósita al negro de humo en el fondo de los compartimientos, de -

donde se envía de una válvula rotatoria a un trasportador nemáti

co que descarga a un sistema secundario de ciclones y filtros —

bolsa arreglados en serie y en los cuales, se separa la mayoría

del negro de humo.

Posteriormente, el negro de humo fluye por gravedad hacia -

los micropulverizadores, que son molinos de martillos de alta ve

locidad, de donde pasa a una tolva compensadora.

4.- PELETIZADO Y SECADO.

El siguiente paso del proceso se efectúa en los peletizado

res. El peletizado es una operación que tiene por objeto incre­

mentar la densidad del producto por economía en el trasporte y

proporcionar al usuario un producto relativamente libre de polvos

para tener una operación limpia.

(42)

Los peletizadores son cilindros horizontales en cuyo inte—

rior está soportada una flecha, sobre la cual están colocados —

unos vástagos de acero inoxidable terminados en punta cónica.

El peletizado se efectúa por vía húmeda, por lo que además del negro de humo, se alimenta agua a los peletizadores. La acción de frotamiento entre las puntas de los vástagos y la capa húmeda

de negro de humo, formada entre la flecha y la coraza del peleti zador, causan la formación de perdigones o píldoras aproximada—

mente esféricas de 0.2 milímetros de diámetro.

Generalmente, se agrega un aglutamiento al agua de peletiza

do que puede ser lignosulfato de sodio, sin embargo, deben ser - cuidadosamente controlandos , ya que incrementan la dureza de las partículas provocando una difícil dispersión del negro de humo

al mezclarlo con el hule.

Las variables a controlar en ésta operación son:Velocidad de alimentación de negro de humo, cantidad de agua y - lignosulfato de sodio, temperatura del peletizador y velocidad

del peletizador.

Las partículas que salen del peletizador con un contenido - de 35-60% de agua son transportados a los secadores

( 4 3 )

Los secadores son tambores cilindricos rotatorios, cuyas pa

redes están cubiertas con material refractario, equipado con que madores de gas natural a lo largo de éstas. Los secadores están divididos en tres zonas de calentamiento, las dos primeras son utilizadas para evaporar el agua de peletizado y la tercera es - usada para obtener la humedad deseada del negro de humo.

El flujo de gas a las zonas 1 y 2 está controlado por el — flujo de agua de peletizado y el flujo de gas a la zona 3 es con

trolado por un elemento sensor de temperatura de los gases de sa

lida del secador.

La transferencia de calor ocurre de la combustión del gas -

natural a las paredes del secador y de éstas al negro de humo. - El contenido de humedad del producto a la salida del secador es inferior al 1% en peso. Los gases de salida del secador, consis­

ten típicamente de vapor de agua, aire y una mínima cantidad de negro de humo suelto que no llega a peletizarse. Esta corriente se recircula a los filtros bolsa primarios donde se retiene el negro de humo, de tal forma que el vapor y el aire escapen a la

atmósfera libres de emisiones contaminantes.

5.- ALMACENAMIENTO Y EMBARQUE.

El negro de humo procedente de los secadores es transporta­do hacia un separador magnético que remueve las partículas metS-

(44)

licas que pudieran desprenderse del equipo de proceso. Estas par

tículas son depositadas en un colector de metales.

A continuación, el producto es transportado a una criba vi­bratoria , equipada con una doble cubierta de mallas finas y grue

sas, con el propósito de separar los gránulos peletizados que — por ser más gruesos o más finos no se ajustan a los tamaños de - especificación.

El material fuera de especificación es dirigido a una tolva de almacenamiento temporal, de donde se enviará a proceso. Los - gránulos de mayor tamaño van al micropulverizador, mientras que los finos se reincorporan al proceso en la descarga de ese mismo micropulverizador.

Los gránulos que se ajustan a la especificación estableci— da, son enviados a los silos de almacenamiento por medio de un - transportador de cangilones.

Los silos están divididos en cuatro compartimientos para - almacenar los diversos grados de negro de humo.

( 4 5 )

De los silos de almacenamiento el negro de humo se envía a

los carros tolva de ferrocarril, a los camiones tolva para su - embarque a granel o a la unidad automática de empacado. En la — unidad automática de empacado, el negro de humo se envasa en bo_l sas de papel "KraftH , verificando el peso en una báscula automá­tica que rechaza la bolsa cuyo contenido sea menor o mayor del - peso estipulado.

6.- DIAGRAMA DE BLOQUES.

La secuencia total de operaciones, se muestra en el siguien te diagrama de bloques simplificado.

( 4 6 )

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA PLANTA DENEGRO DE HUMO

C O N T R O LV P R O P I E D A D E S Y P R U E B A S D E

V . - PROPIEDADES Y PRUEBAS DE CONTROL

Siendo el negro de humo un producto especializado, se han -

establecido determinadas pruebas analíticas cuyo propósito es — identificar los diferentes tipos, definir su calidad y proveer - la suficiente información para dar una indicación del funciona— miento esperado al mezclarlo en un compuesto de hule.

Existen cuatro propiedades fundamentales del negro de humo

que se emplean efectivamente en la determinación de la calidad « de estos productos. Estas propiedades son las siguientes:

1.- Area Superficial.2.- Tamaño de Partícula.3.- Estructura.

4.- Actividad Superficial.

La precisión en la medida de estas propiedades proporciona­

rá una base para predecir las características de refuerzo, de — acuerdo con los límites establecidos en las especificaciones de

cada grado de negro de humo.

Hoy en día, existen alrededor de 50 tipos comerciales dife­

rentes de negros de humo de horno disponibles para la industria hulera. El tamaño de particular varía de 20 a 100 N'.’l. aproxima­damente .

(47)

Si tenemos un negro de humo con un tamaño de partícula dado,

es posible crear distintos tipos variando el área superficial o la estructura.

Cada una de estas variaciones puede tener un efecto signifi cativo en el producto en el que se apliquen los negros de humo - con las modificaciones mencionadas, de aquí que sea extremadamen te importante conocer, tan exactamente como sea posible, cuál es el negro de humo específico que se está manejando y si las varia ciones que presenta están comprendidas dentro de los límites - -

aceptables de especificación.

1.- AREA SUPERFICIAL.

El área superficial de un negro de humo, definida por la - -

ASTM (American Society For Testing anda Materiales) es: El área disponible en la superficie de un gramo de negro de humo, expre­sada en metros cuadrados.

Existen tres métodos para determinar el área superficial de

los negros de humo.

1.1.*- Método ASTM-D 1510, Número de Adsorción de Yodo.Este método cubre la determinación indirecta del área su—

perficial por medio de un procedimiento centrífugo. El número de Yodo es igual a los miligramos de Yodo por gramo de negro de humo.

( 48 )

1.2.- Método ASTM D-3037 , Determinación del Area Superficial por

Adsorción de Nitrógeno.Este método describe la determinación del área superficial

de negro de humo que está disponible a la molécula de Nitrógeno.

1.3.- Método ASTM D-3765 , Determinación del Area Superficial por Adsorción de Bromuro de Cetiltrimetil^Amonio (CTAB) o Bromuro de

Hexadeci1-Trimetil-Amonio.La mólecula de Bromuro de Cetil-Trimetil-amonio es relati­

vamente grande, por lo que es adsorbida por los microporos del - negro de humo. Por esta razón, éste método es más representativo ya que refleja únicamente la superficie que esta libre para inte

ractuar con las moléculas de hule.

