濕法造粒生產炭黑的新工藝及質量控制措施

丁利虎，孫魯光，陳新中

(山東耐斯特炭黑有限公司，山東 東營 257000)

0 引言

在我國化工原料中，炭黑非常常見。炭黑最大的用途是被應用到汽車輪胎等橡膠制品中，作為橡膠補強作用最重要的添加物質。除此之外在顏料和涂料工業也有重要的用途。造粒工序是炭黑生產的重要步驟。鑒于對環境保護的日益重視，除特殊品種外干法造粒炭黑逐漸退出市場。而炭黑濕法造粒工藝效率高，環境污染小，生產能力大，具有炭黑粒子密度高、強度大，便于儲存、運輸、輸送等優點。故濕法造粒炭黑的市場份額越來越大。

1 濕法造粒工藝的概述

濕法造粒主要是按照特定比例來混合炭黑與造粒水，并利用攪齒式濕法造粒機來將其充分混合、潤濕以及攪拌，待其成粒后實施干燥處理，將其水分去除，從而獲得粒狀炭黑產品。通過該種工藝生產所得粒子非常牢固，能夠散裝運輸，從而降低了在運輸與使用環節炭黑發生污染。該項工藝的特點：第一，工藝先進，生產穩定、產品質量優良；第二，裝置技術比較先進、能源耗費量少，生產效率高；第三，主體設備大部分都是國產產品，布置緊湊、運行便捷、維護便利。

2 濕法造粒生產炭黑的工藝流程

炭黑主要是C10～C14等碳氫化合物在高溫環境下所生成的一類物質。因為生產所得的炭黑體積不大，所以通常要求采取納米來實施計算。因此這就決定了在運用環節要對其實施造粒處理。運用濕法造粒生產炭黑其屬于一個較為簡單的物理過程，其具體工藝流程主要如下：

(1)攪拌脫氣。往攪拌機中裝入炭黑與造粒水并實施攪拌，炭粒子受到攪齒和螺旋葉片的作用其二次結構發生破裂，進而能夠排除炭黑離子表面空氣。而且炭黑粉末通過攪拌后，具體比重會變大，相應的也會增加與粒子的接觸面積，進而有利于加快粒子的形成。

(2)充分浸潤。經過攪拌脫氣后，炭黑與造粒水將會變得充分融合，造粒水完成濕潤粉狀炭黑后，在其表面會產生較大的黏結力。讓粒子間的吸附力得以大幅增加。在實際潤濕粉狀炭黑時其速度通常與造粒水、筒壁溫度、使用粘結劑的數量以及攪齒轉速等因素有關。

(3)粒子間的吸附。粒子得到全面濕潤后，在其表面吸附力的影響下粒子得以快速靠近并充分吸附，并且在攪拌齒的轉動影響下快速團聚起原來的炭黑粉末。

(4)攪拌成粒。在攪齒快速轉動作用下，會慢慢往前推移物料，被浸潤的炭黑就會發生碰撞、粘結，從而形成沒有規則的顆粒，且逐步變大。部分炭黑粒子較小，可以通過攪齒到筒壁之間的縫隙，并后移到出料口。但是一些炭黑粒子較大，那么在快速碰撞時也會發生破碎，破碎后的一些炭黑粒子能夠再次發生粘結重新組合，并形成了標準粒度。

(5)粒子密實和拋光。通過攪拌后獲得的粒子并非最后的產品，它的表面可能凹凸不平，而且該類粒子的結構也不穩固。此時利用造粒機來再次實施攪拌，就能夠再次壓實部分粒子，同時順著筒壁繼續滾動。由于筒壁光滑，所以在其發生滾動后，粒子就能夠獲得密實與拋光的效果。最后一步就是干燥粒子。

