湿法造粒生产炭黑的新工艺及质量控制措施

丁利虎，孙鲁光，陈新中

(山东耐斯特炭黑有限公司，山东 东营 257000)

0 引言

在我国化工原料中，炭黑非常常见。炭黑最大的用途是被应用到汽车轮胎等橡胶制品中，作为橡胶补强作用最重要的添加物质。除此之外在颜料和涂料工业也有重要的用途。造粒工序是炭黑生产的重要步骤。鉴于对环境保护的日益重视，除特殊品种外干法造粒炭黑逐渐退出市场。而炭黑湿法造粒工艺效率高，环境污染小，生产能力大，具有炭黑粒子密度高、强度大，便于储存、运输、输送等优点。故湿法造粒炭黑的市场份额越来越大。

1 湿法造粒工艺的概述

湿法造粒主要是按照特定比例来混合炭黑与造粒水，并利用搅齿式湿法造粒机来将其充分混合、润湿以及搅拌，待其成粒后实施干燥处理，将其水分去除，从而获得粒状炭黑产品。通过该种工艺生产所得粒子非常牢固，能够散装运输，从而降低了在运输与使用环节炭黑发生污染。该项工艺的特点：第一，工艺先进，生产稳定、产品质量优良；第二，装置技术比较先进、能源耗费量少，生产效率高；第三，主体设备大部分都是国产产品，布置紧凑、运行便捷、维护便利。

2 湿法造粒生产炭黑的工艺流程

炭黑主要是C10～C14等碳氢化合物在高温环境下所生成的一类物质。因为生产所得的炭黑体积不大，所以通常要求采取纳米来实施计算。因此这就决定了在运用环节要对其实施造粒处理。运用湿法造粒生产炭黑其属于一个较为简单的物理过程，其具体工艺流程主要如下：

(1)搅拌脱气。往搅拌机中装入炭黑与造粒水并实施搅拌，炭粒子受到搅齿和螺旋叶片的作用其二次结构发生破裂，进而能够排除炭黑离子表面空气。而且炭黑粉末通过搅拌后，具体比重会变大，相应的也会增加与粒子的接触面积，进而有利于加快粒子的形成。

(2)充分浸润。经过搅拌脱气后，炭黑与造粒水将会变得充分融合，造粒水完成湿润粉状炭黑后，在其表面会产生较大的黏结力。让粒子间的吸附力得以大幅增加。在实际润湿粉状炭黑时其速度通常与造粒水、筒壁温度、使用粘结剂的数量以及搅齿转速等因素有关。

(3)粒子间的吸附。粒子得到全面湿润后，在其表面吸附力的影响下粒子得以快速靠近并充分吸附，并且在搅拌齿的转动影响下快速团聚起原来的炭黑粉末。

(4)搅拌成粒。在搅齿快速转动作用下，会慢慢往前推移物料，被浸润的炭黑就会发生碰撞、粘结，从而形成没有规则的颗粒，且逐步变大。部分炭黑粒子较小，可以通过搅齿到筒壁之间的缝隙，并后移到出料口。但是一些炭黑粒子较大，那么在快速碰撞时也会发生破碎，破碎后的一些炭黑粒子能够再次发生粘结重新组合，并形成了标准粒度。

(5)粒子密实和抛光。通过搅拌后获得的粒子并非最后的产品，它的表面可能凹凸不平，而且该类粒子的结构也不稳固。此时利用造粒机来再次实施搅拌，就能够再次压实部分粒子，同时顺着筒壁继续滚动。由于筒壁光滑，所以在其发生滚动后，粒子就能够获得密实与抛光的效果。最后一步就是干燥粒子。