2.- TAMAS0 DE PARTICULA.

Existen cierta controversia respecto al término tamaño de -

partículas, algunos en la industria lo definen en términos del -

tamaño de una estructura agreagada, formada por varias partícu—

las, miestras que otros lo definen en función del tamaño de una

unidad fundamental o estructura, se mezcla perfectamente una —

muestra de negro de humo con óxido de zinc y un aceite de soya - epoxidado. Esta pasta se extiende para producir una superficie -

apropiada para medir la reflectancia de la mezcla en un electro- fotómetro. La reflectancia de la mezcla se compara con la reflec

tancia de un negro de humo de referencia preparado de igual forma.

( 4 9 )

El poder tintóreo de la muestra probada se expresa en unidades -

de reflectancia y está dado por la relación de la reflectancia - del negro de humo de referencia dividida entre la reflectancia - de la muestra multiplicada por 100.

3.- ESTRUCTURA.

La estructura se define como la desviación de esfericidad -

que presentan las partículas como resultado de las irregularida­des de la forma de las partículas agregadas de negro de humo.

La ASTM tiene dos métodos para determinar la estructura de los negros de humo que son:

3.1.- Método ASTM-D-2414. Determinación del número de absorción de Di-butil Ftalato.

3.2.- Método ASTM-D-34 93. Determinación del número de absorción de Di-butil Ftalato. De una muestra comprimida

Ambos procedimientos efectúan la determinación llenando -

los espacios huecos del negro de humo con Di-butil Ftalato (DBP) y se reporta como el volumen de D-butil Ftalato empleado en la

prueba, en cm3 , por el peso de la expresado en gramos.

( 5 0 )

La estructura está íntimamente ligada con el tamaño de par­

tícula, y por lo tanto con las características de refuerzo que - imparten al hule.

4.- ACTIVIDAD SUPERFICIAL.

La actividad superficial de un negro de humo estS estrecha­mente relacionada con el número de grupos funcionales contenidos en su superficie. V illars estudió la reacción del negro de humo

con el reactivo de Grignard y basado en el metano desprendido de mostró que el 14% del oxígeno total está unido a hidrógenos acti

vos del grupo carboxilo y alcohol (-COOH, -OH). Parte del reacti vo de Grignard fue consumido sin desprender metano, lo cual indj.

ca la presencia de otros grupos conteniendo oxígeno en la super­ficie del negro de humo, del orden de 12%.

Smith y Schaeffer encontraron una variedad de grupos conte­

niendo oxígeno, por medio del espectro de emisión de los produc­tos de descomposición del negro de humo, al bombardearlos con —

electrones en vacío. Entre estos grupos se encuentran los siguien tes: Aldehido, cetona, alcohol y carboxilo (-CHO , -CO, -OH,-COOH).

Hoffman y Ohlerich confirmaron la presencia de grupos car­boxilo e hidroxilo al tratar el negro de humo con diazometano,

obteniendo ásteres y éteres metílicos. La producción de ásteres

( 5 1 )

involucra la metilación de grupos carboxllicos y la de éteres, -

la metilación de grupos fenólicos. Del contenido total de oxíge­no, encontraron que el 16.5% se encuentra en estos grupos.

Lindberg y Paju proponen la reducción de quinonas a hidro—

quinonas con borohidruro de sodio como un procedimiento para de­terminar los grupos quindides presentes en el negro de humo y — cuantificaron que del oxígeno total contenido en los negros de - humo, el 18% se encuentra en esta forma.

Estos grupos funcionales tienen interacción durante el pro

ceso de vulcanización, ya que a mayor número de grupos funciona­les presentes en un negro de humo, la velocidad de vulcanización

de un compuesto de hule es más lenta.

La actividad superficial es afectada también por el contení

do de oxígeno de los grupos funcionales, disminuyendo la activi­

dad conforme el contenido de oxígeno disminuye.

La ASTM ha establecido dos métodos para evaluar la activi—

dad superficial de los negros de humo, por medio de la determina ción de la viscosidad y las características de vulcanización de

un compuesto tipo, que puede ser formulado con hule natural o -

con hule sintético de estireno-butadieno.

( 52 )

Estos métodos son el D-1646 y el D-2084, mediante su aplica cién podemos conocer el tiempo requerido para iniciar la vulcani zación, la velocidad de curado al inicio y a lo largo de la vul­canización.

Adicionalmente a las pruebas mencionadas, existen otras - - pruebas que definen la pureza del negro de humo y la calidad de los gránulos.

5 . - P R U E B A S D E P U R E Z A .

5.1.-Residuo en malla 35 y 325. (Método ASTM D-1514).

Esta prueba es fitil para determinar el material extraño en

el negro de humo, tal como arenillas provenientes del material - refractario de los reactores y que son arrastrados a lo largo — del proceso.

5.2.-Pérdidas por calentamiento. (Método ASTM D-1509)Por medio de esta prueba se cuantifica el contenido de hume

dad de los negros de humo.

5.3.-Contenido de Cenizas. (Método ASTM D-1506).

Con esta prueba se determinan las cenizas presentes en el

producto y que se originan por las impurezas inorgánicas del - - aceite de proceso y por la calidad del agua de peletizado.

( 5 3 )

Esta prueba se utiliza para determinar el porcentaje de — aceite de proceso que no reacciona y que aparece en el producto

final.

6.- PRUEBAS DE CALIDAD.

6.1.- Contenido de Finos. (Método ASTM D-1506).La determinación del contenido de finos es importante, - -

puesto que un alto contenido de éstos, contribuye a tener hule -

durante el mezclado, así como una atmósfera contaminada por los polvos que escapan del molino al medio ambiente.

6.2.- Dureza de gránulo y resistencia al compactamente. (Método ASTM D-3313).

La dureza de los gránulos es una propiedad primordial del negro de humo, ya que una dureza alta provoca que los gránulos - no se rompan al mezclarlos con el hule y la dispersión no sea — homogénea.

6.3.- Densidad aparente. (Método ASTM D-1513).

La densidad es una propiedad que ayuda a determinar la ca­pacidad de las tolvas de almacenamiento del producto a granel, -

asi como la velocidad de transporte.

5 . 4 . - D e c o lo r a c ió n en t o lu e n o . (M étodo ASTM D-1618) .

(54)

En este capitulo es importante mencionar las normas oficia­

les mexicanas vigentes de negro de humo, establecidas por la - - Dirección General de Normas:

NOM-T-56 Método de muestreo de negro de humo.NOM-T-57 Pérdidas de masa por calentamiento.NOM-T-58 Contenido de Cenizas.NOM-T-60 Número de Adsorción de Yodo.NOM-T-61 Contenido de finos.NOM-T-62 Residuo en malla húmeda.NOM-T-63 Densidad aparente.NOM-T-64 Coloración del ToluenoNOM-T-65 Número de absorción de dibutil ftalato.NOM-T-66 Propiedad en tensión y alargamiento en compues­

tos de hule natural.

NOM-T-68 Especificaciones de negros de humo granulados.

( 5 5 )

VI.- CLASIFICACION Y NOMENCLATURA

El sistema de clasificación de los negros de humo, empleados por la industria hulera ha sido confuso desde los inicios de su producción hasta nuestros días.

A medida que se producia un nuevo grado de negro de humo, - su productor le daba una designación diferente a la de los gra— dos prevalecientes.

Con el desarrollo de esta industria, se empezaron a estable

cer criterios con el objeto de clasificar estos productos. Las - bases más importantes para efectuar esta clasificación son las - siguientes:

1.- RESISTENCIA A LA ABRASION.