3 濕法造粒生產炭黑工藝中的影響因素

3.1 設備方面的因素

(1)造粒機。造粒機主要是由夾套外殼、攪齒以及轉筒等構成，在濕法造粒生產炭黑過程中起到了非常重要的作用。能否正確選擇其攪尺材料將會關系到了攪尺的使用期限，一般都是采用含鎳合金的不銹鋼作為構成材料。通常進行軟質炭黑生產時應當要每間隔3個月來對攪尺進行檢查與更換。進行硬質炭黑生產時可以每間隔6個月來進行攪尺的更換與檢查。要控制攪尺和夾套的間隙不超過3 mm，防止由于間隙不規律或是偏大而導致粒子變大容易破碎以及粒徑偏寬。除此之外，造粒質量還會受到造粒機中夾套腐蝕程度還有其內壁是否均勻所影響。在生產炭黑時造粒機中溫度較高，且被水濕潤，這樣就極易導致造粒機發生腐蝕。

(2)干燥器。采用不銹鋼板臥式轉鼓用作干燥器的主體，抄板設置于筒體內壁，在安裝過程中確保二者呈90°角。通常造粒質量會受到干燥器安裝的傾斜度、干燥器轉速以及抄板角度所影響。在實際運轉過程中，以上三類因素均會對炭黑粒子停留在干燥劑中的時間產生影響。并且抄板還直接關系到了炭黑粒子是否均勻受熱，所以必須要注重對以上三類因素的調節確保在造粒機中炭黑粒子能夠受熱均勻，降低其破碎程度[1]。

3.2 工藝方面的因素

(1)下料的穩定性。能否穩定地將粉狀炭黑由上游放至造粒機內將會影響到了炭黑造粒的質量。如果其下料過程中穩定性較差就會降低造粒質量。通常干燥器的真空程度、造粒機進口的破真空閥的效果、炭黑喂料泵轉動速度、緩沖槽料位等都會影響到下料的穩定性。而且在主袋濾器中，其反吹以及吸氣系統是否嚴密將會大大影響到下料的穩定性。如若該系統嚴密性較差，那么在主袋濾器中粉狀炭黑就無法穩定的完成過濾和沉降，那么會就使得不穩定的炭黑進到炭黑輸送管道當中，使得造粒質量受到影響。

(2)造粒水流量的穩定性。要想確保造粒質量達標，一項重要前提就是確保造粒水流量的穩定。其對比炭黑下料穩定性來說其控制難度要低點。其主要是維持造粒水泵運行正常、管線過濾器暢通、添加劑流量還有熱水造粒的穩定。使用熱水造粒可以有效減少使用粘結劑的數量，實現成本的減小，而且浸潤效果較為理想。不過如若采取蒸汽直接加造粒水，就會有氣泡存在于造粒水內，從而使得其穩定性下降。

(3)造粒機轉速。能否科學合理的調整造粒機轉速將會直接影響到了炭黑粒子強度以及壓縮吸油值。合理提升其轉速能夠有利于粒子強度與壓縮吸油值的提升。所以在原則上來說，對相同品種應當要維持其轉速的固定。

4 濕法造粒生產炭黑工藝的質量控制策略

(1)確保下料的持續性。利用專門的儲罐均勻、不間斷的將粉狀炭黑加入至造粒機中，使用螺旋傳送機來完成這一步驟，以保證實際下料有著良好的均衡性。在實際生產過程中要想能夠實現持續與均衡下料，則需要確保每一貯罐內都留有一定量的炭黑。

(2)合理控制粉狀炭黑與造粒水數量。在實際生產過程中按照一定比例將粉狀炭黑與造粒水加入造粒機內，通常粘結劑與水混合形成了造粒水，此處使用到的水不僅可以使用溫水，也能夠使用熱水。在造粒水中粘結劑通常占比為3%～5%，升高造粒水溫度到40～70 ℃的情況下，可以讓粉狀炭黑與水的親和度增加，從而加快粉狀炭黑的濕潤速率，以達到造粒效果與功能提高的目的[2]。一旦進料量與相應標準要求相一致，那么就會提高造粒機的功率，造粒水量會同步變大。如果是功率下降，那么造粒水量也會相應減小，實現比例的調節。因此必須要確保造粒水和造粒機功率的穩定，方可穩步推進造粒工作。

