经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑及其生产工艺，属于色素 炭黑生产领域。
【背景技术】
[0002] 炭黑是由烃类物质（固态、液态或气态）经不完全燃烧或裂解生成的。全世界生产 的炭黑有90%是作为补强剂使用到橡胶领域里，只有不到10%的炭黑作为着色颜料使用到 涂料、油墨及塑料等行业。作为黑色的颜料，炭黑具有极佳的黑度，耐高温、耐光性好、化学 稳定好，价格便宜，是一种应用极广的黑色颜料。
[0003] 色素炭黑使用过程中遇到的主要技术瓶颈有： 1.炭黑颗粒细小，普通色素炭黑的粒径只有8~100nm，粒子表面能高，易自聚，难润 湿，是颜料中最难分散的品种。解决色素炭黑难以分散的主要技术方案就是对其进行氧化 处理。
[0004] 2.由于炭黑原料油质量及生产工艺的控制问题，炉法炭黑生产线普遍存在炭黑 产品表面吸附有未完全裂解反应的芳烃油类，表现为甲苯透光率偏低，严重影响了炭黑与 高分子树脂材料的相容性，而且芳烃油类有害于人的身体健康，不符合环保要求。
[0005] 多环芳烃中有16类物质被认为是对健康有害的化合物，由于其具有强致毒性、致 突变与致癌等特性，炭黑中多环芳烃的含量已经引起广泛注意，另一方面低甲苯透光率的 色素炭黑由于与高分子材料的相容性不好，无法使用到高档的涂料、油墨、塑胶产品中。
[0006] 3.湿法造粒的炭黑由于含有糖蜜、糊精等添加剂，炭黑的粒子坚硬，完全不适用 于色素炭黑，好的色素炭只能是干法造粒的，为了分散的方便，色素炭黑的使用者更习惯于 使用粉状的炭黑产品，而粉状炭黑密度小、易飞扬，又给储运、使用、环保带来诸多不便。
[0007] 对炭黑进行氧化处理，可以增加炭黑表面含氧官能团的种类和数量，提高表面活 性和极性，从而改善炭黑在高分子材料中的分散性。一般地，炭黑液相氧化的方法有：硝酸 氧化、双氧水氧化、高锰酸钾氧化、次氯酸钠氧化、溴水氧化；炭黑气相氧化的方法有臭氧氧 化、二氧化氮氧化；另外，以伽马射线照射炭黑或用等离子技术处理炭黑，也能增加炭黑表 面的含氧化学基团。
[0008] 本发明的特点在于氧化的基础方法是液相的双氧水氧化，再以臭氧的气相氧化弥 补其氧化程度的不足，炭黑氧化采用刚生产出的粉状新鲜炭黑为原料，在线进行，有效提高 了氧化效率，炭黑的氧化过程在湿法的环境中进行，有效解决了因炭黑氧化会产生高温，容 易造成火灾的难题。
【发明内容】
[0009] 为了全面改善色素炭黑的使用性能，针对色素炭黑使用过程中遇到的主要技术瓶 颈，本发明巧妙、全面、系统地给出了解决办法。
[0010] 本发明公开了一种经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑及其生产工艺。生产出的 炭黑产品外观亦粉亦粒，粒子直径在0. 01~0. 5mm之间，产品的视密度约为0. 1~0. 5g/ml，PH值约为1. 5~5. 5,甲苯透光率大于99%。本类产品具有较高的流动度和较好的分散 性，特别适合于涂料、油墨、塑胶的着色。
[0011] 一种经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑的生产工艺，其生产步骤如下： 步骤一：将烃类原料油预热后从喉管段喷入炉法炭黑反应炉中，在1800°C左右的高温 下制得炭黑烟气； 步骤二：再将炭黑烟气经袋滤器分离，经微米粉碎机粉碎，经风送风机、收集旋风分离 器输送，收集到粉状炭黑储槽中； 步骤三：粉状炭黑储槽里的粉状炭黑再经螺旋压缩机预压缩，送入至少一个氧化-造 粒机组中氧化、造粒；所述的氧化-造粒机组由一级氧化-造粒机和二级氧化-造粒机组 成；其中一级氧化-造粒机采用双氧水氧化工艺，二级氧化-造粒机采用臭氧氧化工艺； 步骤四：将步骤三中制得的氧化炭黑送入滚筒回转干燥机中进行干燥； 步骤五：干燥后，成品包装。