De acuerdo con los niveles de resistencia a la abrasión, — los negros de humo se clasificaron en:

Negros de humo de alta abrasión (HAF).

Negros de humo de super Abrasión Intermedia (ISAF).

Negros de humo de Super Abrasión (SAF).

2.- PODER REFORZANTE.

El efecto reforzante impartido por el negro de humo a los compuestos de hule, ha sido estudiado por varios investigadores, quines ha llegado a las siguientes conclusiones.

(56)

Wiegand acepta la concepción de que el hule está constitui­

do por macromoléculas discretas individuales de cadena larga, lo cual difiere de las primeras ideas que consideraban al hule como un sistema continuo, y que existe una afinidad de tipo f£sico-qul mico entre la partícula del reforzante y la macromolécula. Alre­dedor de la macromolécula de hule se depósita el negro de humo - formando capas que se unen a las macromoléculas adyacentes , cons

tituyendo de esta formas un sistema continuo más fuerte. Los es­pacios formados entre las macromoléculas se van llenando con más

negro de humo y con esto el refuerzo se incrementa; pero una vez que los espacios se han llenado, cualquier carga adicional provo ca, que las unidades de hule se separen, ocasionando una disminu

ción en el refuerzo.

Naunton y Waring observaron que la insaturación de la super

ficie del negro de humo y del polímero es importante y propusie­ron la existencia de un enlace reforzante, similar al puente de azufre en la vulcanización.

Las investigaciones de Pike y Watson han indicado que la - trituración puede causar la formación de radicales libres a par­tir de la ruptura de las moléculas de hule durante la molienda. Estos radicales libres reaccionan químicamente con el negro de

humo y forman una red de enlaces cruzados. Garten y Sutherland están de acuerdo con esta teoría, indicando que el reforzado se

origina a causa de que las partículas de C actúan caro receptores de los radicales libres provenientes de las moléculas de caucho.

(57)

B a s a d o s e n e l g r a d o d e r e f u e r z o q u e i m p a r t í a n a l h u l e s e —

c l a s i f i c a r o n en:

N e g r o d e h u m o S e m i - R e f o r z a n t e s

N e g r o s d e H u m o S u p e r - R e f o r z a n t e s

2 . 1 . - O t r o C r i t e r i o d e C l a s i f i c a c i ó n f u e d e A c u e r d o c o n l a s P r o ­

p i e d a d e s d e l C o m p u e s t o d e H u l e V u l c a n i z a d o :

N e g r o s d e H u m o d e A l t o s M ó d u l o s ( H M F ) .

N e g r o s d e H u m o d e B a j o s M ó d u l o s ( L M F ) .

3 . - P R O C E S A M I E N T O .

C o n b a s e e n l a s c a r a c t e r í s t i c a s d e p r o c e s a b i l i d a d a l m e z —

c i a r l o s c o n h u l e , l o s n e g r o s d e h u m o f u e r o n c l a s i f i c a d o s d e la

s i g u i e n t e m a n e r a :

N e g r o s d e H u m o d e E x t r u s i ó n R á p i d a ( F E F ) .

N e g r o s d e H u m o d e F á c i l P r o c e s a b i l i d a d ( E P F ) .

N e g r o s d e H u m o d e S u p e r P r o c e s a b i l i d a d ( S P F ) .

4 . - U S O F I N A L .

L a c l a s i f i c a c i ó n d e l o s n e g r o s d e h u m o a c o r d e c o n el u s o -

f i n a l es:

Negros de Humo de Uso general (GPF)

(58)

N e g r o s d e H u m o p a r a t o d o u s o ( A P F ) .

N e g r o s d e H u m o M u l t i - u s o s ( M P F ) .

5 . - T A M A Ñ O D E P A R T I C U L A .

C o n s i d e r a n d o e l t a m a ñ o d e p a r t í c u l a , l o s n e g r o s d e h u m o f u e

r o n c l a s i f i c a d o s c o m o sigue:

N e g r o s d e H u m o d e P a r t í c u l a F i n a ( F F ) .

N e g r o s d e H u m o d e P a r t í c u l a G r a n d e ( L P F ) .

6 . - P R O P I E D A D E S E L E C T R O L I T I C A S .

T o m a n d o e n c u e n t a l a s p r o p i e d a d e s e l é c t r i c a s d e l o s n e g r o s

d e h u m o , s e c l a s i f i c a r o n en:

N e g r o s d e H u m o C o n d u c t o r e s ( C F ) .

N e g r o s d e H u m o E x t r a C o n d u c t o r e s ( X C F ) .

A l g u n o s d e l o s g r a d o s m e n c i o n a d o s a n t e r i o r m e n t e , t i e n e n u n a

v a r i e d a d d e s u b g r a d o s d e p e n d i e n d o d e l n i v e l d e e s t r u c t u r a , p o r -

e j e m p l o , u n n e g r o d e h u m o d e a l t a a b r a s i ó n (HAF) c o n a l t a e s t r u c

t u r a se c l a s i f i c a H A F - H S y u n o c o n b a j a e s t r u c t u r a H A F - L S .

L a d i f i c u l t a d s e h a h e c h o afin m a y o r c o n l a s i n n o v a c i o n e s y

m o d i f i c a c i o n e s h e c h a s a lo s r e a c t o r e s , d a n d o c o m o r e s u l t a d o n e ­

gr o s d e h u m o " m e j o r a d o s " q u e t e n i e n d o u n m i s m o v a l o r d e a d s o r —

c i ó n d e Y o d o y d e a b s o r c i ó n d e D B P q u e u n g r a d o e x i s t e n t e , - —

(59)

p o s e e n d i f e r e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s d e f u n c i o n a m i e n t o e n c o m p u e s —

t o s d e h u l e , p o r l o q u e n e c e s a r i a m e n t e r e q u i e r e n u n a i d e n t i f i c a ­

c i ó n d i s t i n t a .

7 . - S I S T E M A N U M E R I C O .

C o n s i d e r a n d o q u e e n l a a c t u a l i d a d s e t i e n e n a p r o x i m a d a m e n t e

50 t i p o s d e n e g r o d e h u m o e n e l m e r c a d o y q u e c o n e l l o l a d i f i —

c u i t a d d e i d e n t i f i c a c i ó n s e h a i n c r e m e n t a d o , l a A S T M ( A m e r i c a n -

S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) i m p l e m e n t ó u n s i s t e m a n u m é r i ­

co.

L o s c r i t e r i o s q u e s e s i g u i e r o n p a r a e s t a b l e c e r e s t a clasifj.

c a c i ó n s o n l o s s i g u i e n t e s :

7 . 1 . - E l p r i m e r c a r á c t e r e s u n a l e t r a q u e i n d i c a e l e f e c t o d e l -

n e g r o d e h u m o e n l a v e l o c i d a d d e v u l c a n i z a c i ó n d e l c o m p u e s t o . N

i n d i c a v e l o c i d a d n o r m a l d e v u l c a n i z a c i ó n , S i n d i c a v e l o c i d a d —

l e n t a d e v u l c a n i z a c i ó n .

