CN102504619A - 废轮胎裂解炭黑净化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炭黑净化工艺，尤其是一种废轮胎裂解炭黑净化工艺，包括酸洗和碱洗，经过酸洗碱洗的炭黑再次经过酸洗过程。通过该净化工艺，炭黑的灰分从18.7％降到2.6％，挥发分从9.5％降到5.0％，对橡胶的补强性能已经超过半补强炭黑，基本达到N330的补强水平。生产过程中产生的酸洗滤液可以经过调整后再回用到净化系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭黑净化工艺，尤其是一种废轮胎裂解炭黑净化工艺。
背景技术
随着社会的快速发展，废旧橡胶轮胎也越来越多，由于其在自然界中难以降解，对环境造成了极大的污染，人们都在致力于寻求一种最为理想的解决办法。由于废旧轮胎经过裂解可以回收可燃气、油品和炭黑，为废轮胎的资源化利用提供了一条附加值高且环境友好的回收路线。
众所周知，在合成橡胶中增加炭黑，可以显著增强橡胶的定伸能力、拉伸强度、抗撕裂性能和耐磨性能，延长橡胶制品的使用寿命，因此越来越多的人致力于提高裂解回收的炭黑品质，使其重新回用到合成橡胶中。目前，大多数是采用酸洗碱洗工艺提高炭黑品质，但是该工艺针对的是仅仅是成分相对单一的炭黑。现在随着合成轮胎技术的进步，为了提高轮胎的滚动阻力，轮胎加工过程中开始加入二氧化硅等添加剂，从而造成裂解轮胎所得炭黑中的灰分除了氧化锌、碳酸钙、硫化物等成分，还含有较多的二氧化硅，成分越来越复杂，处理更加困难，简单的酸洗碱洗工艺对于该种炭黑无能为力。同时由于裂解炭黑是一种由纳米级粒子组成的粉体，降低其中的灰分含量则更加困难。另外，在轮胎裂解过程中也有部分有机质沉积在炭黑上，使得裂解炭黑的挥发分含量较高。灰分和挥发分的高含量在很大程度上制约着再生炭黑的利用，使其无法再重新回用到橡胶合成工艺中，从而不能实现回收炭黑的再次重复利用，制约了整个回收工艺的经济性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种炭黑净化工艺，采用本发明，可以有效的降低橡胶裂解所得炭黑中灰分和挥发分的含量，使其可以以较高的品质再次应用到橡胶合成工艺中，实现真正的资源再生利用。
本发明采用的技术方案是将经过酸洗碱洗的炭黑再次经过酸洗过程，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将裂解炭黑与酸液加入到反应器中，搅拌，过滤；反应逸出的气体用碱液吸收或用活性炭吸附；
(2)一次水洗将酸洗过滤后的炭黑与水按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与碱液按固液比为1∶8～1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑水洗至滤液pH为6～8。
由于裂解所得的炭黑中含有二氧化硅、氧化锌、碳酸钙、硫化物等灰分，首先将其用酸液进行酸洗，例如硫酸、盐酸、硝酸等，使得灰分转化为相应的盐溶于水中，使用硫酸危险性较大，而且灰分的硫酸盐在水中溶解度也较小，后续水洗过程不易将其除去；盐酸容易挥发，对设备的要求较高，因此本发明优选质量分数为10％～15％的硝酸溶液。此溶液同时具有酸性和氧化性，可以与灰分中的氧化锌、碳酸钙及硫化物等发生化学反应，将其转化为可溶于水的盐，也可以溶解灰分中的极微细的二氧化硅，还可以氧化炭黑表面沉积的有机质。为了保证炭黑中的灰分最大程度转化为可溶性物质，又不会造成后期产生废酸过多，本发明中炭黑与酸性溶液固液比1∶8～1∶12(kg∶L)。由于灰分中含有碳酸钙、硫化物等成分，加入硝酸时会有二氧化碳、硫化氢等酸性气体逸出，因此，需要用碱液对其进行吸收或用活性炭进行吸附，防止造成环境污染。待炭黑中的灰分转化为可溶性物质之后，对其进行过滤。过滤后的废酸可以采用常规的技术将其调整至最初的浓度进行回用。
将酸洗过滤后的炭黑与水按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，不仅洗去炭黑表面的残留酸液，而且将酸洗过程中生成的可溶性物质充分溶解，洗去。过滤后的酸性滤液备用。此处选用1∶10的固液比，使固液充分混合，保证水洗的效果，减轻下一步碱洗操作的负担。所采用的水中钙、镁离子含量不宜过高，总硬度不应超过100mg/L(以CaCO3计)，防止再次引入钙、镁离子。
虽然上述炭黑经过水洗，但是炭黑表面仍然呈酸性，导致后期利用碳黑生产橡胶时硫化时间过长，因此，需要经过碱洗中和残酸，降低炭黑的表面酸性，降低炭黑挥发分含量，增强其补强性能，使炭黑表面呈弱碱性或者中性。同时，碱液也可以与难溶于水的二氧化硅反应，生成可溶性的硅酸盐。碱洗过程中炭黑与碱液的固液比为1∶8～1∶10(kg∶L)，加入碱液后，搅拌10min，过滤；本发明采用的碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其浓度为1mol/L，不会因为碱性太强而使整个反应体系后期难于过滤，又不会由于碱性不够而无法将炭黑表面的残酸清除干净。
碱洗过滤后的炭黑再进行二次酸洗，对碱洗过程中残留的碱液进行中和，此处采用步骤(2)中所得的酸性滤液进行酸洗即可，既能达到对pH值的微调，又使得酸性滤液得以回收利用。二次酸洗后产生的废水可以和碱洗过程中产生的废碱液中和后排放或者回用。
二次酸洗后的炭黑用去离子水进行二次水洗，将炭黑表面的少量酸液去除，洗至滤液pH为6～8，过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。二次酸洗后的废水由于酸性较弱，可以回用到一次水洗过程中，从而减少了废酸液的排放。
为了使的炭黑中的灰分分布均匀，清除更加彻底，本发明中所使用的炭黑经过粉碎预处理，目数为400-600目。
通过该净化工艺，每100kg热解炭黑能得到85kg左右的净化炭黑，其灰分从18.7％降到2.6％，净化炭黑补强性能已经超过半补强炭黑，基本达到N330的补强水平。生产过程中产生的酸洗滤液可以经过调整后再回用到净化系统中，水洗滤液酸度较低，除NO3-外，其他杂质离子以Zn2+、Ca2+为主，几乎不含重金属离子，可以经过简单的中和处理后作为废水排放或有选择性的回用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种炭黑净化工艺，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将粉碎至400目的裂解炭黑与10％的硝酸溶液按照固液比为1∶8(kg∶L)加入到反应器中，50℃搅拌30min，过滤；反应逸出的气体用碱液吸收；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水(总硬度87mg/L)按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与1mol/L的氢氧化钠溶液按固液比为1∶8(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑用去离子水水洗至滤液pH为6。
