沉淀法白炭黑生产过程中的环保问题及其对策

邬敦伟， 全慧峰， 俞珍权

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

沉淀法白炭黑生产过程中的环保问题及其对策

邬敦伟1， 全慧峰1， 俞珍权2

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

简述了沉淀法白炭黑的生产工艺，介绍了生产过程中可能带来的环保问题以及对策。通过硫酸的安全使用、过滤洗涤液的蒸发处理、改性副产品的沉淀处理以及锅炉尾气的吸附净化等措施，杜绝了沉淀法白炭黑生产过程中可能出现的环保问题。

沉淀白炭黑；环保；蒸发；吸附

引 言

白炭黑即水合二氧化硅，是橡胶工业中重要的补强材料。白炭黑的制造方法分为气相法、沉淀法和离解法3类。气相白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混合气流中经高温水解生产的一种无定型粉末,广泛应用于硅橡胶、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、胶粘剂、电缆料与不饱和聚酯树脂，可起到补强、增稠、抗结块等作用。沉淀法就是将水玻璃与硫酸或盐酸作用，生成硅酸，再分解制得白炭黑，属于含水白炭黑，主要用于橡胶补强填料[1]。我国沉淀法白炭黑的主要品种有制鞋用白炭黑、普通轮胎用白炭黑、子午线轮胎用白炭黑、室温硅橡胶用白炭黑、开口剂用白炭黑和灭火剂用白炭黑等。外观状态有超微细、超细、粉状和块状等。随着生产能力和技术水平的不断提高，我国沉淀法白炭黑企业已具备一定的生产规模，原材料及能源消耗也已接近世界先进水平，普通产品质量基本能够满足国际市场需要。根据国家炭黑产品质量监督检验中心的抽查结果，按照国家标准考核，沉淀法白炭黑产品的合格率为100%。在沉淀法白炭黑生产过程中存在诸多可能影响环境质量的工序。例如，硫酸使用过程中可能出现的硫酸泄漏和酸雾，过滤洗涤过程中产生的大量废液，产品改性过程中产生的氨氮，锅炉使用过程中的硫排放和烟尘排放。硫酸泄漏后流入地下水和河水，将严重污染地下水和河水，给人类生活和自然环境带来严重的影响。大量氨氮化合物、硫化合物和烟尘直接排入大气，将严重污染大气，破坏大气环境。应对全球气候变化正成为关乎各国经济与社会发展的重大议题，尤其是在联合国气候变化峰会之后，低碳经济和节能减排已经成为全世界关注的焦点。本文主要介绍沉淀法白炭黑实际生产过程中可能产生的环境污染以及应对措施。

1 生产工艺

1.1 原料

液体水玻璃(模数3.5)，GB/T 4209-1996；工业硫酸，w(硫酸)≥98%。

1.2 工艺流程

液体水玻璃和工业硫酸在85 ℃条件下反应2 h，反应过程中控制pH值为9。然后，将反应液通过压滤机制成滤饼，将滤饼打浆，通过喷雾干燥制成白炭黑。最后，通过造粒机制成各种外观形态的白炭黑。

2 环保问题及措施

2.1 硫酸

硫酸是一种最活泼的二元无机强酸，能和许多金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈吸水性。与水混合时，亦会放出大量热能。硫酸具有强烈的腐蚀性和氧化性，故需谨慎使用[2]。在硫酸储罐区存在泄漏风险，其应对措施为：一方面，在储罐区周围建设事故池及围堰。事故池和围堰需要耐酸，事故池容积大于最大储罐的容积。另一方面，硫酸是通过喷淋方式添加至反应罐进而参与反应的，并且反应温度较高(通常在80 ℃～90 ℃)，因此在反应过程中易形成酸雾。由于酸雾对环境和身体都有害，且不可避免地要产生，因此在实际生产过程中应杜绝酸雾产生的影响。本文采取设置吸收塔吸收形成的酸雾并通过冷却塔冷却回流至反应罐的方式，避免形成的酸雾对环境和身体产生影响。