7 . 2 . - E l s e g u n d o c a r á c t e r e s u n d í g i t o q u e d e s i g n a e l t a m a ñ o -

d e p a r t í c u l a t í p i c o p r o m e d i o d e l n e g r o d e h u m o , d e t e r m i n a d o c o n

el m i c r o s c o p i o e l e c t r ó n i c o . L o s n e g r o s d e h u m o s e d i v i d i e r o n e n

10 g r u p o s , a s i g n a n d o u n d í g i t o a c a d a g r u p o , d e p e n d i e n d o d e l t a

m a ñ o d e p a r t í c u l a , l o s g r u p o s s o n los s i g u i e n t e s :

(60)

Grupo No. Tamaño promedio de partícula, NM.

0 1 A 10

1 11 A 19

2 20 A 25

3 26 A 30

4 31 A 39

5 40 A 48

6 49 A 60

7 61 A 1 00

D 101 A 20 0

9 201 A 5 00

7 . 3 . - E l t e r c e r y c u a r t o d í g i t o s e n e s t e s i s t e m a se a s i g n a r o n —

a r b i r a r i cimente.

O r i g i n a l m e n t e s e p r e t n d i ó q u e e l c u a r t o d í g i t o i n d i c a r a la p r o —

p i e d a d e l é c t r i c a d e l n e g r o d e h u m o a s i g n a d o e l 1 p a r a l o s c o n d u c

t o r e s d e la c o r r i e n t e e l é c t r i c a y e l r e s t o p a r a l o s n o c o n d u c t o -

t r e s , p e r o c o n l a a p a r i c i ó n d e n u e v o s t i p o s e s t a c o d i f i c a c i ó n s e

a b a n d o n ó . Ej. S 3 0 1 (CF) , N 2 9 3 (CF) , N 2 9 4 (SCF) , etc.

7 . 4 . - E l n ú m e r o d e s e r i e a u m e n t a a m e d i d a q u e e l n ú m e r o d e a b —

s o r c i ó n d e i o d o o á r e a s u p e r f i c i a l d i s m i n u y e .

7 . 5 . - S e a s i g n ó a r b i t r a r i a m e n t e l a s e r i e N - 1 0 0 a l os n e g r o s d e -

h u m o c p a r t í c u l a m á s f i n a y la s e r i e N - 9 0 0 a l o s d e p a r t í c u l a -

m á s g r a n d e .

(61)

L a c l a s i f i c a c i ó n g e n e r a l q u e d ó e s t a b l e c i d a d e l a s i g u i e n t e forma:

N u m é r o . T I P O S .

N - 1 0 0 a N — 19 9 S A F .

N - 2 0 0 a N - 2 9 9 I S A F .

N - 3 3 0 a N - 3 0 9 H A F .

N - 4 0 0 a N - 4 9 9 F F y XC F .N - 5 0 0 a N - 5 9 9 FEF.N - 6 0 0 a N - 6 9 9 G P F , A P F Y

N - 7 0 0 a N - 7 9 9 SR F .

N - 8 0 0 a N - 8 9 9 FT.N - 9 0 0 a N - 9 9 0 MT.

D e e s t a m a n e r a , e l d e s a r r o l l o d e u n n u e v o p r o d u c t o , c u y o -

p r o p ó s i t o s e a s a t i s f a c e r l a n e c e s i d a d d e u n c l i e n t e o p r o v e e r u n

n e g r o d e h u m o a u n c o s t o m á s b a j o , p u e d e s e r i n c l u i d o f á c i l m e n t e

e n l a c l a s i f i c a c i ó n .

E n l o s ú l t i m o s a ñ o s s e h a n e s t a d o h a c i e n d o e s f u e r z o s , t a n t o

p o r p a r t e d e l o s p r o v e e d o r e s c o m o d e l o s c o n s u m i d o r e s , p a r a r e d u

c i r l a a m p l i a g a n a d e n e g r o d e h u m o , y a n u e s e h a v i s t o q u e c a s i

el 80 % d e la v e n t a s e s t á c o n s t i t u i d o p o r 3 t i p o s d e grados: N - 3 0 0

(HAF) , N - 5 0 0 (FEF) , y R - 3 0 0 (GPF). D e e s t o s t i p o s d e s e r i e N-300

t i e n e e l n ú m e r o m á s g r a n d e s u b a r a d o s i m p o r t a n t e s .

(62)

8.- ESPECIFICACIONES.

E n e l c a p i t u l o a n t e r i o r s e i n d i c a r o n l as p r o p i e d a d e s y p r u e

b a s f u n d a m e n t a l e s a c o n t r o l a r q u e i n c l u y e n t a n t o l a s d e c a r á c t e r

f í s i c o c o m o q u í m i c o y l o s m é t o d o s d e p r u e b a s e g ú n la d e s i g n a c i ó n

d e l a A S T M .

E l r e s t o d e r e q u e r i m i e n t o s f í s i c o s d e l o s n e g r o s d e h u m o e n

si s e c o n t r o l a n s e g ú n l a d e s i g n a c i ó n A S T M D - 1 7 6 5 c u y o r e s u m e n es:

P r u e b a

R e s i d u o

F i n o s

P é r d i a p o r

C a l e n t a m i e n t o .

A S T M

D - 1 5 1 4

D - 1 5 0 8

D - 1 5 0 9

L í m i t e s .

0 . 0 0 0 1 0 % m á x / m a l l a 35.

0 . 1 % m á x / m a l l a 325.

7% m á x i m o

1. 0 % m á x (S R F - H M , S R F - L M

G P F , H M F ) .

1 . 5 % m á s (FEF)

2 . 0 % m á x (FF)

2 . 5 % m á x (HAF, I S A F - L M

I S A F - H M ) .

3 . 0 % m á x ( n e g r o s d e —

c a n a l ) .

(63)

L a s p r o p i e d a d e s q u e l o s n e g r o s d e h u m o i m p a r t e n a v u l c a n i z a

d o s d e p e n d e n d e l t i p o d e h u l e u s a d o p o r l o q u e s e p r u e b a n e n b a­

se a u n a f o r m u l a c i ó n t i p o segtín d e s i g n a c i ó n A S T M D - 3 1 9 2 e n l a —

q u e lo s p a r á m e t r o s m á s i m p o r t a n t e s son:

T e n s i ó n a l a r u p t u r a .

% E l o n g a c i ó n

M ó d u l o .

L a s s i g u i e n t e s t a b l a s m u e s t r a n l a n o m e n c l a t u r a d e l o s n e g r o s

d e h u m o y l o s v a l o r e s t í p i c o s d e a d s o r c i ó n d e i o d o y a b s o r c i ó n -

d e DBP.

N o m e n c l a t u r a d e N e g r o s d e H u m o .

G r a d o A S T M .

N - 1 1 0

N - 1 1 9

N - 1 2 1

N - 1 6 6

S- 2 1 2

T I P O . N o m b r e .

S A F S u p e r A b r a s i ó n .

S A F - L S S u p e r A b r a s i ó n B a j a E s t r u c t u

ra.

S A F - H S S u p e r A b r a s i ó n A l t a E s t r u c t u

ra.

S A F - H S S u p e r A b r a s i ó n - A l t a E s t r u c t u

r a .

I S A F - L S - S C S u p e r A b r a s i ó n I n t e r m e d i a —

B a j a E s t r u c t u r a - V u l c a n i z a c i í h

l e n t a .

(64)

N - 2 1 9 I S A F - L S S u p e r A b r a s i ó n I n t e r m e d i a - B a

ja E s t r u c t u r a .

N - 2 2 0 I S A F - H M S u p e r A b r a s i ó n I n t e r m e d i a - A l

t o M ó d u l o .

N - 2 3 1 I S A F - L M S u p e r A b r a s i ó n I n t e r m e d i a - B a

jo M ó d u l o .

