废旧轮胎热解生产炭黑
‘
赖亦萍１，王素波ｌ，周海洋２
（１．萍乡市化工厂，３３７０３４；２．抚州市临川区兴旺炭黑厂，３４４０００）
摘要：介绍利用废旧轮胎热裂解生产炭黑的工艺过程，及为提高炭黑的商品价值而进行的
磁选、水洗、干燥、粉碎、造粒等精细加工处理。从炭黑的产品性能及用户使用情况看，该类炭黑相当于半补强炭黑，有一定的商品价值，在后处理过程，只要能较好地解决造粒问题，必将有
’
着较好的市场前景。
关键词：炭黑；废旧轮胎；裂解；磁选；粉碎：造粒
１
前言
随着人类环保意识的加强，目前，国内外的废橡胶干馏技术也正在兴起。将废橡胶轮胎
加工成有价值的产品，不仅保存了天然资源，而且大大的降低了废旧轮胎对环境的污染。对企业而言，在产生较好的经济效益的同时，也取得良好的社会效益，这是一项十分有意义的。
利用废旧轮胎裂解生产的炭黑，因其原料和工艺特殊，其“粒子’’较粗，灰分含量较高，生产工艺过程
利用废旧轮胎裂解生产炭黑的工艺流程如图ｌ所示。
装置采用高温密闭裂解反应炉，６台反应炉为一组，废旧轮胎整条装入反应炉内，将盖儿７
工作。
表面含油质成分较多，其理化性能与半补强炭黑相似，我厂对该类产品暂称之为热解半补强炭黑。为了提高产品的性能，使其具有更强的生命力及更高的使用价值，我厂对热解半补强炭黑进行了一些精细加工处理，使其满足用户要求，本文作一些简要介绍，与同行共同交流。
２
２．１工艺流程
板封严。在反应炉下部的燃烧室中，加煤燃烧，控制一定的温度。反应炉中的废旧轮胎裂解反应，烟气经过烟管进入冷凝器，烟气冷凝后成为燃料油流入储油罐，少量的废气点火炬排放。经过一定的时间裂解反应后，废旧轮胎胶料中所含的油全部蒸发，残余在炉内的即为热
裂解炭黑与钢丝。采用“热出热装＂的办法出入料，反应完毕后，马上开始出料。将出炉的
“红水＂炭黑用水喷淋熄灭，然后用人工将整圈和较长的钢丝进行收集，细小的钢丝经过磁选法除去。磁选后经水洗、干燥、粉碎、收集、造粒即生产出炭黑产品。
图１废旧轮胎热裂解生产炭黑工艺流程图
２．２磁选
实际上在磁选分离之前，已经进行了人工除钢。由于我厂是将整条轮胎进行裂解，无需切割，因此出料后，轮胎中的钢丝大多都较完整，除钢时将粘在钢丝上的块状炭黑轻敲就能剥离，余下的细钢丝，再经过筛选和磁选，可将大部分除掉。用磁选机分离时，磁选机的进料须均匀，不能过快，进料量不能超出其处理能力，否则达不到除钢的效率。另外，为保证炭黑的铁屑全部除掉，我们在干燥机进出料口和进粉碎机系统的进料口，以及造粒机出口均
Ｉ
放置了磁铁，定期清理磁铁，除去铁屑。２．３水洗分离
．
利用炭黑的疏水性，将磁选后的炭黑进行水洗分离。因废旧轮胎表面还残留了一些在预处理中未除掉的砂、石之类的杂质，这些杂质将直接导致炭黑中灰分的增加。尽管炭黑经过水洗有一定的损失，但对炭黑质量的提高，灰分降低大有好处。水洗剩下的废渣与煤混合一起当燃料烧掉。另外在磁选中没有分离出来的一些小钢丝（主要是夹在小块状炭黑中），在水洗过程中也可以达到分离的效果。２．４干燥
．
炭黑在经过出炉的喷淋和水洗后，表面有较多的吸附水，炭黑成品的水份要求小于１．５％，经过干燥机干燥后，可达到要求。干燥的另一个目的是，因在裂解后，炭黑表面含有一定比例的油质，在转筒干燥机内干燥时，控制适当的温度和一定的时间，将炭黑表面所含的油质进行氧化处理，达到除去油质的目的。
２．５粉碎
