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濟效益。在現有能源緊張、效益第一的年代,提高硫化膠的硫化速度,對提高輪胎行業的經濟效益是非常重要的。
我廠生產的濕法軟質炭黑pH值自2005年8月份以來,分析數據顯示一直偏低,這可能與水質及所用粘合劑、干燥工藝等有關,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據,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。應該說制粒水及急冷水不是導致炭黑pH值偏低的原因。
2.對粘合劑(糖蜜)pH值進行跟蹤
因粘合劑(糖蜜或磺化木質素的溶液均呈酸性)可能會對炭黑的pH值產生影響,因此對純糖蜜及糖蜜沖泡液pH值進行跟蹤分析,粘合劑pH值跟蹤數據分析結果見表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,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,經過干燥機后,炭黑的pH值下降,但直接放入烘干爐內烘干的炭黑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系不大。
4.改變尾氣爐尾氣
生產軟質炭黑所產生的尾氣與生產硬質炭黑所產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(軟質炭黑生產線)尾氣爐所用干燥尾氣改為由3#(硬質炭黑生產線)提供尾氣,同時3#線尾氣爐干燥用尾氣改為由4#線炭黑生產尾氣提供。以觀察因尾氣成份的不同,導致pH值變化,更換尾氣前后各線pH值變化見表5。
將生產軟質炭黑的尾氣用于硬質炭黑干燥用熱源,干燥同樣重量的硬質炭黑所需尾氣的量有所減少,這是因為生產軟質炭黑產生的尾氣熱值較高的緣故,但對炭黑的pH值沒有影響;而干燥軟質炭黑用硬質炭黑線生產產生的尾氣,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,而導致炭黑在干燥過程中因為過量氧而發生氧化作用,11月13日,將4#線生產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爐作為焦爐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,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,對干燥機內部結構進行改造的方式,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生了化學反應,炭黑表面的酸性基團增加的結果。
三、結論
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,通過對干燥機內部結構進行改善就可以達到目的。
