沉淀法白炭黑生產過程中的環保問題及其對策

鄔敦偉， 全慧峰， 俞珍權

(1.山西同德化工股份有限公司，山西 河曲 036599；2.南京理工大學，江蘇 南京 210094)

沉淀法白炭黑生產過程中的環保問題及其對策

鄔敦偉1， 全慧峰1， 俞珍權2

(1.山西同德化工股份有限公司，山西 河曲 036599；2.南京理工大學，江蘇 南京 210094)

簡述了沉淀法白炭黑的生產工藝，介紹了生產過程中可能帶來的環保問題以及對策。通過硫酸的安全使用、過濾洗滌液的蒸發處理、改性副產品的沉淀處理以及鍋爐尾氣的吸附凈化等措施，杜絕了沉淀法白炭黑生產過程中可能出現的環保問題。

沉淀白炭黑；環保；蒸發；吸附

引 言

白炭黑即水合二氧化硅，是橡膠工業中重要的補強材料。白炭黑的制造方法分為氣相法、沉淀法和離解法3類。氣相白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空氣和氫氣混合氣流中經高溫水解生產的一種無定型粉末,廣泛應用于硅橡膠、油漆涂料、油墨和復印機墨粉、膠粘劑、電纜料與不飽和聚酯樹脂，可起到補強、增稠、抗結塊等作用。沉淀法就是將水玻璃與硫酸或鹽酸作用，生成硅酸，再分解制得白炭黑，屬于含水白炭黑，主要用于橡膠補強填料[1]。我國沉淀法白炭黑的主要品種有制鞋用白炭黑、普通輪胎用白炭黑、子午線輪胎用白炭黑、室溫硅橡膠用白炭黑、開口劑用白炭黑和滅火劑用白炭黑等。外觀狀態有超微細、超細、粉狀和塊狀等。隨著生產能力和技術水平的不斷提高，我國沉淀法白炭黑企業已具備一定的生產規模，原材料及能源消耗也已接近世界先進水平，普通產品質量基本能夠滿足國際市場需要。根據國家炭黑產品質量監督檢驗中心的抽查結果，按照國家標準考核，沉淀法白炭黑產品的合格率為100%。在沉淀法白炭黑生產過程中存在諸多可能影響環境質量的工序。例如，硫酸使用過程中可能出現的硫酸泄漏和酸霧，過濾洗滌過程中產生的大量廢液，產品改性過程中產生的氨氮，鍋爐使用過程中的硫排放和煙塵排放。硫酸泄漏后流入地下水和河水，將嚴重污染地下水和河水，給人類生活和自然環境帶來嚴重的影響。大量氨氮化合物、硫化合物和煙塵直接排入大氣，將嚴重污染大氣，破壞大氣環境。應對全球氣候變化正成為關乎各國經濟與社會發展的重大議題，尤其是在聯合國氣候變化峰會之后，低碳經濟和節能減排已經成為全世界關注的焦點。本文主要介紹沉淀法白炭黑實際生產過程中可能產生的環境污染以及應對措施。

1 生產工藝

1.1 原料

液體水玻璃(模數3.5)，GB/T 4209-1996；工業硫酸，w(硫酸)≥98%。

1.2 工藝流程

液體水玻璃和工業硫酸在85 ℃條件下反應2 h，反應過程中控制pH值為9。然后，將反應液通過壓濾機制成濾餅，將濾餅打漿，通過噴霧干燥制成白炭黑。最后，通過造粒機制成各種外觀形態的白炭黑。

2 環保問題及措施

2.1 硫酸

硫酸是一種最活潑的二元無機強酸，能和許多金屬發生反應。高濃度的硫酸有強烈吸水性。與水混合時，亦會放出大量熱能。硫酸具有強烈的腐蝕性和氧化性，故需謹慎使用[2]。在硫酸儲罐區存在泄漏風險，其應對措施為：一方面，在儲罐區周圍建設事故池及圍堰。事故池和圍堰需要耐酸，事故池容積大于最大儲罐的容積。另一方面，硫酸是通過噴淋方式添加至反應罐進而參與反應的，并且反應溫度較高(通常在80 ℃～90 ℃)，因此在反應過程中易形成酸霧。由于酸霧對環境和身體都有害，且不可避免地要產生，因此在實際生產過程中應杜絕酸霧產生的影響。本文采取設置吸收塔吸收形成的酸霧并通過冷卻塔冷卻回流至反應罐的方式，避免形成的酸霧對環境和身體產生影響。