从裂解炉中出来的炭黑为大块状，经过筛分、水洗、干燥后，仍然为小块状和一部分粉状，为达到商品级的炭黑必须进行粉碎。有文献介绍，在橡胶配合实验中发现，较细的热解炭黑呈现出接近较高品级炭黑的性能，其中包括拉伸强度的提高。因此我厂在粉碎的过程中，直接借鉴常规炭黑生产工艺，采用微粒粉碎机粉碎。将炭黑从投料口进入粉碎流程，风送进入微粒粉碎机，粉碎后由旋风分离器收集，闭路循环。收集的炭黑进入干法造粒机进行造粒。粉碎效果较好，但筛板的磨损稍大，如采取先粗粉，后进入微粒粉碎机，估计效果更佳。２．６造粒
在炭黑工业中，采用转鼓式造粒机进行干法造粒。为了热解半补强炭黑更有“卖相’’，而用户也要求炭黑呈粒状，我们采用口＇１８００Ｘ６０００ｍ干法造粒机进行造粒，然而效果并不理想，通过调整造粒机转速等工艺，均不奏效，根本造不出象常规炭黑那样的粒子，外观仍然呈粉体。常规炭黑干法造粒原理是，粉状炭黑由造粒机入口螺旋输送进入炭黑料床，随着造粒机的转动而自由地沿着一个“摇滚＂轨迹向造粒机尾端前进。在摇滚中相互碰撞，在分子间力（范德华力）的作用下形成球形颗粒。在干法造粒过程中，通常分为压实，形成核心和核心长大三个阶段。炭黑的造粒是一个物理过程，然而炭黑的理化性能对造粒影响较大，尤其是炭黑的结构和表面性质。经过实验，笔者认为，由于常规炭黑有发达的链枝结构，在造粒机内滚动、碰撞中，分子间力较大，能形成较大颗粒，而热解炭黑并没有发达的链枝结构，分子间力甚弱，因此干法造粒不能造出象常规炭黑那样的颗粒，尽管如此，但由于粉体炭黑经过了绞龙的挤压，在造粒机内滚动碰撞的过程中，密实度还是有所增大，包装重量完全能达到要求。
目前，造粒问题制约着热解半补强炭黑的发展，通过有关资料介绍，国内现已有对乙炔炭黑进行造粒的成熟技术，我厂想采用该技术解决热解半补强炭黑的造粒问题，以此满足用户要求。该项目还在探讨中。
３
炭黑性能指标及检测情况
我厂生产的热解半补强炭黑，经过多次的检测，其结果如表１所示。
在吸碘值的检验过程中，炭黑基本浮在液体上面，是否吸收完全，很难判定。从检测的
结果来看也有高有低，不太稳定，最低的只有１２．５，高的在６０以上。吸油值指标的检测稳定性更好，基本上在６０＂－．－８０范围内，灰分指标，没有经过水洗的炭黑，灰分最高的达到了３０％多，水洗之后，可稳定在１１＂－＇１４％。物理指标相对稳定些，根据所测物理指标情况判定，该
１１９
。
炭黑基本上属于半补强炭黑范畴。
表Ｉ热解半补强炭黑性能指标
为进行对比，我们将已知国内外文献所载的有关从废橡胶干馏回收炭黑的性能，与本厂热解半补强炭黑进行比较，其结果如表２所示。
、、＼厂家项目、、＼
吸碘值，ｇ／ｋｇＣＴＡＢ，１０３ｍ２／ｋｇ灰分，％加热减量，％ｐＨ值
拉伸强度，ＭＰａ３００％定伸应力，ＭＰａ伸长率，％
表２热解半补强炭黑与国内外文献所载同类炭黑的对比
本厂炭黑ｉｔ？某）－－河北某厂ＵｓＰ所４６载４７４３３曩霎嚣篆悉猡
２０～６０。３４～３７６０～８０
一
＞６０＞６０＞４０
—
５２７４５５１３．５
一
４８７２４５１３．２
一
ＤＢＰ吸收值，１０－５Ⅲ３／ｋｇ
６０～８０
一
１１～１４
＜１．５
８．９
一—
＜３．５８．Ｏ～９．５＞１３＞４．５
‘
７．０～９．５
１６．２７．Ｏ４８８
７．０１６．２１３．４３３０
７．８１６．８５．Ｏ７５０
１６．７６．８４８０
＞５００