N - 2 4 2 I S A F - H S S u p e r A b r a s i ó n I n t e r m e d i a - A l

t a E s t r u c t u r a .

N - 2 7 0 N - 2 7 0

N - 2 8 5 N - 2 8 5

N - 2 9 3 C F C o n d u c t o r .

N - 2 9 4 S C F S u p e r C o n d u c t o r .

S - 3 1 5 H A F - L S - S C A l t a A b r a s i ó n - B a j a E s t r u c t u ­

ra - V u l c a n i z a c i ó n L e n t a .

N - 3 2 6 H A F - L S A l t a A b r a s i ó n - B a j a E s t r u c t u ­

ra.

N - 3 2 7 H A F - L S A l t a A b r a s i ó n - B a j a E s t r u c t u ­

ra.

N - 3 3 0 H A F A l t a A b r a s i ó n .

N - 3 3 2 N - 3 3 2

N - 3 3 9 H A F - H S A l t a A b r a s i ó n - A l t a E s t r u c t u ­

ra.

N - 3 4 7 H A F - H S A l t a A b r a s i ó n - A l t a E s t r u c t u ­

Grado ASTM. T IPO. Nombre.

ra.

(65)

N - 3 5 1 N - 3 5 1

N - 3 5 6 N - 3 5 6

N - 3 5 8 S P F S u p e r P r o c e s a b i l i d a d .

N - 3 6 3 N - 3 6 3

N - 3 7 5 H A F A l t a A b r a s i ó n .

N - 4 4 0 F F F i n o .

N - 4 7 2 X C F E x t r a c o n d u c t o r .

N - 5 3 9 F E F - L S R á p i d a e x t r u s i ó n - B a j a E s t r u c

tu r a .

N - 5 4 2 N - 5 4 2

N - 5 5 0 F E F R á p i d a e x t r u s i ó n .

N - 5 6 8 F E F - H S R á p i d a e x t r u s i ó n - A l t a E x t r u c

ra

N — 601 H M F A l t o M ó d u l o .

N - 6 5 0 G P F - H S U s o G e n e r a l - A l t a E s t r u c t u r a .

N - 6 6 0 G P F U s o G e n e r a l .

N - 6 8 3 A P F T o d o u so.

N - 7 4 1 N - 7 4 1

N - 7 5 4 S R F - L S S u p e r R e f o r z a n t e B a j a E s t r u c

r a

N ~ 761 S R F - L M S u p e r R e f o r z a n t e - B a j o M ó d u l o .

N - 7 6 2 S R F - L M S u p e r R e f o r z a n t e - B a j o M ó d u l o .

N - 7 6 5 S R F - H S S u p e r R e f o r z a n t e - A l t a E s t r u c ­

tura.

N ~ 774 S R F - H M S u p e r R e f o r z a n t e - A l t o M ó d u l o .

Grado ASTM. Tipo. Nombre.

( 6 6 )

G r a d o A S T M . T i p o . N o m b r e . '

N - 7 7 9 G R F - H S S u p e r R e f o r z a n t e '

t u r a .

N - 7 8 5 M P F M u l t i - u s o .

N - 7 8 7 S R F - H M S u p e r - R e f o r z a n t e '

N - 7 9 0 N - 7 9 0

N - 8 8 0 N - 7 9 0 T é r m i c o F i n o .

N - 8 8 1 F T T é r m i c o F i n o .

N - 9 0 7 M T T é r m i c o M e d i o .

N - 9 0 8 M T T é r m i c o M e d i o .

N - 9 9 0 M T T é r m i c o M e d i o .

N - 9 9 1 M T T é r m i c o M e d i o .

(67)

V a l o r e s T í p i c o s d e A d s o r c i ó n d e I o d o y

A b s o r c i ó n d e D B P .

G r a d o A S TM.

N - 1 1 0

N - 1 2 1

N - 1 6 6

N - 2 1 2

N - 2 1 9

N - 2 2 0

N - 2 3 1

N - 2 3 4

N - 2 4 2

N - 2 7 0

N - 2 8 5

N - 2 9 3

N - 2 9 4

N - 3 1 5

N - 326

N - 3 2 7

N - 3 3 0

N - 3 3 2

N - 3 3 9

N - 3 4 7

N ú m e r o d e A s o r c i ó n

d e Iodo.

14 5

12015 0

11 7

11 8

121 12 5

1 1 8

1 2 3

102 102 1 4 5

2 0 5

86

82

86

82

84

90

90

A b s o r c i ó n _ de_ DBP.

1 1 3

1 3 0

1 3 5

867 8

1 1 4

91

1 2 5

1 2 6

1 2 4

1 2 6

100 2 0 6

7 9

7 1

6 0

102102

120124

( 6 8 )

G r a d o A STM. N ú m e r o d e A d s o r c i ó n A b s o r c i ó n d e _ D B P .

d e I o d o .

N - 3 5 1 67 1 2 0

N - 3 5 6 93 15 0

N - 3 5 8 84 15 0

N - 3 6 3 66 68

N - 3 7 5 90 11 4

N - 4 4 0 50 60

N - 4 7 2 2 7 0 17 8

N - 5 3 9 42 10 9

N - 5 4 2 44 67

N - 5 5 0 43 121

N - 5 6 8 45 132

N — 601 35 84

N - 6 5 0 36 125

N - 6 6 0 36 91

N - 6 0 3 30 132

N - 7 4 1 20 105

h - 7 5 4 25 58

Ií-762 26 62

N - 7 6 5 31 111

N - 7 7 4 27 70

N ~ 785 25 126

N - 7 5 7 31 81

N-990 7 3 3

(69)

N-330

N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e D B P , (cm / 1 0 0 G ) .

D e c o l o r a c i ó n d e T o l u e n o , (% T ) .

P é r d i d a s p o r C a l e n t a m i e n t o , (%) .

C o n t e n i d o d e C e n i z a s , (%)

C o n t e n i d o d e F i n o s a 5 ’ , (%).

D u r e z a d e G r á n u l o , ( G ) .

3D e n s i d a d A p a r e n t e , ( K g / m ).

R e s i d u o e n m a l l a 3 5 , (%).

R e s i d u o e n m a l l a 3 2 5 , (%).

Número de Adsorción de Iodo, (mg.3

7 4 . 8 9

9 3 - 1 0 8

8 5 m í n i m o .

1 . 0 m á x i m o .

1 . 0 m á x i m o .

6 . 0 m á x i m o .

65 m á x i m o .

3 5 0 - 3 9 0

0 . 0 0 1 m á x i m o .

0 . 1 0 0 m á x i m o .

N - 3 3 9

N ú m e r o d e A d s o r c i ó n d e I o d o , (mg. ^ / g )

3N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e D B P , (cm / 1 0 0 g)

D e c o l o r a c i ó n e n T o l u e n o , (% T).

P é r d i d a s p o r C a l e n t a m i e n t o , (%).

C o n t e n i d o d e C e n i z a s , (%) .

C o n t e n i d o d e F i n o s a 5' (%).

D u r e z a d e G r á n u l o , (6).

3D e n s i d a d a p a r e n t e , ( K g / m ).

R e s i d u o e n m a l l a 3 5 , (%).

R e s i d u o e n m a l l a 3 2 5 , (%).

8 2 - 8 7

1 1 3 - 1 2 8

£0 m í n i m o .

1 . 0 m á x i m o .

1 . 0 m á x i m o .

6 . 0 m á x i m o .

65 m á x i m o .

3 2 0 - 3 6 0 .