3 湿法造粒生产炭黑工艺中的影响因素

3.1 设备方面的因素

(1)造粒机。造粒机主要是由夹套外壳、搅齿以及转筒等构成，在湿法造粒生产炭黑过程中起到了非常重要的作用。能否正确选择其搅尺材料将会关系到了搅尺的使用期限，一般都是采用含镍合金的不锈钢作为构成材料。通常进行软质炭黑生产时应当要每间隔3个月来对搅尺进行检查与更换。进行硬质炭黑生产时可以每间隔6个月来进行搅尺的更换与检查。要控制搅尺和夹套的间隙不超过3 mm，防止由于间隙不规律或是偏大而导致粒子变大容易破碎以及粒径偏宽。除此之外，造粒质量还会受到造粒机中夹套腐蚀程度还有其内壁是否均匀所影响。在生产炭黑时造粒机中温度较高，且被水湿润，这样就极易导致造粒机发生腐蚀。

(2)干燥器。采用不锈钢板卧式转鼓用作干燥器的主体，抄板设置于筒体内壁，在安装过程中确保二者呈90°角。通常造粒质量会受到干燥器安装的倾斜度、干燥器转速以及抄板角度所影响。在实际运转过程中，以上三类因素均会对炭黑粒子停留在干燥剂中的时间产生影响。并且抄板还直接关系到了炭黑粒子是否均匀受热，所以必须要注重对以上三类因素的调节确保在造粒机中炭黑粒子能够受热均匀，降低其破碎程度[1]。

3.2 工艺方面的因素

(1)下料的稳定性。能否稳定地将粉状炭黑由上游放至造粒机内将会影响到了炭黑造粒的质量。如果其下料过程中稳定性较差就会降低造粒质量。通常干燥器的真空程度、造粒机进口的破真空阀的效果、炭黑喂料泵转动速度、缓冲槽料位等都会影响到下料的稳定性。而且在主袋滤器中，其反吹以及吸气系统是否严密将会大大影响到下料的稳定性。如若该系统严密性较差，那么在主袋滤器中粉状炭黑就无法稳定的完成过滤和沉降，那么会就使得不稳定的炭黑进到炭黑输送管道当中，使得造粒质量受到影响。

(2)造粒水流量的稳定性。要想确保造粒质量达标，一项重要前提就是确保造粒水流量的稳定。其对比炭黑下料稳定性来说其控制难度要低点。其主要是维持造粒水泵运行正常、管线过滤器畅通、添加剂流量还有热水造粒的稳定。使用热水造粒可以有效减少使用粘结剂的数量，实现成本的减小，而且浸润效果较为理想。不过如若采取蒸汽直接加造粒水，就会有气泡存在于造粒水内，从而使得其稳定性下降。

(3)造粒机转速。能否科学合理的调整造粒机转速将会直接影响到了炭黑粒子强度以及压缩吸油值。合理提升其转速能够有利于粒子强度与压缩吸油值的提升。所以在原则上来说，对相同品种应当要维持其转速的固定。

4 湿法造粒生产炭黑工艺的质量控制策略

(1)确保下料的持续性。利用专门的储罐均匀、不间断的将粉状炭黑加入至造粒机中，使用螺旋传送机来完成这一步骤，以保证实际下料有着良好的均衡性。在实际生产过程中要想能够实现持续与均衡下料，则需要确保每一贮罐内都留有一定量的炭黑。

(2)合理控制粉状炭黑与造粒水数量。在实际生产过程中按照一定比例将粉状炭黑与造粒水加入造粒机内，通常粘结剂与水混合形成了造粒水，此处使用到的水不仅可以使用温水，也能够使用热水。在造粒水中粘结剂通常占比为3%～5%，升高造粒水温度到40～70 ℃的情况下，可以让粉状炭黑与水的亲和度增加，从而加快粉状炭黑的湿润速率，以达到造粒效果与功能提高的目的[2]。一旦进料量与相应标准要求相一致，那么就会提高造粒机的功率，造粒水量会同步变大。如果是功率下降，那么造粒水量也会相应减小，实现比例的调节。因此必须要确保造粒水和造粒机功率的稳定，方可稳步推进造粒工作。