2.2 過濾洗滌廢水中的硫酸鈉

沉淀法白炭黑生產工藝的初始反應就是硅酸鈉和硫酸按一定比例進行復分解反應，其反應式為式(1)：

(1)

2.3 白炭黑改性過程中產生的氮元素

白炭黑因表面含有大量的硅羥基而表現出很強的親水性，但工業上往往要求白炭黑具有疏水性，以改善其同聚合物膠料的界面結合力，因而需要對其進行表面改性。其采用的方法是，利用合適的化學物質,通過一定的工藝方法，使之與白炭黑表面的羥基發生反應，消除或減少表面硅羥基的量，使產品由親水性變為疏水性[4]。有機硅烷、胺等物質可以與白炭黑表面的羥基發生反應，改變粉體的表面性能。但這些改性劑中都含有氮元素，會導致生產過程中產生廢水的氮含量超標。含有氮元素的污水排入河流、湖泊和海洋后，如果超過水體自凈能力所能吸收的限值，則會導致藻類植物肆意繁殖，破壞水體生態平衡，水生生物大量死亡，消耗大量溶解氧來分解死去的水生生物，使得水質惡化，這就是水富營養化的成因之一。因此，含氮廢水必須經過處理才能直接排放。處理含氮廢水的主要方法有：1) 離子交換法；2) 吹脫法；3) 化學沉淀法；4) 膜分離法；5) 生物脫氮技術。本公司主要采用化學沉淀法處理含氮廢水。

圖1 四效蒸發器流程示意圖

2.4 鍋爐廢氣中的硫化物

沉淀法白炭黑生產工藝中需要加熱液體和高壓空氣，通常為這些工藝提供熱源的設備是燃煤鍋爐。燃煤鍋爐的尾氣中通常含有較多的硫化物，含硫尾氣直接排到大氣中會對大氣環境造成極大的污染[5]。本公司采用以堿液作為吸收劑的吸附法來脫除燃煤鍋爐尾氣中的硫化物。堿液是來源廣泛且價廉的石灰溶液。其工藝流程如圖2。

圖2 鍋爐尾氣處理流程

3 結論

環保工作的目標是滿足人的基本健康需求。環保工作面臨的最突出矛盾是經濟發展與環境保護的矛盾，解決這一矛盾，需要把握好二者的平衡點，環保工作需要科學的機制、需要企業和政府部門的共同努力。本文主要通過科學的處理方式對沉淀法白炭黑生產過程中可能產生環境污染的工序進行控制，以確保生產過程中各類排放都能夠達標。

1) 通過設置事故池及圍堰極大地降低了硫酸泄漏所產生的危害；通過吸收回流法,杜絕了酸霧對生產人員的侵害。

2) 通過四效蒸發法使沉淀法白炭黑生產過程中的過濾液全部回收，得到副產品硫酸鈉，并可回收冷凝水。

3) 采用化學沉淀法可除去廢液中的氮氧化物。

4) 采用以石灰堿液為吸附劑的吸附法,能夠較好地除去鍋爐尾氣中的硫化物。

[1] 崔益順，胡苓，何平，等.沉淀白炭黑工藝改進[J].無機鹽工業，2009，41(7)：35-37.

[2] 王巍.硫酸鐵路運輸安全研究[J].甘肅冶金，2008，30(5)：102-103.

[3] 楊永紅，秦坤.硫酸鹽的環境危害及含硫酸鹽廢水處理技術[J].當代化工，2015，44(8)：2018-2020.

[4] 蒲文晶，楊波，邢偉.含氮廢水處理技術的研究現狀[C].北京：中國化工學會2005年石油化工學術年會，2005.

[5] 陳理.國外煙氣脫硫脫硝技術開發近況[J].化工環保，2005，17(3)：145-150.

Environmentalprotectionproblemsandcountermeasuresinproductionprocessofprecipitatedsilica

WUDunwei1,QUANHuifeng1,YUZhenquan2

(1.ShanxiTongdeChemicalCo.,Ltd.,HequShanxi036599,China;2.NanjingUniversityofScience&Technology,NanjingJiangsu210094,China)

The production process of precipitated silica is elaborated. The environmental protection problems and countermeasuresduring production process are introduced. Through safe use of sulfate, evaporation treatment of filtering washing liquid, precipitation of modified by-product, adsorption and purification of boiler exhaust and other measures, the environmental problem of precipitated silica in production process is eliminated.

precipitated silica; environmental protection; exhalation; adsorption

2017-04-15

鄔敦偉，男，1963年出生，2013年畢業于中北大學，工程碩士，從事環保管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.50

TQ330.38;TQ127.2

A

1004-7050(2017)03-0143-02

環境保護