0 . 0 0 1 máximo.0 . 1 0 0 máximo.

(70)

N-347

N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e D B P , (cm / 1 0 0 g)

D e c o l o r a c i ó n e n T o l u e n o , (% T).

P é r d i d a s p o r C a l e n t a m i e n t o , (%).

C o n t e n i d o d e C e n i z a s , (%).

C o n t e n i d o d e F i n o s a 5' , (%).

D u r e z a d e G r á n u l o , ( G ) .

3D e n s i d a d A p a r e n t e , ( k g / m ).

R e s i d u o e n m a l l a 3 5 , (%).

R e s i d u o e n m a l l a 3 2 5 , (%).

Número de Absorción de Iodo, (mg.3

8 2 - 9 7

1 1 5 - 1 3 0

85 m í n i m o .

1.0 m á x i m o .

1.0 m á x i m o .

6 . 0 m á x i m o -

65 matfimo.

3 2 5 - 3 6 5

0 . 0 0 1 m á x i m o .

0 . 1 0 0 m á x i m o .

N - 5 5 0

N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e I o d o , (mg. l ^ / q ) ,3

N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e D B P , (cm / 1 0 0 g ) .

D e c o l o r a c i ó n e n T o l u e n o , (% T).

P é r d i d a s p o r C a l e n t a m i e n t o , (%).

C o n t e n i d o d e C e n i z a s , (%).

C o n t e n i d o d e F i n o s a 5', (%).

D u r e z a d e G r á n u l o , ( G ) .

3D e n s i d a d A p a r e n t e , ( K g / m ).

R e s i d u o e n m a l l a 35, (%).

R e s i d u o e n m a l l a 3 25, (%).

3 5 - 5 0

1 1 3 - 1 2 7

80 m í n i m o .

1. 0 m á x i m o .

0 . 7 5 m á x i m o .

6 . 0 m á x i m o .

55 m á x i m o .

3 3 5 - 3 7 5

0. 0 0 1 m á x i m o .

0 . 1 0 0 m á x i m o .

(71)

N - 6 6 0

N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e I o d o , (mg. l 2 / g ) .

3N ú m e r o d e A b s o r c i ó n d e D B P , ( cm / 1 0 0 g ) .

D e c o l o r a c i ó n e n T o l u e n o , (% T ) .

P é r d i d a s p o r C a l e n t a m i e n t o , (%).

C o n t e n i d o d e C e n i z a s , (%).

C o n t e n i d o d e F i n o s a 5 ' ( % ) .

D u r e z a d e G r S n u l o , ( G ) .

D e n s i d a d A p a r e n t e , ( k g / m 3 ).

R e s i d u o e n m a l l a 3 5 , ( % ) .

R e s i d u o e n m a l l a 3 2 5 , ( % ) .

8 3 - 9 7

80 m í n i m o .

1 . 0 m á x i m o .

0 . 7 5 m á x i m o .

6 . 0 m á x i m o .

55 m á x i m o .

3 9 0 - 4 3 0

0 . 0 0 1 m á x i m o .

0 . 1 0 0 m á x i m o .

2 8 - 4 3

(72)

V I I . - A P L I C A C I O N E S

1.- INDUSTRIA HULERA.

L a i n d u s t r i a d e l h u l e s i g u e s i e n d o e l m a y o r c o n s u m i d o r d e -

n e g r o d e h u m o y a b s o r b e e l 9 4 % d e l a p r o d u c c i ó n m u n d i a l .

S e e m p l e a e n l a p r o d u c c i ó n d e l l a n t a s , m a n g u e r a s , b a n d a s , -

r e t e n e s y e n u n a e x t e n s a v a r i e d a d d e a r t í c u l o s d e h u l e . U n a H a n

t a c o n t i e n e a p r o x i m a d a m e n t e u n 2 8 % d e n e g r o d e h u m o , d e l c u a l u n

60 o 7 0 % s e e n c u e n t r a n e n e l p i s o o b a n d a d e r o d a m i e n t o d e l a —

l l a n t a y e l r e s t o e n l a c a r c a z a . C a b e m e n c i o n a r q u e s i a u n a - -

l l a n t a le e l i m i n a la c a r g a d e n e g r o d e h u m o , r e d u c e s u v i d a ú t i l

d e s e r v i c i o e n u n 90%.

E n l o s ú l t i m o s a ñ o s s e h a n d e s a r r o l l a d o m u c h o s e l a s t ó m e r o s

s i n t é t i c o s , l o s c u a l e s m e j o r a n s u s p r o p i e d a d e s a l m e z c l a r s e c o n

n e g r o d e h u m o , y a q u e é s t e l e s i m p a r t e e l r e f u r z o n e c e s a r i o , d e­

p e n d i e n d o d e l u s o p a r a e l q u e f u e r o n d i s e ñ a d o s .

L o s c a u c h o s s e p o l i s i l o x a n o o s i l i c o n e s s e r e f o r z a b a n ñ o r —

m a l m e n t e c o n m a t e r i a l e s n o c a r b ó n i c o s , p r i n c i p a l m e n t e s í l i c e , n o

p o r q u e c o n e l l o s n o s i r v i e r a e l n e g r o d e h u m o c o m o r e f o r z a n t e , -

s i n o p o r l a s d i f i c u l t a d e s q u e s e p r o d u c í a n a c a u s a d e l a r e a c c i ó n

e n t r e el n e g r o d e h u m o y l o s p e r ó x i d o s e m p l e a d o s e n la p o l i m e r i ­

z a c i ó n d e l c o m p u e s t o , S i n e m b a r g o , l a i n t r o d u c c i ó n d e g r u p o s in -

s a t u r a d o s e n l a c a d e n a d e s i l o x a n o , p e r m i t i ó el u s o d e a g e n t e s -

(73)

v u l c a n i z a n t e s d i s t i n t o s d e lo s p e r ó x i d o s y c o n e s t a v a r i a c i ó n s e

c o n s i g u i ó u n b u e n r e s u l t a d o d e l n e g r o d e h u m o c o m o a g e n t e r e f o r ­

zant e .

L o s e l a s t ó m e r o s d e p o l i u r e t a n o p o s e e n m a y o r r e s i s t e n c i a al

d e s g a s t e q u e lo s h u l e s c o m u n e s r e f o r z a d o s c o n n e g r o d e h u m o , s i n

e m b a r g o e s t o s e l a s t ó m e r o s r e s p o n d e n a l e f e c t o r e f o r z a n t e d e l n e ­

g r o d e h u m o al i n c r e m e n t a r s u r e s i s t e n c i a al d e s g a s t e , p o r l o —

a u e h a n t e n i d o g r a n a c e p t a c i ó n e n e l m e r c a d o .

2 . - P I G M E N T O S .

L a i n d u s t r i a d e t i n t a s y r e v e s t i m i e n t o s o c u p a el s e g u n d o l u

g a r d e l o s c o n s u m i d o r e s d e n e g r o d e h u m o . S u d e m a n d a h a a u m e n t a ­

d o d e b i d o a q u e l a s t i n t a s d e p e r i ó d i c o s o t i n t a s c o r t a s s o n p r o

d u c t o q u e s e c o n s u m e n e n g r a n v o l u m e n . P o r o t r a p a r t e , e n l a m a ­

n u f a c t u r a d e t ir*tas i 2. t o g r á f i c a s o t i n t a s l a r g a s s e e m p l e a u n a -

c a r g a a p r o x i m a d a m e n t e t r i p l e d e la u s a d a e n l a s t i n t a s d e p e r i ó ­

d i c o s c o n e l o b j e t o d e m e j o r a r l o s c a r á c t e r e s d e i m p r e s i ó n .

