配置碳酸钾对炭黑吸油值控制的影响研究

王天乐　赵文雅　雷震　张洪森

摘要：炭黑吸油值是表征其结构状态的重要指标数据，直接影响炭黑的应用。炭黑生产中，往往通过碳酸钾溶液控制吸油值，配置碳酸钾的浓度准确性至关重要。本文对配置碳酸钾过程中的影响因素进行分析，以便更好的保证炭黑生产中吸油值的控制。

关键词：碳酸钾配置;炭黑;吸油值

1引言

炭黑结构是指炭黑基本粒子的聚集状态，按照其状态的不同，可以分为一次结构和二次结构。炭黑在制造过程中，相邻粒子同时生产，粒子质检存在相互的铰链作用，在此作用下形成特有的三维结构，称为一次结构。炭黑在实际加工过程中，由于粒子之间会受到物理作用力，如范德华力、物理吸附等会出现松散的结构，此结构称为二次结构。炭黑结构的高低通过炭黑的吸油值来进行表征，吸油值是指单位炭黑粒子吸收油类物质（邻苯二甲酸二丁酯）的体积量。炭黑在进行实际应用时，基体会对炭黑的吸油值有明确的要求，为了降低炭黑的吸油值，往往通过添加金属盐的方式来实现，常用的金属盐为钠盐和钾盐，而钾盐的作用要远远高于金属钠盐。因此，降低炭黑吸油值采取添加钾盐的方式，如碳酸钾、硝酸钾等。

炭黑实际生产中，一般使用碳酸钾来控制炭黑的吸油值。针对不同吸油值要求的炭黑，使用不同浓度的碳酸钾溶液。碳酸钾溶液的配置一般采用一用一备的模式，将称好的添加剂溶解加入到溶解罐中，利用压缩空气送到添加剂灌中，再配以一定量的软化水，混匀后方可进行使用。本文对不同浓度的碳酸钾溶液对炭黑吸油值的影响进行分析探究，碳酸钾的使用方式与生产低结构的炭黑对反应炉的影响进行分析说明。

2实验原材料和主要设备

2.1 原材料

碳酸钾及蒸馏水。

2.2 实验仪器

电子天平、烧杯、温度计、密度计、量筒及玻璃棒。

3实验过程及其结果

试样的制备

配置各个质量浓度的碳酸钾溶液均在20℃的环境中进行，利用电子天平称取300g蒸馏水置于1-8号烧杯中，静置10分钟。按照设计好的质量浓度进行称取相应质量的碳酸钾，分别加入烧杯内，利用玻璃棒将其溶解搅匀后，测试其密度数值。

分别进行2次平行实验，结果如表1所示。

表1为不同质量分数的碳酸钾溶液，根据表1的结果，将实验结果的理论体积与实际体积百分比与标准数值作图，如图1。

4结果分析

根据图1的趋势可以看出，碳酸钾溶液的体积随着碳酸钾溶液的质量分数增大而增大，質量分数小于2%时，体积变化率未呈现出快速变化的趋势，随着质量分数大于2%，体积变化率开始明显变化，此种变化在质量分数大于6%时表现更为明显，此时其体积变化率开始高于2%。

实际生产过程中，碳酸钾的配置过程是利用电子天平称取定量碳酸钾，将其溶解在溶解罐内，而后利用压缩空气将其送入添加剂罐，添加剂罐采取液位控制模式，即企业是把混合溶解的碳酸钾溶液输送到储罐，然后把液位控制配置的碳酸钾溶液的浓度（计量液位一般就按照水的重量进行计量）。按照上述的配置实验可以看出，溶液最终的实际体积与标准体积之间存在偏差，如果按照标准体积方法配置碳酸钾溶液，会导致碳酸钾浓度与设计浓度之间存在偏差，此种偏差会随着质量浓度的大小而变化，质量分数越大，体积差距也越大。如果实际生产过程，使用此种碳酸钾溶液控制炭黑吸油值，必然会对最终的炭黑指标产生影响，造成炭黑 DBP 控制的波动，尤其在倒添加剂储罐时候更加明显。

另外，企业进行碳酸钾溶液配置时一般使用软化水，工厂内软化水的温度一般控制在50-80℃，在实际用水时，企业很少会对软化水的温度进行严格控制。通过水的三态热力学数据可知，水的体积随着水温的变化而变化，水温越高，体积越大，最终会变成气态。另外，水温降低，体积也就降低，但在4℃附近会存在一个平衡点，此时水的体积下降到一个最低值，随即开始出现体积增大的情况。即，如果将水从0℃开始升温，直至100℃，水的密度会出现先增加而后降低的趋势，这是分子间的氢键和分子热运动的共同作用的结果，如图2所示。

企业实际生产中，通过添加剂罐的液位来配置碳酸钾的浓度，而并未对水温进行必要控制，温度变化会造成水溶液体积变化，加入一定量的添加剂和一定液位的水溶液，配置成溶液后使用该溶液对炭黑 DBP 值控制，因温度、溶液体积波动造成溶液浓度的波动，最终会造成炭黑 DBP 值的波动。

在炭黑的实际生产中，N234、N220、N330、N375等吸油值控制在120以上的高结构炭黑，使用低浓度的碳酸钾溶液，因碳酸钾的质量浓度小，最终溶液的体积与标准体积变化小，所以按照体积计量配置的碳酸钾控制吸油值还可以接受。但对于生产低结构的炭黑产品N660、N774 使用碳酸钾溶液作为添加剂，因浓度比较大，所以受到水的温度、溶液体积的变化影响比较明显，配置溶液浓度波动比较大，使用该溶液时造成炭黑生产过程 DBP 控制波动。另外，对于特殊结构的炭黑产品，如N326，需要使用高浓度的碳酸钾溶液，如果选择接近碳酸钾溶液溶解度下限，溶液达到饱和，可能会出现析出的风险，影响添加剂喷枪的正常喷料，高浓度的碳酸钾如果喷扫到炉壁会对铬刚玉的反应炉造成严重损坏。一般情况认为使用高溶解度的添加剂更为适宜。

5结语

配置碳酸钾溶液时，需要对水温进行控制，以保证配置浓度的精确性，保证炭黑生产的吸油值指标。另外，如果需要配置精度高的碳酸钾溶液，最适宜的配置方法是重量计量。针对不同类型的炭黑产品，选择合适的添加剂类型也至关重要。

参考文献

[1]赵东志. 差压法测量碳酸钾溶液浓度[J]. 化工自动化及仪表，1992（4）：48-49.