二次水洗后的炭黑过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。
实施例2
一种炭黑净化工艺，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将粉碎至600目的裂解炭黑与15％的硝酸溶液按照固液比为1∶12(kg∶L)加入到反应器中，70℃搅拌30min，过滤；反应逸出的气体用活性炭吸附；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水(总硬度88mg/L)按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与1mol/L的氢氧化钾溶液按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑用去离子水水洗至滤液pH为8。
二次水洗后的炭黑过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。
实施例3
一种炭黑净化工艺，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将粉碎至500目的裂解炭黑与12％的硝酸溶液按照固液比为1∶9(kg∶L)加入到反应器中，60℃搅拌30min，过滤；反应逸出的气体用碱液吸收；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水(总硬度85mg/L)按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与1mol/L的氢氧化钾溶液按固液比为1∶9(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑用去离子水水洗至滤液pH为7。
二次水洗后的炭黑过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。
实施例4
一种炭黑净化工艺，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将粉碎至450目的裂解炭黑与14％的硝酸溶液按照固液比为1∶10(kg∶L)加入到反应器中，65℃搅拌30min，过滤；反应逸出的气体用活性炭吸附；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水(总硬度96mg/L)按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与1mol/L的氢氧化钠溶液按固液比为1∶8.5(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑用去离子水水洗至滤液pH为6.5。
二次水洗后的炭黑过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。
实施例5
一种炭黑净化工艺，其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将粉碎至550目的裂解炭黑与13％的硝酸溶液按照固液比为1∶11(kg∶L)加入到反应器中，55℃搅拌30min，过滤；反应逸出的气体用碱液吸收；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水(总硬度90mg/L)按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与1mol/L的氢氧化钠溶液按固液比为1∶9.5(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑用去离子水水洗至滤液pH为7.5。
二次水洗后的炭黑过滤、造粒并干燥即可得符合工业要求的炭黑。
表1实施例1-5净化后炭黑的平均性能指标
由表1中数据可以看出，净化后的炭黑补强性能已经超过半补强炭黑，基本达到N330的补强水平。
Claims (8)
1.一种炭黑净化工艺，包括酸洗和碱洗，其特征在于：经过酸洗碱洗的炭黑再次经过酸洗过程。
2.根据权利要求1所述的炭黑净化工艺，其特征在于：其具体步骤主要包括：
(1)一次酸洗将裂解炭黑与酸液加入到反应器中，搅拌，过滤；反应逸出的气体用碱液吸收或用活性炭吸附；
(2)水洗将酸洗过滤后的炭黑与水按固液比为1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤，滤液备用；
(3)碱洗将水洗过滤后的炭黑与碱液按固液比为1∶8～1∶10(kg∶L)的比例混合，搅拌10min，过滤；
(4)二次酸洗将步骤(2)的滤液与碱洗过滤后的炭黑充分混合搅拌10min，过滤；
(5)二次水洗将步骤(4)所得的炭黑水洗至滤液pH为6～8。
3.根据权利要求2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：所述的酸液优选质量分数为10％～15％的硝酸溶液。
4.根据权利要求2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：步骤(1)中炭黑与酸性溶液固液比1∶8～1∶12(kg∶L)。
5.根据权利要求2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：步骤(3)中的碱液为1mol/L的氢氧化钠溶液或1mol/L的氢氧化钾溶液。
6.根据权利要求1或2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：所述的炭黑经过粉碎预处理。
7.根据权利要求2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：步骤(2)中所用水的总硬度不超过100mg/L。
8.根据权利要求2所述的炭黑净化工艺，其特征在于：步骤(5)中所用水为去离子水。
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