CN1206286C - 一种低灰分碳黑的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低灰分碳黑的生产方法。它是在惰性气体中将废旧高聚物材料升温至350～700℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，焙烧熔融温度为150～480℃，焙烧熔融时间为30～200min，无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.4∶1，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，生成可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级后续工艺，制备得到低灰分碳黑。本发明的优点是：1)提出了裂解炭黑与无机盐焙烧熔融脱灰的操作概念。该工艺与传统的酸、碱洗或酸洗-碱洗联合脱灰工艺相比，不仅可以避免酸液、碱液的使用，还可以使裂解炭黑灰分下降至0.8～8%。2)无机盐价廉易得，且易被后续工艺分离，不会造成新的污染。3)工艺路线简化，设备投资和操作费用下降，环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及一种低灰分碳黑的生产方法。更具体地说，在惰性气氛下将废旧高聚物材料升温热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入一种无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，得到可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
背景技术
随着聚合物工业的日益发展，如何消除废旧高聚物污染，进行资源的回收利用，进行裂解产品的深加工，对于实现工业生态化和循环经济具有十分重要的意义。根据国内、外最新的文献报道，高聚物废弃物裂解炭黑通过一定的加工工艺，可以再生为具有高附加值的产品，例如，油墨色素炭黑、活性炭和橡胶补强炭黑等。由于裂解炭黑灰分过高，商业价值很低，使得其实际应用受到了很大限制。未经过处理的裂解炭黑，仅仅可以用做低等橡胶商品的强化填料或直接作为燃料使用；灰分中多数无机质对裂解炭黑活化制备活性炭过程中的造孔有不利影响，必需采用合理的脱灰方法处理裂解炭黑，提高其附加值，制备低灰分的碳黑。
废旧高聚物材料裂解炭黑中灰分的主要成分是ZnO、SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、Fe2O3、MgO、K2O等无机氧化物。现有的脱灰方法有原料精选、物理去除和化学去除三个途径。由于裂解炭黑是一种由纳米级粒子组成的粉体，其中的杂质难于用常规的物理方法分离，一般采取化学方法进行深度脱灰。对于裂解炭黑杂质分离工艺，目前国际上普遍采用的工艺是酸洗(例如，HCl、H2SO4、HNO3)工艺或酸洗—碱洗(例如，NaOH)联合工艺，这些工艺不仅需要使用大量的高浓度酸和/或碱，并由此产生废酸、废碱的排放；繁杂的操作步骤，不仅使工艺设备庞大，增加了炭黑在过程中的损耗和能耗，而且严重恶化了生产环境。中国专利局93年5月5日公开的《通过化学处理制造高档煤质活性炭》(公开号CN1071642)发明专利说明书中提出一种用酸、碱溶液联合煮沸处理活性炭产品3小时的方法，最好的结果是将灰分含量9.7％的活性炭灰分降到4.6％。专利号为EP913360A1的欧洲专利中，描述一种由废轮胎等回收精炼活性炭的装置。其固相废弃物(废轮胎)——气化物质&固相炭化物质，经过加热、干馏、快速分解后，固相炭化物质采取再经水洗、磁场分离、碱洗、酸洗除去钢丝、重金属等脱灰处理方法，再研磨成粉做成所需形状。
发明内容
本发明的目的是提供一种低灰分碳黑的生产方法。
它是在惰性气体中将废旧高聚物材料升温至350～700℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，焙烧熔融温度为150～480℃，焙烧熔融时间为30～200min，无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.4∶1，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，生成可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
本发明采用的惰性气体为氮气、氩气。焙烧熔融温度为150～400℃，焙烧熔融时间为50～200min。无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.35∶1。水洗采用温度为30～70℃。废旧高聚物材料为废弃橡胶和废弃塑料制品。
本发明的优点是：
1)提出了裂解炭黑与无机盐焙烧熔融脱灰的操作概念。该工艺与传统的酸洗或酸洗—碱洗联合脱灰工艺相比，不仅可以避免废酸、废碱的排放，还可以使裂解炭黑灰分下降至0.8～8％。
2)无机盐价廉易得，且易被后续工艺分离，不会造成新的污染。
3)工艺路线简化，设备投资和操作费用下降，环境友好。
具体实施方式
低灰分碳黑的生产方法是在惰性气体中将废旧高聚物材料升温热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入一种无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，得到可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级等后续工艺，制备低灰分碳黑。通过本发明生产的碳黑灰分可以降至0.8～8％。
本发明提出了裂解炭黑与无机盐焙烧熔融脱灰的操作概念，其中加入的一种无机盐主要是与杂质中的金属氧化物反应生成可溶性盐。无机盐主要包括铵盐、硝酸盐、卤化盐、硫酸盐、磷酸盐等。当温度处于150～480℃时，熔融无机盐与金属氧化物反应，使金属氧化物逐渐转变成金属离子，并与熔融无机盐负离子结合，冷却后形成可溶性的金属盐类。本方法的操作条件为废旧高聚物材料热裂解炭化温度为350～700℃，焙烧熔融温度为150～480℃，焙烧熔融时间为30～200min，无机盐：裂解炭黑的质量比为0.1～0.4∶1，水洗温度为30～70℃。
下面通过实例进一步说明本发明，但发明并不局限于此。
实施例1
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持5℃/min的升温速率，升温至550℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐氯化铵，焙烧熔融温度为300℃，焙烧熔融时间为100min，其中氯化铵∶裂解炭黑的质量比为0.2∶1，使氯化铵呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用40℃的水洗温度，水洗两次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 16.8％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 7.4％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 7.8％ |