E l n e g r o d e h u m o s e h a u s a d o c o m o p i g m e n t o e n a r t í c u l o s d e

p l á s t i c o d e s d e lo s i n i c i o s d e e s t a i n d u s t r i a . L a a p l i c a c i ó n d e l

n e g r o h u m o a l p l á s t i c o , a d e m á s d e i m p a r t i b l e c o l o r , l o p r o t e g e

c o n t r a la a c c i ó n d e g r a d a n t e d e l a l u z s o l a r . E s i n t e r e s a n t e m e n ­

c i o n a r q u e e s t a a c c i ó n p r o t e c t o r a d e l n e g r o d e h u m o y a e r a c o n o ­

c i d a e n 1 8 6 5 p o r C h a r l e s G o d y e a r , q u i e n o b s e r v ó q u e el n e g r o d e

(74)

h u m o a d i c i o n a d o a u n c o m p u e s t o d e h u l e h a c í a q u e é s t e r e s i s t i e r a

m e j o r l o s e f e c t o s d e l s o l y d e l o s a g e n t e s a t m o s f é r i c o s q u e u n -

c o m p u e s t o c a r e n t e d e él.

3 . - I N D U S T R I A E L E C T R I C A .

D e b i d o a s u s p r o p i e d a d e s e l é c t r i c a s , e l p o l i e t i l e n o h a s i d o

a m p l i a m e n t e u s a d o e n l a f a b r i a c i ó n d e c u b i e r t a s p a r a c a b l e s , p e­

r o l a a c c i ó n d e l a l u z s o l a r d e p o r r e s u l t a d o f r a g i l i d a d y a g r i e

t a m i e n t o e n l a s u p e r f i c i e d e l p o l i e t i l e n o . L a i n c o r p o r a c i ó n d e -

n e g r o d e h u m o a l p o l i e t i l e n o i n c r e m e n t a l a r e s i s t e n c i a a l a d e —

g r a d a c i ó n u l t r a v i o l e t a .

E l n e g r o d e h u m o s e e m p l e a t a m b i é n e n l a f a b r i a c i ó n d e p i —

l a s s e c a s , c o m o a i s l a n t e t é r m i c o , e n c o m p u e s t o s p l á s t i c o s , c o m o

p a r a p u l i r y c o m o m a t e r i a l a b s o r v e n t e e n e x p l o s i v o s .

4 . - A P L I C A C I O N E S P O R G R A D O .

L a s a p l i c a c i o n e s t í p i c a s d e l o s n e g r o s d e h u m o p r o d u c i d o s

e n M é x i c o s e g ú n s u g r a d o son:

N - 2 2 0

S e c o n s i d e r a u n o d e l o s n e g r o s d e h u m o m á s r e f o r z a n t e s y -

r e s i s t e n t e s a la a b r a s i ó n , p o r l o q u e e s e m p l e a d o e n l a f a b r i c a

(75)

c i ó n d e b a n d a s d e r o d a m i e n t o d e l l a n t a s y l l a n t a s s ó l i d a s i n d u s ­

t r i a l e s , a s í c o m o e n l a m a n u f a c t u r a d e m o n t a j e s d e m a q u i n a r i a .

N - 3 3 0

E s u n o d e l o s g r a d o s a l t a m e n t e r e f o r z a n t e s . S e u s a p r i n c i —

p á l m e n t e p a r a f a b r i c a r c o m p u e s t o s p a r a p i s o d e n e u m á t i c o s , a r t í ­

c u l o s d u r o s d e h u l e , c a j a s p a r a a c u m u l a d o r e s , s u e l a s , a i s l a m i e n ­

to s p a r a a l a m b r e s y c a b l e s , b a n d a s t r a n s p o r t a d o r e s .

N - 3 3 9

E l t a m a ñ o d e p a r t í c u l a d e e s t e g r a d o e s s i m i l a r a l d e l - —

N - 2 2 0 , p e r o p o s e e u n a a l t a e s t r u c t u r a y b a j a á r e a s u p e r f i c i a l , -

lo q u e h a c e q u e d i s m i n u y a l a g e n e r a c i ó n d e l c a l o r , p o r l o q u e e s

i d ó n e o p a r a l a m a n o f a c t u r a d e p i s o d e l l a n t a s .

N - 3 4 7

A l i g u a l q u e l o s a n t e r i o r e s , s e t r a t a d e u n g r a d o d e n e g r o

d e h u m o r e f o r z a n t e , c u y a s p r i n c i p a l e s a p l i c a c i o n e s s o m f a b r i c a ­

c i ó n d e b a n d a d e r o d a m i e n t o d e n e u m á t i c o s d e a u t o m ó v i l y a v i ó n ,

p a r t e s d e f r e n o s h i d r á u l i c o s y a r t í c u l o s m e c á n i c o s d i v e r s o s .

N - 5 5 0

Es u n g r a d o m e n o s r e f o r z a n t e , u s a d o p r i n c i p a l m e n t e p a r a l a

c o n s t r u c c i ó n d e c o r a z a s d e l l a n t a , c á m a r a s p a r a l l a n t a d e a u t o ­

m ó v i l y m o t o c i l e t a , r o d i l l o s , g u a n t e s y a r t í c u l o s e x t r u i d o s e n

g e n e r a l .

(76)

S e c o n s i d e r a u n t i p o m e n o s r e f o r z a n t e y se e m p l e a e n l a - -

c o n s t r u c c i ó n d e c a r c a z a s d e n e u m á t i c o s , c o m o r e f u e r z o e n c o m p u e s

t o s d e h u l e b u t i l o , e n l a f a b r i c a c i ó n d e a r t í c u l o s d e p o r t i v o s , -

c o r b a t a s p a r a l l a n t a d e c a m i ó n y a r t í c u l o s m e c á n i c o s s u a v e s .

N - 6 6 0

(77)

H U M O E N E L M E R C A D O N A C I O N A L

VIII.- P E R S P E C T I C A S D E L N E G R O D E

El c r e c i m i e n t o d e l m e r c a d o d e n e g r o d e h u m o e n M é x i c o s e r á

u n o d e l o s m á s a l t o s d e l m u n d o , y a q u e s e e s p e r a u n i n c r e m e n t o -

e n l a t a s a d e c r e c i m i e n t o a n u a l .

E s t e c r e c i m i e n t o s u s t a n c i a l d e c o n s u m o d e n e g r o d e h u m o , e s

t á m o t i v a d o p r i n c i p a l m e n t e p o r l a a m p l i a c i ó n e n l a s c a p a c i d a d e s

p r o d u c t i v a s d e l a s e m p r e s a s q u e i n t e g r a n el s e c t o r l l a n t e r o , a s í

c o m o p o r e l a d v e n i m i e n t o d e u n a n u e v a c o m p a ñ í a l l a n t e r a .

E n l o q u e r e s p e c t a a l s e c t o r n o l l a n t e r o , c a b e m e n c i o n a r —

q u e s e e s t á n e f e c t u a n d o a l g u n a s a m p l i a c i o n e s e i n s t a l a n d o e q u i n o

d e r e p o s i c i ó n , l o q u e p r o v o c a r á u n i n c r e m e n t o e n l a d e m a n d a d e -

é s t e p r o d u c t o , p e r o e l c r e c i m i e n t o d e l c o n s u m o e n é s t e s e c t o r —

s e r á i n f e r i o r a l d e l s e c t o r l l a n t e r o .

