陳新中
一、前言
炭黑pH值對橡膠的物理性能有一定的影響,pH值的大小可促進或延緩橡膠的硫化速度,pH值高,將加快膠料的硫化速度;pH值低,將會延緩橡膠的硫化速度。一般來說,槽法炭黑pH值呈弱酸性,能延緩膠料的硫化;爐法炭黑pH值呈堿性,將促進膠料的硫化。膠料的硫化速度將影響輪胎廠的經(jīng)濟效益。在現(xiàn)有能源緊張、效益第一的年代,提高硫化膠的硫化速度,對提高輪胎行業(yè)的經(jīng)濟效益是非常重要的。
我廠生產(chǎn)的濕法軟質(zhì)炭黑pH值自2005年8月份以來,分析數(shù)據(jù)顯示一直偏低,這可能與水質(zhì)及所用粘合劑、干燥工藝等有關(guān),本文分別從制粒水、粘合劑、尾氣爐所用尾氣與空氣比、干燥機內(nèi)采用間接加熱方式干燥炭黑等幾個方面進行試驗分析。
二、實驗過程
1.對制粒水進行分析
因我廠的制粒水、急冷水均使用河水,可能會對炭黑pH值有所影響,故多次對不同品級的制粒水pH值進行跟蹤分析,N220各取樣點pH值比較見表1,N660各取樣點pH值比較見表2。
通過對制粒水、急冷水的跟蹤分析數(shù)據(jù),證明制粒水與急冷水的pH值均大于7.0,制粒機下料口炭黑的pH值均呈堿性,而干燥機出口炭黑pH值小于7.0,呈弱酸性。應(yīng)該說制粒水及急冷水不是導(dǎo)致炭黑pH值偏低的原因。
2.對粘合劑(糖蜜)pH值進行跟蹤
因粘合劑(糖蜜或磺化木質(zhì)素的溶液均呈酸性)可能會對炭黑的pH值產(chǎn)生影響,因此對純糖蜜及糖蜜沖泡液pH值進行跟蹤分析,粘合劑pH值跟蹤數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表3。
從表3可知,粘合劑糖蜜的pH值波動較大,5%糖蜜沖泡液的pH值為2.9～5.4,制粒水pH值為4.4～7.2,純糖蜜放置一周后,pH值由原5.4下降至4.5。由此可見,粘合劑沖泡濃度不準(zhǔn),糖蜜影響制粒水pH值可能性較大,也可能會影響炭黑pH值偏低。
3.更換粘合劑
因懷疑糖蜜影響炭黑pH值偏低,10月18日將粘合劑由糖蜜換為麥芽糊精,在使用麥芽糊精時,取制粒機口炭黑與干燥機口炭黑pH值分析,同時對制粒機口取得的炭黑樣品在烘干爐內(nèi)烘干,再將烘干的炭黑樣品進行pH值分析,麥芽糊精為粘合劑對炭黑pH值的影響見表4。
由表4可以看出,經(jīng)過干燥機后,炭黑的pH值下降,但直接放入烘干爐內(nèi)烘干的炭黑pH值雖有下降,但變化不大;而在線用干燥箱進行烘干的炭黑樣品,pH值下降較大。綜上所述,用麥芽糊精作為粘合劑用于炭黑造粒不能解決pH值偏低的問題,此舉證明炭黑的pH值與粘合劑的種類關(guān)系不大。
4.改變尾氣爐尾氣
生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑所產(chǎn)生的尾氣與生產(chǎn)硬質(zhì)炭黑所產(chǎn)生的尾氣其成份存在差異,為了驗證尾氣的成份變化對炭黑pH值是否有影響,11月5日,將4#線(軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)線)尾氣爐所用干燥尾氣改為由3#(硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線)提供尾氣,同時3#線尾氣爐干燥用尾氣改為由4#線炭黑生產(chǎn)尾氣提供。以觀察因尾氣成份的不同,導(dǎo)致pH值變化,更換尾氣前后各線pH值變化見表5。
將生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑的尾氣用于硬質(zhì)炭黑干燥用熱源,干燥同樣重量的硬質(zhì)炭黑所需尾氣的量有所減少,這是因為生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑產(chǎn)生的尾氣熱值較高的緣故,但對炭黑的pH值沒有影響;而干燥軟質(zhì)炭黑用硬質(zhì)炭黑線生產(chǎn)產(chǎn)生的尾氣,用量有所增加,但炭黑的pH值無大的變化。此舉表明炭黑的尾氣成份對炭黑的pH值影響不顯著。
5.改變尾氣爐燃燒尾氣與空氣比值
為了驗證是否因為干燥爐用空氣過量,而導(dǎo)致炭黑在干燥過程中因為過量氧而發(fā)生氧化作用,11月13日,將4#線生產(chǎn)N660炭黑尾氣爐用尾氣與空氣比值由1.9降低為1.5;11月16日,將3#生產(chǎn)的N220炭黑尾氣爐尾氣與空氣比值由2.0降低為1.5;2#線N330尾氣爐尾氣與空氣比值由1.9降低至1.6,通過跟蹤取樣分析炭黑的pH值變化情況。改變尾氣爐尾氣與空氣比對pH值的影響見表6。
對尾氣爐尾氣與空氣比例進行調(diào)整,降低W.G/Air比值,由表6可以看出,它對炭黑pH值影響并不顯著,雖然均有所下降,但下降的程度有限。
6.尾氣爐燃料由尾氣改為燃料油
為了驗證是否是因為尾氣中某種成份會影響干燥炭黑的pH值,2005年12月,借助公司因煤氣緊張的矛盾,為了多獲得炭黑尾氣送焦?fàn)t作為焦?fàn)t的熱源而將干燥用炭黑尾氣爐改為用燃料油的機會,收集了炭黑樣品并進行炭黑pH值的分析,干燥炭黑用熱源用尾氣和燃料油對炭黑pH值比較結(jié)果見表7。
將干燥炭黑用熱源由炭黑尾氣改為燃料油后,從分析炭黑的pH值看,并無明顯變化。
9.對炭黑進行間接加熱
大多數(shù)炭黑廠在濕法炭黑干燥過程中均采取的是兩步干燥法,由尾氣爐出來的高溫燃余氣進入干燥箱,先與濕炭黑粒子進行間接換熱,當(dāng)燃余氣溫度降低到一定程度后,通過滾動干燥機壁上的孔進入滾動干燥機內(nèi),與炭黑進行直接換熱,將炭黑的水份除去。為了改善炭黑的pH值,采取增長干燥機的直徑與長度,對干燥機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改造的方式,讓燃余氣與炭黑進行間接換熱。通過對炭黑pH值的跟蹤,確定影響炭黑pH值的因素。直接換熱與間接換熱方式對炭黑pH值的影響見表8。
由表8可以看出,采用間接換熱方式對濕炭黑粒子進行干燥所得到的炭黑pH值,比直接接觸式換熱方式對濕炭黑粒子進行干燥所得到的炭黑pH值高約2.5個單位,這說明炭黑的pH值降低是由于干燥過程中尾氣與空氣燃燒的燃余氣與炭黑表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),炭黑表面的酸性基團增加的結(jié)果。
三、結(jié)論
濕法炭黑的pH值主要受干燥過程影響較大,如果要改變濕法炭黑的pH值,可以在干燥濕炭黑粒子時采用不同的干燥方式,通過對干燥機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改善就可以達到目的。