2.2 过滤洗涤废水中的硫酸钠

沉淀法白炭黑生产工艺的初始反应就是硅酸钠和硫酸按一定比例进行复分解反应，其反应式为式(1)：

(1)

2.3 白炭黑改性过程中产生的氮元素

白炭黑因表面含有大量的硅羟基而表现出很强的亲水性，但工业上往往要求白炭黑具有疏水性，以改善其同聚合物胶料的界面结合力，因而需要对其进行表面改性。其采用的方法是，利用合适的化学物质,通过一定的工艺方法，使之与白炭黑表面的羟基发生反应，消除或减少表面硅羟基的量，使产品由亲水性变为疏水性[4]。有机硅烷、胺等物质可以与白炭黑表面的羟基发生反应，改变粉体的表面性能。但这些改性剂中都含有氮元素，会导致生产过程中产生废水的氮含量超标。含有氮元素的污水排入河流、湖泊和海洋后，如果超过水体自净能力所能吸收的限值，则会导致藻类植物肆意繁殖，破坏水体生态平衡，水生生物大量死亡，消耗大量溶解氧来分解死去的水生生物，使得水质恶化，这就是水富营养化的成因之一。因此，含氮废水必须经过处理才能直接排放。处理含氮废水的主要方法有：1) 离子交换法；2) 吹脱法；3) 化学沉淀法；4) 膜分离法；5) 生物脱氮技术。本公司主要采用化学沉淀法处理含氮废水。

图1 四效蒸发器流程示意图

2.4 锅炉废气中的硫化物

沉淀法白炭黑生产工艺中需要加热液体和高压空气，通常为这些工艺提供热源的设备是燃煤锅炉。燃煤锅炉的尾气中通常含有较多的硫化物，含硫尾气直接排到大气中会对大气环境造成极大的污染[5]。本公司采用以碱液作为吸收剂的吸附法来脱除燃煤锅炉尾气中的硫化物。碱液是来源广泛且价廉的石灰溶液。其工艺流程如图2。

图2 锅炉尾气处理流程

3 结论

环保工作的目标是满足人的基本健康需求。环保工作面临的最突出矛盾是经济发展与环境保护的矛盾，解决这一矛盾，需要把握好二者的平衡点，环保工作需要科学的机制、需要企业和政府部门的共同努力。本文主要通过科学的处理方式对沉淀法白炭黑生产过程中可能产生环境污染的工序进行控制，以确保生产过程中各类排放都能够达标。

1) 通过设置事故池及围堰极大地降低了硫酸泄漏所产生的危害；通过吸收回流法,杜绝了酸雾对生产人员的侵害。

2) 通过四效蒸发法使沉淀法白炭黑生产过程中的过滤液全部回收，得到副产品硫酸钠，并可回收冷凝水。

3) 采用化学沉淀法可除去废液中的氮氧化物。

4) 采用以石灰碱液为吸附剂的吸附法,能够较好地除去锅炉尾气中的硫化物。

[1] 崔益顺，胡苓，何平，等.沉淀白炭黑工艺改进[J].无机盐工业，2009，41(7)：35-37.

[2] 王巍.硫酸铁路运输安全研究[J].甘肃冶金，2008，30(5)：102-103.

[3] 杨永红，秦坤.硫酸盐的环境危害及含硫酸盐废水处理技术[J].当代化工，2015，44(8)：2018-2020.

[4] 蒲文晶，杨波，邢伟.含氮废水处理技术的研究现状[C].北京：中国化工学会2005年石油化工学术年会，2005.

[5] 陈理.国外烟气脱硫脱硝技术开发近况[J].化工环保，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

邬敦伟，男，1963年出生，2013年毕业于中北大学，工程硕士，从事环保管理工作。

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

TQ330.38;TQ127.2

A

1004-7050(2017)03-0143-02

环境保护