陈新中
一、前言
炭黑pH值对橡胶的物理性能有一定的影响,pH值的大小可促进或延缓橡胶的硫化速度,pH值高,将加快胶料的硫化速度;pH值低,将会延缓橡胶的硫化速度。一般来说,槽法炭黑pH值呈弱酸性,能延缓胶料的硫化;炉法炭黑pH值呈碱性,将促进胶料的硫化。胶料的硫化速度将影响轮胎厂的经济效益。在现有能源紧张、效益第一的年代,提高硫化胶的硫化速度,对提高轮胎行业的经济效益是非常重要的。
我厂生产的湿法软质炭黑pH值自2005年8月份以来,分析数据显示一直偏低,这可能与水质及所用粘合剂、干燥工艺等有关,本文分别从制粒水、粘合剂、尾气炉所用尾气与空气比、干燥机内采用间接加热方式干燥炭黑等几个方面进行试验分析。
二、实验过程
1.对制粒水进行分析
因我厂的制粒水、急冷水均使用河水,可能会对炭黑pH值有所影响,故多次对不同品级的制粒水pH值进行跟踪分析,N220各取样点pH值比较见表1,N660各取样点pH值比较见表2。
通过对制粒水、急冷水的跟踪分析数据,证明制粒水与急冷水的pH值均大于7.0,制粒机下料口炭黑的pH值均呈碱性,而干燥机出口炭黑pH值小于7.0,呈弱酸性。应该说制粒水及急冷水不是导致炭黑pH值偏低的原因。
2.对粘合剂(糖蜜)pH值进行跟踪
因粘合剂(糖蜜或磺化木质素的溶液均呈酸性)可能会对炭黑的pH值产生影响,因此对纯糖蜜及糖蜜冲泡液pH值进行跟踪分析,粘合剂pH值跟踪数据分析结果见表3。
从表3可知,粘合剂糖蜜的pH值波动较大,5%糖蜜冲泡液的pH值为2.9～5.4,制粒水pH值为4.4～7.2,纯糖蜜放置一周后,pH值由原5.4下降至4.5。由此可见,粘合剂冲泡浓度不准,糖蜜影响制粒水pH值可能性较大,也可能会影响炭黑pH值偏低。
3.更换粘合剂
因怀疑糖蜜影响炭黑pH值偏低,10月18日将粘合剂由糖蜜换为麦芽糊精,在使用麦芽糊精时,取制粒机口炭黑与干燥机口炭黑pH值分析,同时对制粒机口取得的炭黑样品在烘干炉内烘干,再将烘干的炭黑样品进行pH值分析,麦芽糊精为粘合剂对炭黑pH值的影响见表4。
由表4可以看出,经过干燥机后,炭黑的pH值下降,但直接放入烘干炉内烘干的炭黑pH值虽有下降,但变化不大;而在线用干燥箱进行烘干的炭黑样品,pH值下降较大。综上所述,用麦芽糊精作为粘合剂用于炭黑造粒不能解决pH值偏低的问题,此举证明炭黑的pH值与粘合剂的种类关系不大。
4.改变尾气炉尾气
生产软质炭黑所产生的尾气与生产硬质炭黑所产生的尾气其成份存在差异,为了验证尾气的成份变化对炭黑pH值是否有影响,11月5日,将4#线(软质炭黑生产线)尾气炉所用干燥尾气改为由3#(硬质炭黑生产线)提供尾气,同时3#线尾气炉干燥用尾气改为由4#线炭黑生产尾气提供。以观察因尾气成份的不同,导致pH值变化,更换尾气前后各线pH值变化见表5。
将生产软质炭黑的尾气用于硬质炭黑干燥用热源,干燥同样重量的硬质炭黑所需尾气的量有所减少,这是因为生产软质炭黑产生的尾气热值较高的缘故,但对炭黑的pH值没有影响;而干燥软质炭黑用硬质炭黑线生产产生的尾气,用量有所增加,但炭黑的pH值无大的变化。此举表明炭黑的尾气成份对炭黑的pH值影响不显著。
5.改变尾气炉燃烧尾气与空气比值
为了验证是否因为干燥炉用空气过量,而导致炭黑在干燥过程中因为过量氧而发生氧化作用,11月13日,将4#线生产N660炭黑尾气炉用尾气与空气比值由1.9降低为1.5;11月16日,将3#生产的N220炭黑尾气炉尾气与空气比值由2.0降低为1.5;2#线N330尾气炉尾气与空气比值由1.9降低至1.6,通过跟踪取样分析炭黑的pH值变化情况。改变尾气炉尾气与空气比对pH值的影响见表6。
对尾气炉尾气与空气比例进行调整,降低W.G/Air比值,由表6可以看出,它对炭黑pH值影响并不显著,虽然均有所下降,但下降的程度有限。
6.尾气炉燃料由尾气改为燃料油
为了验证是否是因为尾气中某种成份会影响干燥炭黑的pH值,2005年12月,借助公司因煤气紧张的矛盾,为了多获得炭黑尾气送焦炉作为焦炉的热源而将干燥用炭黑尾气炉改为用燃料油的机会,收集了炭黑样品并进行炭黑pH值的分析,干燥炭黑用热源用尾气和燃料油对炭黑pH值比较结果见表7。
将干燥炭黑用热源由炭黑尾气改为燃料油后,从分析炭黑的pH值看,并无明显变化。
9.对炭黑进行间接加热
大多数炭黑厂在湿法炭黑干燥过程中均采取的是两步干燥法,由尾气炉出来的高温燃余气进入干燥箱,先与湿炭黑粒子进行间接换热,当燃余气温度降低到一定程度后,通过滚动干燥机壁上的孔进入滚动干燥机内,与炭黑进行直接换热,将炭黑的水份除去。为了改善炭黑的pH值,采取增长干燥机的直径与长度,对干燥机内部结构进行改造的方式,让燃余气与炭黑进行间接换热。通过对炭黑pH值的跟踪,确定影响炭黑pH值的因素。直接换热与间接换热方式对炭黑pH值的影响见表8。
由表8可以看出,采用间接换热方式对湿炭黑粒子进行干燥所得到的炭黑pH值,比直接接触式换热方式对湿炭黑粒子进行干燥所得到的炭黑pH值高约2.5个单位,这说明炭黑的pH值降低是由于干燥过程中尾气与空气燃烧的燃余气与炭黑表面发生了化学反应,炭黑表面的酸性基团增加的结果。
三、结论
湿法炭黑的pH值主要受干燥过程影响较大,如果要改变湿法炭黑的pH值,可以在干燥湿炭黑粒子时采用不同的干燥方式,通过对干燥机内部结构进行改善就可以达到目的。