(3)有效管控造粒機主軸轉動速度。在實際生產過程中造粒機主軸轉速會在一定程度上影響著造粒質量，不但會對造粒功能進行制約，并且還可能會降低產品質量。這主要是因為是利用攪齒運轉來實現炭黑與造粒水的融合、浸潤、脫氣、成型、壓實以及拋光。如果是其轉速太快，那么在筒內粒子停留時間就是比較短，因此大大增加其破碎幾率，無法實現造粒。反之就會因為長時間停留在筒內而產生大體積粒子，并無法確保其大小的勻稱性。因此可以先采取人工調節的方法來對攪齒轉動速度調整，待其獲得比較完善的粒子后再進行串級。

(4)串級控制。在實際造粒時，工作人員需要能夠合理調節與控制造粒機的電機功率與造粒水量串級，確保炭黑與造粒水的比例合理。在此過程中，炭黑所占比重較大，所以要求能夠根據具體炭黑數量來確定是要增加或是減少造粒水量。如果炭黑量比較穩定的情況下，水量也不會出現過大波動。而且在確保均勻持續下料的情況下就可以進行串級控制。

(5)科學管控筒壁溫度。采取濕法造粒生產炭黑過程中，在造粒水與粉狀炭黑初始融合情況下，其往往不能均勻濕潤，一些部位剛開始與水接觸，而一些部位就已全部濕潤，這樣一來就會形成黏稠狀炭黑。如果此時造粒機外壁溫度下降，就極易導致該類炭黑與筒壁相黏附，如若攪齒轉速較快的情況下就會導致造粒機出現震動。所以要想避免該類情況出現，可將加熱夾套設置于造粒機的筒壁上，隨后進行蒸汽的注入，以有效維持筒壁溫度在規定的范圍內，以減少導致炭黑與筒壁相黏附的情況，防止出現造粒機震動的現象。

(6)合理控制粘結劑的使用量。當前造粒機的粘結劑通常都是使用木質素硫酸鹽或是糖蜜這些材料，以有效增強例子強度，防止在運輸環節粒子受損。不過需要對其具體的使用量進行有效控制，防止其用量偏多而產生硬粒，使得炭黑無法在橡膠中充分分散[3]。所以在確保輸送與運輸粒子質量得以保證的基礎上，盡可能減小粘結劑的使用量，以確保粒徑的均勻與統一，提高粒子的分散程度。此外，對粘結劑使用量是否適宜進行判斷時，不但可以采取檢測粒子硬度的方式來進行，還可對粒子直徑與圓度的均一性進行檢測。如果把粒子硬度當作對粘結劑用量進行檢測的唯一標準，那么如果檢測生產粒子質量不佳的情況下，只是單純的采取增加粘結劑使用量的方式來解決，就必定會加大攪齒和炭黑間的磨耗，降低粒子性能。所以通常可以采取將轉速合理提升的方法，將造粒能力輸入，來實現粘結劑用量的降低，進而有效提升造粒的質量。

(7)有效管控造粒機噴水水質。因為炭黑具有憎水性，所以會使得造粒水難以快速濕潤炭黑，所以可以將水平噴水口裝置于造粒機的垂直進口部位，往造粒水中添加適量表面活性劑，并將其1/10左右的量噴入，用以提高炭黑粒子的親水性，讓其快速與造粒水濕潤，進而生成濕炭黑粒子維核，提升炭黑造粒的速度。

(8)合理控制干燥器的真空度。在干燥炭黑環節還有炭黑循環率在很大程度上受到干燥劑真空度的影響，炭黑循環率會隨著真空度的增加而變大，從而加大了造粒系統中的設備復合量；反之真空度減小會加大干燥器炭黑泄漏的幾率。

5 結語

在工業上使用濕法造粒生產炭黑過程中，應當要能夠正確認識到對炭黑生產質量的影響因素，并采取有效的措施進行應對，以切實將該項工藝的效用發揮出來。