C o n e l i n c r e m e n t o d e l a c a p a c i d a d d e p r o d u c c i ó n d e n e g r o d e

h u m o e n e l p a í s , n o s ó l o s e p e r m i t i r á m a y o r d i s p o n i b i l i d a d d e l -

p r o d u c t o e n e l m e r c a d o d o m é s t i c o , s i n o q u e s e p o d r á d i s p o n e r d e

f u e r t e s c a n t i d a d e s d e n e g r o d e h u m o p a r a d e s t i n a r l a s a la e x p o r ­

t a c i ó n y d e e s t a f o r m a f o r t a l e c e r l a p r e s e n c i a e n l o s m e r c a d o s

q u e s e e s t á n c a p t a n d o d e l e x t e r i o r .

(78)

I X . - C O N C L U S I O N E S

CONCLUSIONES.

De l o s p r o c e s o s e x i s t e n t e s , e l d e h o r n o e s e l má s c o m e i

c i a l y e l q u e m á s s e u t i l i z a e n e l m u n d o , d e b i d o a s u g r a n v e r ­

s a t i l i d a d p r o d u c t i v a .

P a r a p r o d u c i r u n t i p o d e n e g r o d e h u m o e n e s p e c i a l , s e d ¿

b e n t o m a r e n c u e n t a a l g u n o s a s p e c t o s t a l e s c o m o ; t i e m p o d e r e -

s i d e n c i a e n e l r e a c t o r q u e d e p e n d e d e l d i s e ñ o d e l m i s m o , d e l a

d i s t a n c i a d e l a s b o q u i l l a s a s p e r s o r e s d e a g u a p a r a s o f o c a r l a -

r e a c c i ó n y d e l a v e l o c i d a d d e l a c o r r i e n t e s ó l i d o g a s .

O t r o a s p e c t o e s e l g r a d o d e t u r b u l e n c i a q u e s e l o g r a a l -

i n y e c t a r t a n g e n e i a 1 m e n t e e l a c e i t e a l r e a c t o r .

A s í t a m b i é n l a t e m p e r a t u r a d e f l a m a , y a q u e a u n a t e m p e r a ^

t u r a d e f l a m a a l t a s e o b t i e n e n t a m a ñ o s d e p a r t í c u l a má s f i n o s .

L a a d i c i ó n d e s a l e s a l c a l i n a s a l a z o n a d e f l a m a p a r a o b ­

t e n e r n e g r o s d e b a j a e s t r u c t u r a o n o s e g ú n s e a e l c a s o .

E l h e c h o d e q u e l o s p r o c e s o s r e s t a n t e s n o c u e n t e n c o n e s -

( 79 )

t a c a r a c t e r í s t i c a d e v e r s a t i l i d a d p r o d u c t i v a , n o l e s r e s t a i m ­

p o r t a n c i a y a q u e l o s n e g r o s q u e p r o d u c e n s o n g r a n d e m e n t e r e q u e

r i d o s e n a r t í c u l o s d i s t i n t o s a l o s q u e e m p l e a n e l n e g r o d e h u ­

mo .

P o r o t r o l a d o l o s d a t o s t a b u l a d o s q u e r e p r e s e n t a n l a d e -

m a n d a e s t i m a d a e n l o s p r ó x i m o s a ñ o s , i n d i c a n q u e e l c o n s u m o s e

i n c r e m e n t a r á u n i f o r m e m e n t e , s i e n d o u n p r o n ó s t i c o ( c u y o f u n d a ­

m e n t o s e c e n t r a e n e s t u d i o s d e m e r c a d o ) , q u e d e n o c u m p l i r s e , -

d a d o q u e l a s c i r c u n s t a n c i a s a c t u a l e s n o s o n m u y f a v o r a b l e s s e -

b u s c a r í a e n t o n c e s c o l o c a r l o s p r o d u c t o s e n e l m e r c a d o i n t e r n a ­

c i o n a l e n u n m a y o r g r a d o , n e c e s i t a n d o p a r a e l l o c u m p l i r c o n - -

n o r m a s má s e s t r i c t a s d e c a l i d a d .

L a m a t e r i a p r i m a b á s i c a e n l a p r o d u c c i ó n d e l n e g r o d e h u ­

m o , e s u n a c e i t e c u y a s c a r a e t e r í s t i c a s q u í m i c a s j u e g a n u n p a -

o e l i m p o r t a n t e , d e b e s e r c o n s t i t u i d o d e m o l é c u l a s a r o m á t i c a s -

p o l i n u c l e a r e s y a q u e e l a u m e n t o o d i s m i n u c i ó n d e d i c h a s m o l é - -

c u l a s a r o m á t i c a s a f e c t a r á p o s i t i v a o n e g a t i v a m e n t e e l r e n d í -------

m i e n t o r e s p e c t i v a m e n t e . P a r a e l l o s e c u e n t a c o n e l BMCI q u e e s

u n a m e d i d a i n d i r e c t a d e l a a r o m a t i c i d a d y p o r l o t a n t o d e l c o n

t e n i d o d e c a r b ó n .

L a c l a s i f i c a c i ó n y n o m e n c l a t u r a e m p l e a d a s a c t u a l m e n t e s o n

' a : e s t a b l e c i d a s p o r l a A S T M , m i s m a s q u e p e r m i t e n u n a c o r r e l a ­

c i ó n u a d a d e l a s p r o p i e d a d e s d e l o s d i f e r e n t e s g r a d o s d e -

n e g r o s o e h u m o , c o n l a s c a r a c t e r í s t i c a s a o b t e n e r e n u n a f o r -

m u t a c i ó n d e l u l e . P a r a p r e d i c c i ó n y a p l i c a c i ó n p o r u s o f i n a l .

( 80 )

B I B L I O G R A F I A

B I B L I O G R A F I A

HUMEX, S .A.

H U M E X , S . A .

S T E W A R T J.

N A U N T O N W . J . S

A S H L A N D C H E M .

W R I G H T W . R .

D A N N E M B E R G . E

NEGROMEX. S.A

" C u r s o d e E n t r e n a m i e n t o p a r a l a p l a n

t a d e n e g r o d e h u m o " . H u m e x , S . A .

M é x . 1 9 8 0 .

" F a b r i c a c i ó n , C o n t r o l d e C a l i d a d y -

d i s t r i b u c i ó n d e N e g r o d e H u m o " . I n­

f o r m a c i ó n d i r e c t a .

" N e g r o d e H u m o a y e r , h o y y m a ñ a n a " .

H u m e x . S. A . - A s h l a n d C h e m i c a l Co.

B o l e t í n T é c n i c o .

" C i e n c i a y T e c n o l o g í a d e l C a u c h o " .

C i a . Ed. C o n t i n e n t a l . 1967.

C o . " U n i t e d C a r b ó n B l a c k c s " . T e c h . B u l l .

1 9 7 9 .

" P a r t i c l e S i z e , C a r b ó n B l a c k f u n d a ­

m e n t a l p r o p e r t y f o r p n e u m a t i c s - -

r e i n f o r c e m e n t " R u b b e r A g e a n d R u b b e r

W o r l a M a y . 1970.

.M. " C a r b ó n B l a c k " C a b o t C o r p . L a U . S . A .

19 7 5 .

" I n f o r m a c i ó n d e l p r o c e s o n e g r o d e -

h u m o N E G R O M E X . S . A.

(81)