從制備光纖預制棒產生的廢料中回收白炭黑*

陳　炎，石從云，錢　凡，強　敏，柯昌美，余高奇，宋樹波，馮澤宇，尹　鵬（.武漢科技大學化學工程與技術學院，湖北武漢43008；.武漢澤元化工材料有限公司）

從制備光纖預制棒產生的廢料中回收白炭黑*

陳炎1，石從云1，錢凡1，強敏1，柯昌美1，余高奇1，宋樹波1，馮澤宇1，尹鵬2
（1.武漢科技大學化學工程與技術學院，湖北武漢430081；2.武漢澤元化工材料有限公司）

為了從制備光纖預制棒產生的廢料中提取得到白炭黑，采用烘干、研磨、煅燒、酸處理、水洗等手段對廢料進行無害化處理，除去雜質部分，使超細二氧化硅顆粒再生出來。重點探究了最佳的煅燒條件，通過對不同煅燒條件下產品的失重分析以及雜質（Fe元素）含量、產品粒徑分布等分析，得出了最佳的煅燒溫度為500℃，煅燒時間大約為1 h。所得產品的質量技術參數基本達到或接近國家標準。

光棒廢料；煅燒；白炭黑

制備預制棒是光纖制造的最重要的一環，占光纖生產利潤的70%［1-4］，但氣相沉積法生產光纖預制棒的過程中會產生大量的廢料，估計中國每年產生廢料約0.7萬～1.1萬t。該廢料是預制棒制備過程中產生的大量廢棄的超細二氧化硅顆粒經旋風分離、噴水、加無機和有機高分子絮凝劑、沉降、過濾等步驟所得，含有無機物和有機絮凝劑等雜質，但其主要成分是有價值的多孔二氧化硅小顆粒。目前處理這些廢料的方法是填埋［5］，造成了資源浪費，提高了光纖生產的成本，也給環境帶來極大的危害。本研究對廢料進行無害化處理使超細二氧化硅顆粒再生出來，變為具有市場價值的白炭黑。

1　實驗部分

1.1實驗試劑與儀器

實驗試劑：光纖預制棒濕廢料；濃鹽酸（優級純）。

實驗儀器：電熱鼓風干燥箱（101-2A型）；馬弗爐（SRJX 4-9）；離心機（LD-3）；振動磨（ZM100）；激光粒度分析儀（Mastersizer 2000）；IRIS Advantage全譜直讀等離子體發射光譜儀（ICP-AES）。

1.2實驗步驟

以藤倉烽火光電材料科技有限公司生產光纖預制棒過程中產生的濕廢料為原料，將濕廢料烘干至含水量為5%左右，把塊狀干料破碎成蠶豆大小后，使用振動磨將廢料研磨成粉體，把研磨好的粉體用馬弗爐進行煅燒，取煅燒好的廢料20.00 g置于三口燒瓶中，加入質量分數為20%的100 mL鹽酸振蕩搖勻，在90℃下反應（酸處理）2 h。將冷卻后的樣品離心分離，用自來水洗滌3次。洗滌后的樣品在烘箱中80℃烘干即為產品白炭黑。

此過程中烘干、破碎和研磨的目的是把塊狀濕廢料變為粉末狀樣品，以便于煅燒；煅燒的目的是除去有機高分子絮凝劑；酸處理的目的是除去無機高分子絮凝劑聚鐵和聚鋁等，以及除去無機高分子絮凝劑在煅燒過程中高溫分解生成的三氧化二鐵和三氧化二鋁；水洗是為了進一步洗掉溶于水的無機離子雜質。煅燒是該工藝路線的關鍵步驟，因為若溫度低、時間短，則有機絮凝劑不能徹底除掉，也影響酸處理步驟中無機鹽的去除；若溫度太高、時間長，不但使二氧化硅顆粒團聚、粒徑變大，而且生成的三氧化二鐵及硫酸鐵和氯化鈉等無機鹽會包裹在二氧化硅的團聚體里面，使這些無機物雜質很難去除。故而筆者重點研究煅燒條件。

2　結果與討論

2.1從廢料中提取白炭黑工藝研究

2.1.1煅燒階段前進行烘干和研磨預處理

實驗時先將出廠濕廢料放置于室內，溫度大約為20℃，一周后放置在鼓風干燥箱中于110℃下，分別烘干24、36、48 h，發現24 h即可脫水至含水量為5%左右。

將烘干好的塊狀干料破碎成蠶豆大小后，使用振動磨研磨，發現研磨兩次即可使試樣變成很細的粉末。

2.1.2最佳煅燒溫度和煅燒時間的確定

通過對煅燒后的樣品進行失重分析以及對煅燒并酸處理后的樣品進行鐵元素含量測定和樣品粒徑分析，找到最佳的煅燒溫度和煅燒時間。

1）樣品煅燒后失重和外觀分析。通過前期的探索發現，煅燒溫度為400℃，時間為1 h或以上，對樣品進行酸處理時發現樣品中有白色粘稠狀物質，酸處理難以進行，估計該粘稠狀物質為有機絮凝劑，400℃不能使有機物燒干凈。而酸處理500℃以上煅燒的樣品時不會出現這一現象，因而把煅燒溫度分別設定為500、600、700、800、900、1 000℃，煅燒時間分別為1、2、4、8、12 h。將20.00 g的廢料置于馬弗爐中于不同的煅燒溫度、時間進行煅燒，觀察煅燒現象并進行失重分析。表1為不同煅燒溫度、不同煅燒時間的樣品失重。