(3)有效管控造粒机主轴转动速度。在实际生产过程中造粒机主轴转速会在一定程度上影响着造粒质量，不但会对造粒功能进行制约，并且还可能会降低产品质量。这主要是因为是利用搅齿运转来实现炭黑与造粒水的融合、浸润、脱气、成型、压实以及抛光。如果是其转速太快，那么在筒内粒子停留时间就是比较短，因此大大增加其破碎几率，无法实现造粒。反之就会因为长时间停留在筒内而产生大体积粒子，并无法确保其大小的匀称性。因此可以先采取人工调节的方法来对搅齿转动速度调整，待其获得比较完善的粒子后再进行串级。

(4)串级控制。在实际造粒时，工作人员需要能够合理调节与控制造粒机的电机功率与造粒水量串级，确保炭黑与造粒水的比例合理。在此过程中，炭黑所占比重较大，所以要求能够根据具体炭黑数量来确定是要增加或是减少造粒水量。如果炭黑量比较稳定的情况下，水量也不会出现过大波动。而且在确保均匀持续下料的情况下就可以进行串级控制。

(5)科学管控筒壁温度。采取湿法造粒生产炭黑过程中，在造粒水与粉状炭黑初始融合情况下，其往往不能均匀湿润，一些部位刚开始与水接触，而一些部位就已全部湿润，这样一来就会形成黏稠状炭黑。如果此时造粒机外壁温度下降，就极易导致该类炭黑与筒壁相黏附，如若搅齿转速较快的情况下就会导致造粒机出现震动。所以要想避免该类情况出现，可将加热夹套设置于造粒机的筒壁上，随后进行蒸汽的注入，以有效维持筒壁温度在规定的范围内，以减少导致炭黑与筒壁相黏附的情况，防止出现造粒机震动的现象。

(6)合理控制粘结剂的使用量。当前造粒机的粘结剂通常都是使用木质素硫酸盐或是糖蜜这些材料，以有效增强例子强度，防止在运输环节粒子受损。不过需要对其具体的使用量进行有效控制，防止其用量偏多而产生硬粒，使得炭黑无法在橡胶中充分分散[3]。所以在确保输送与运输粒子质量得以保证的基础上，尽可能减小粘结剂的使用量，以确保粒径的均匀与统一，提高粒子的分散程度。此外，对粘结剂使用量是否适宜进行判断时，不但可以采取检测粒子硬度的方式来进行，还可对粒子直径与圆度的均一性进行检测。如果把粒子硬度当作对粘结剂用量进行检测的唯一标准，那么如果检测生产粒子质量不佳的情况下，只是单纯的采取增加粘结剂使用量的方式来解决，就必定会加大搅齿和炭黑间的磨耗，降低粒子性能。所以通常可以采取将转速合理提升的方法，将造粒能力输入，来实现粘结剂用量的降低，进而有效提升造粒的质量。

(7)有效管控造粒机喷水水质。因为炭黑具有憎水性，所以会使得造粒水难以快速湿润炭黑，所以可以将水平喷水口装置于造粒机的垂直进口部位，往造粒水中添加适量表面活性剂，并将其1/10左右的量喷入，用以提高炭黑粒子的亲水性，让其快速与造粒水湿润，进而生成湿炭黑粒子维核，提升炭黑造粒的速度。

(8)合理控制干燥器的真空度。在干燥炭黑环节还有炭黑循环率在很大程度上受到干燥剂真空度的影响，炭黑循环率会随着真空度的增加而变大，从而加大了造粒系统中的设备复合量；反之真空度减小会加大干燥器炭黑泄漏的几率。

5 结语

在工业上使用湿法造粒生产炭黑过程中，应当要能够正确认识到对炭黑生产质量的影响因素，并采取有效的措施进行应对，以切实将该项工艺的效用发挥出来。