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「碳黑」炭黑的精制、增密和造粒

来源:碳黑工业 | 作者:德隆导电炭黑 | 发布时间: 2023-04-27 | 1520 次浏览 | 分享到:

炭黑精制

炭黑含有少量的固体污染物如焦粒、硬渣、耐火材料碎末和铁锈等。最有效除去固体污染物的设备是硬渣分离器,它是利用炭黑和固体污染物不同的沉降速度来分离的。用转动体产生高离心力,调节转动体的速度和辅助空气量,在一个较宽的范围内改变来有效地分离出炭黑中硬渣。用微米粉碎机把炭黑中的固体污染物粉碎到325目以下,达到不影响在橡胶制品中应用的程度。用自动清洗的磁选机分离出以铁锈或以金属擦损物形式存在的铁磁性污染物。然而为了减小铁锈生成的可能,德隆炭黑厂使用了不锈钢和其他抗锈材料设备。

炭黑增密

从微米粉碎机风送后分离出的疏松炭黑含有相当可观的气体,密度很小(40~50kg/m³),因此,在作为产品出售前必须进一步增密。增密的程度和方法取决于炭黑的用途。

在粉状炭黑贮罐里设置一个搅拌器。它的缓慢搅动,起到初级增密作用,而且通过搅拌器下的可调速气密阀保证一定流量的炭黑进入后续增密过程。为了达到稳定生产,需维持进入粉罐的炭黑和排出的炭黑相平衡。它用粉罐的料位计或电子秤称重作参数,调整气密阀的转数来实现。

粉状炭黑增密形式最多的是真空增密。炭黑通过一个多微孔可透滤的滚筒上方,滚筒里抽真空,还有一个滚筒与可透滤滚筒平行并留有一定间隙,两滚筒相对转动,炭黑通过其间达到增密效果。对于要求以粉状形式很易分散的色素炭黑,主要采用这种方式增密。

炭黑造粒

较高的炭黑增密用造粒方式得到。炭黑造粒有干法造粒和湿法造粒两种形式。

干法造粒是将炭黑连续通过一个旋转圆筒,使粉状炭黑因其物理附聚力而成为球状颗粒。干法造粒设备简单,造粒成本低,耗能少,但粒子强度低,在散装输送中粒子易破坏,不利于橡胶厂的炭黑气力输送、镰贮和密炼机加料。干法造粒,炭黑结构越高造粒越困难。按一定比例回流粒子炭黑作为“种子”,与新加入的粉料一起造粒,以提高造粒能力。

干法造粒制得的粒子较小,且有相当成分的含粉量(相对易分散)

湿法造粒是将炭黑同一定比例的造粒水混合,在搅齿式湿法造粒机中,经混合、润湿和搅拌,成粒后再经干燥,除去其中水分,成为粒状炭黑产品。这种方法粒子坚牢度好,可散装运输,以减少炭黑在运输和使用过程中的污染,便于生产贮运和使用过程的机械化和密闭化,改善劳动条件,同时也增加了后处理在线化的调节手段。湿法造粒虽然设备复杂,似乎能耗大,成本高。详细的经济评价表明,湿法造粒比干法造粒使炭黑成本提高8%,但从包装(散装运输,节约包装袋)、运输费和减少炭黑污染损失等方面的节约相当于炭黑成本的10%,可见还有少许经济效益。

湿法造粒制得粒子较大,有一定硬度,含粉量少(相对分散困难)

湿法造粒机,简体内径为0.5~0.7m,长度约3m。在机中心安有直径为0.2m的转轴,沿着轴向螺旋排列着搅齿,搅齿与筒壁距离为1.5~12mm。这个轴以400~700r/min旋转。造粒水通过沿造粒机轴向不同位置的喷嘴注入造粒机内。水/炭黑比,对于大部分炭黑大约为1:1。借助于搅齿的机械作用,形成直径0.5~2mm的湿粒子。如果需要,加入一定比例的粘结剂,比如糖蜜、木质素磺酸盐来提高粒子的强度。

因为水/炭黑比影响粒子尺寸和增密程度,这个比值是控制湿法造粒的一个主要参数。

对于同一种炭黑,随着水/炭黑比的加大,造粒机功率在增加。当水/炭黑比过小时,则颗粒易碎,甚至不成粒。在一适宜水/炭黑比条件下,炭黑成粒状况良好。水/炭黑比过大,造出的粒子过软,并增大了干燥机的负荷。造粒机的功率对水/炭黑比很敏感,故用造粒机的功率来决定进入造粒机的水量。当水量增加时,功率增加,功率变送器将这一信号送到控制器,经负荷反馈,由控制器送一信号到造粒水流量调节器来降低水量,使造粒水紧跟造粒机功率的变化,使炭黑粒子状态得到稳定的控制。用湿法造粒功率与造粒水流量的串级调节来保持水/炭黑比的恒定。水/炭黑比主要取决于炭黑的DBP吸附值。

离开湿法造粒机的湿粒子进入干燥机,经干燥除去水分,使炭黑加热减量在2.5%以下,得到最终的粒状产品。

干燥机的主体为一卧式回转圆筒(转鼓)。转鼓的两端与静止的进口、出口端密封配合。转鼓一端以链轮方式转动,另一端安有滚圈把转鼓架在托轮上。转鼓除了传动部分外,用一耐火材料砌筑的火箱罩上。炭黑尾气在干燥机尾气燃烧炉中燃烧产生约1100℃热烟气,进入火箱,经转鼓壁间接加热湿炭黑后,由转鼓另一端的开口进入转鼓内,与湿炭黑直接接触,进行传质传热干燥。

转鼓内壁设有许多抄板,随着转鼓的转动,把炭黑粒子抄起,再撒落下来,增加炭黑粒子与热气流的接触,以提高干燥效率。

干燥机的处理量取决于转鼓的直径、长度、运行条件、物料与气流的流向等因素。现在有处理量2~4t/h炭黑的干燥机,其直径2~3m,长度15~20m,转速2~6r/min。

干燥机出口炭黑温度控制在180~240℃范围内(高于热气流的露点),既要完成最终干燥,又要控制稍低的温度,以减少炭黑表面的氧化反应。

另外,还出现了"加油造粒"。加油造粒对于干法造粒炭黑和湿法造粒炭黑两者都可以实施。在造粒期间,把1%~10%的油加热到炭黑中,油湿润了炭黑的表面,在后续的应用中,有利于炭黑的分散。