表1　不同煅燒溫度、不同煅燒時間樣品失重

由表1可知，煅燒溫度一定，不同煅燒時間對失重基本上沒有影響，而且不同煅燒時間的樣品外觀沒有明顯差別，表明煅燒1 h時有機物很可能完全被去除。從500℃到1 000℃煅燒，樣品失重略有增加，很可能是由于顆粒表面失去羥基，而且不同溫度煅燒的產品外觀不同，700℃以上樣品有少量團聚現象，800℃團聚現象很明顯，900℃以上團聚現象嚴重。因而較佳的煅燒溫度為500～600℃。

2）在不同溫度下煅燒的樣品經酸處理后雜質Fe的含量。將煅燒溫度分別為500、600、700、800、900、1 000℃，煅燒時間為1 h的樣品進行酸處理、水洗且烘干，分別檢測鐵元素的含量，結果見表2。

表2　不同溫度下煅燒1 h并進行酸處理、烘干后的樣品的鐵含量

從表2數據可知，隨著煅燒溫度的提高，樣品的鐵含量升高。這可能是因為煅燒溫度高使樣品團聚，導致鐵雜質等包裹在二氧化硅顆粒里。其中500℃煅燒、酸處理后鐵的質量分數為0.004 3%，接近GB/ T 20020—2005中 B類氣相法白炭黑的標準（≤0.003%）。故合適的煅燒溫度為500℃。

3）產品粒徑分析。將煅燒溫度分別為500、600、700℃，煅燒時間為1 h的樣品經酸處理后進行粒徑分布測定，結果見表3。

表3　原料及不同溫度下煅燒1 h的樣品的粒徑分布

由表3可知，4個樣品的D 0.1、D 0.5都比較接近，但D 0.9隨煅燒溫度的升高而增大，500℃下煅燒的白炭黑產品的D 0.9與原料的值最為接近。故而最佳的煅燒溫度為500℃、煅燒時間大約為1 h。

2.2產品質量參數與氣相法白炭黑質量參數比較

把煅燒溫度為500℃、煅燒時間為1 h，且經酸處理、水洗、烘干的樣品的質量參數與氣相法白炭黑（B類）國家標準作比較，結果列于表4。由表4可知，從廢料中回收得到的白炭黑質量參數基本達到B類氣相白炭黑國家標準。

表4　最佳煅燒條件下所得樣品質量參數與氣相法白炭黑（B類）國標比較

3　結論

將生產光纖預制棒過程中產生的濕廢料烘干、破碎、研磨后，在500℃下煅燒1 h，然后經酸處理、水洗、烘干后得到的白炭黑產品基本符合B類氣相白炭黑國家標準。

［1］熊向峰.中國光纖光纜產業的發展趨勢探討［J］.中國新通信，2010，12（9）：5-9.

［2］烽火通信沖擊全球光棒第一產業陣營［J］.電信技術，2011（8）：35.

［3］杜云剛，李繼軍，柴俊霖.關于光纖預制棒國產化的思考［J］.科技信息，2012（2）：48-49.

［4］耿皓.中國光纖光纜產業發展趨勢探討［J］.無線互聯科技，2010（2）：67-69.

［5］李志石.中天科技觸發我國光纖預制棒應用前景裂變［J］.通信世界，2011（18）：41.

聯系方式：240585259@qq.com

Recycling of white carbon black from waste generated from preparation of optical fiber preforms

Chen Yan1，Shi Congyun1，Qian Fan1，Qiang Min1，Ke Changmei1，Yu Gaoqi1，Song Shubo1，Feng Zeyu1，Yin Peng2
（1.School of Chemical Engineering and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China；2.Wuhan Zeyuan Chemical Material Co.，Ltd.）

In order to recycle white carbon black from the waste generated from the preparation of optical fiber preforms，impurities in the waste were removed by drying，grinding，calcination，acid treatment，washing，and other harmless treatments to regenerate the ultrafine silicon dioxide particles.The optimum calcination conditions were explored especially.Through the analysis of weight loss，the content of the impurity element（Fe），the product particle size distribution under the different calcination conditions，a conclusion was drawn that the best calcination temperature was 500℃and the best calcination time was about 1 h.The quality parameters of the product reached or were close to the national standards.

optical fiber preform waste；calcination；white carbon black

TQ127.2

A

1006-4990（2016）04-0061-02

湖北省大學生創新創業訓練計劃項目（201410488032）；煤轉化與新型炭材料湖北省重點實驗室開放基金（WKDM201306）；武漢澤元化工材料有限公司資助項目。

2015-10-10

陳炎（1993—），男，研究生在讀，研究方向是光功能材料，已發表1篇文章，獲得專利1項。