[0012] 进一步，所述的步骤三中，一级氧化-造粒机采用双氧水氧化工艺，是指在湿法造 粒时，双氧水由水泵通过多个水嘴垂直喷入一级氧化-造粒机的，压力为4~8kg/cm2,流量 由流量器控制，炭黑的加入量由气密阀控制；视炭黑的结构不同，双氧水与炭黑的质量比为 0? 8 : 1 ~3 : 1. 进一步，所述的步骤三中，为了方便造粒，需要在一级氧化-造粒机的夹层里通入蒸 汽，蒸汽的压力为〇. 5~0. 9MPa，使得氧化造粒机中的壳体内温度达到60~90°C。
[0013] 进一步，在步骤三中，二级氧化-造粒机采用气法的臭氧氧化工艺，是指从一级氧 化-造粒机中经初步氧化、造粒的炭黑湿粒子进入二级氧化-造粒机后，由臭氧发生器制得 的臭氧通过臭氧进气室进入二级氧化-造粒机，在以双螺旋线方式排列的搅齿的推动下， 湿炭黑粒子一边向二级氧化-造粒机另一端缓慢移动，一边被继续造粒、氧化，最后从二级 氧化-造粒机的另一端下方的排料口排出，进入回转干燥机，废气则从对应排料口的上方 通过废气排气室排出。
[0014] 进一步，进入二级氧化-造粒机的臭氧是由臭氧发生器制得的，臭氧的浓度及流 速由流量器控制。
[0015] 进一步，所述的步骤四中，在炭黑进入时，回转干燥机内的筒体外温度为850~ 950°C，筒体内的温度为350~400°C，送至出料口的干燥后炭黑温度为250~300°C，滚筒 内的工作压力为-〇? 25~-0? 10KPa。
[0016] 进一步，所述的步骤四中，干燥机的滚筒转速在2~12r/min，炭黑产品从干燥机 进口至出口的时间控制在45~60min。
[0017] -种经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑，由上述生产工艺生产而出。生产出的 炭黑粒子亦粉亦粒，直径为〇. 01~_〇. 5_，视密度为0. 1~-0. 5g/ml，PH值为1. 5~5. 5， 甲苯透光率大于99%。
[0018] 本发明色素炭黑产品可在炉法炭黑生产线上直接制得，方法是将收集到粉状炭黑 储槽里的炭黑经螺旋压缩机进行预压缩，送进氧化-造粒机组中，在一级氧化-造粒机中。 双氧水由水泵通过一组水嘴喷入氧化-造粒机，搅齿将炭黑与双氧水均匀混合并使之粒 化，在此过程中炭黑与双氧水发生氧化反应，在炭黑表面生成含氧的化学基团，PH值降低， 同时氧气与吸附在炭黑表面的芳烃油类物质发生氧化反应，使甲苯透光率提高；在二级氧 化-造粒机里通入的臭氧继续与炭黑发生氧化反应，进一步氧化分解吸附在炭黑表面的芳 烃油类物质，使甲苯透光率进一步提高。对于已经完成氧化、造粒的炭黑湿粒子，再输送到 回转造粒机中，经过严格的干燥时间控制，吸附在炭黑聚集体表面的剩余油状芳烃物质再 次被氧化，或随着高温水蒸汽排出，最后得到亦粉亦粒的色素炭黑产品。
[0019]本发明的技术基础是： 高温下，炭黑中的油状烃类物质与氧气反应，生成二氧化碳和水蒸汽。
[0020] 本发明采用双氧水及臭氧的双重氧化，随后，又在高温下长时间的通入热空气烘 干炭黑湿粒，使得炭黑进一步氧化，吸附在炭黑表面的多环芳烃与氧气反应生成二氧化碳 和化合水，芳烃油类或者被氧化生成无害的物质，或者充分气化后随废气排放。
[0021] 又由于本发明的色素炭黑产品采用了不含糖蜜、糊精等添加剂的湿法造粒工艺， 在干燥的过程中又通过控制回转干燥机不同位置的温差，使得炭黑的粒子亦粉亦粒，更加 松软，即有利于分散使用，又有利于储存、运输。
[0022] 本发明还具有以下的优点： 1、 产品的PH值为1. 5~5. 5,流动性好，分散性好，能够满足高档涂料、