实施例2
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持10℃/min的升温速率，升温至500℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐硝酸铵，焙烧熔融温度为180℃，焙烧熔融时间为90min，其中硝酸铵∶裂解炭黑的质量比为0.1∶1，使硝酸铵呈熔融状态并与裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用50℃的水洗温度，水洗三次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分再生炭黑材料。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 9.8％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 2.4％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 3.3％ |
实施例3
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持5℃/min的升温速率，升温至650℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐硫酸铵，焙烧熔融温度为265℃，焙烧熔融时间为150min，其中硫酸铵∶裂解炭黑的质量比为0.15∶1，使硫酸铵呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用70℃的水洗温度，水洗两次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 9.4％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 3.6％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 3.5％ |
实施例4
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持10℃/min的升温速率，升温至650℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐氯化铵，焙烧熔融温度为315℃，焙烧熔融时间为110min，其中氯化铵∶裂解炭黑的质量比为0.35∶1，使氯化铵呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用40℃的水洗温度，水洗两次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 16.7％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 7.0％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 7.6％ |
实施例5
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持5℃/min的升温速率，升温至700℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐硫酸铵，焙烧熔融温度为260℃，焙烧熔融时间为120min，其中硫酸铵∶裂解炭黑的质量比为0.35∶1，使硫酸铵呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用60℃的水洗温度，水洗两次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 9.0％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 3.3％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 3.2％ |
实施例6
在惰性气体中，在裂解反应装置内，加入已被破碎成块的废旧汽车轮胎，保持5℃/min的升温速率，升温至600℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐硝酸铵，焙烧熔融温度为185℃，焙烧熔融时间为80min，其中硝酸铵∶裂解炭黑的质量比为0.2∶1，使硝酸铵呈熔融状态并与裂解炭黑中的金属氧化物反应，使其转变为可溶性盐类。采用30℃的水洗温度，水洗两次后，经过干燥，气流粉碎等后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
制备的再生炭黑材料灰分对比：
| 炭黑 | 灰分 |
| 未处理 | 8.6％ |
| 经过焙烧熔融脱灰处理 | 2.3％ |
| 经过硝酸酸洗脱灰处理 | 2.9％ |
Claims (7)
1.一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于在惰性气体中将废旧高聚物材料升温至350～700℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，焙烧熔融温度为150～480℃，焙烧熔融时间为30～200min，无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.4∶1，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，生成可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级后续工艺，制备得到低灰分碳黑。
2.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的无机盐为铵盐、硝酸盐、卤化盐、硫酸盐、磷酸盐。
3.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的惰性气体为氮气、氩气。
4.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的焙烧熔融温度为150～400℃，焙烧熔融时间为50～200min。
5.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.35∶1。
6.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的水洗采用温度为30～70℃。
7.按照权利要求1所述的一种低灰分碳黑的生产方法，其特征在于所说的废旧高聚物材料为废弃橡胶和废弃塑料制品。
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