从表中看出，我厂生产的热解半补强炭黑，吸碘值不稳定，波动范围较大，可能是炭黑表面所含油质还没有完全氧化的缘故。吸油值均基本相当；灰分高于国内辽宁某厂，与国外产品相当；拉伸强度国内外相差无几；而３００％定伸与辽宁某厂相当，低于美国专利所载之回收炭黑，高于前苏联雅罗斯拉夫联合企业回收的炭黑。从总体上看，我厂所生产的热解半补强炭黑与国内同类产品相当。
４
热解半补强炭黑在像胶制品中的应用
通过与橡胶制品生产厂的密切配合，我厂生产的热解半补强炭黑已用于胶管、输送带、
１２０
橡胶垫、橡胶板、鞋底、橡胶杂件等橡胶制品中。根据用户不同的性能要求，有些厂家按全
部热解半补强炭黑提供，而有些厂家按与常规炭黑品种按一定比例混配提供，用户使用较为满意，其橡胶产品表面光滑，保证了橡胶产品的综合性能，降低了产品成本。部分混配炭黑
。
产品，物理测试性能如表３所示。
二淤竺
混配品种比例、＼
结束语
表３混配炭黑物理性能
拉伸强度，ＭＰａ
１９１９．３１９．２２０．４
３００％定伸应力，ＭＰａ
１０．９１２１１．９１４．５
伸长率，％
４５０４３６４４０４１７
Ｎ３３０：热解炭黑５０：５０Ｎ３３０：热解炭黑６５：３５Ｎ３３９：热解炭黑５０：５０Ｎ３３９：热解炭黑７０：３０
已使用热解炭黑的单位，其生产的产品并没有出什么大的问题，一个共同意见是炭黑粉
状太多，使用中飞扬性大，生产工人不乐意，要求最好提供造粒较好的粒状炭黑。
５
利用废旧轮胎经热裂解可生产油、钢丝及炭黑产品，变废为宝，大大降低废旧轮胎造成的环境污染，社会效益显著，同时也有一定的经济效益。
’
热解轮胎生产的炭黑，根据检测的结果，该类炭黑产品应划为半补强炭黑的范畴。经过
对炭黑的精细加工处理，从用户的使用情况看，热解半补强炭黑有一定的商品价值，其产品
综合性能明显优于陶土、碳酸钙、硅铝炭黑、煤粉炭黑及其它热裂炭黑，如在后处理过程中，
较好地解决炭黑的造粒问题，以及进一步完善其生产工艺设备，热解半补强炭黑必将有着美好的市场前景。
参考文献
【１】【２】【３】【４】【５】
裴松林．ＮＧＢ炭黑的改性研究．炭黑工业．２００２（１）：８．
艾山．废旧轮胎裂解炭黑生产线情况综述．炭黑工业．２００２（５）：１６．
牟山岐等．ＮＧＢ炭黑的活化及在轮胎胎面胶中的应用．炭黑工业．２００３（４）：２５．Ｂ．Ｐ．Ｆａｕｌｋｎｅｖ等著．朱永康译．
回收炭黑的生产．炭黑工业．２００３（６）：２４．
化工部化工机械研究院粉体工程研究所．粉粒体技术及装备．
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废旧轮胎热解生产炭黑
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赖亦萍１，王素波ｌ，周海洋２
（１．萍乡市化工厂，３３７０３４；２．抚州市临川区兴旺炭黑厂，３４４０００）
摘要：介绍利用废旧轮胎热裂解生产炭黑的工艺过程，及为提高炭黑的商品价值而进行的
磁选、水洗、干燥、粉碎、造粒等精细加工处理。从炭黑的产品性能及用户使用情况看，该类炭黑相当于半补强炭黑，有一定的商品价值，在后处理过程，只要能较好地解决造粒问题，必将有
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着较好的市场前景。
关键词：炭黑；废旧轮胎；裂解；磁选；粉碎：造粒
１
前言
随着人类环保意识的加强，目前，国内外的废橡胶干馏技术也正在兴起。将废橡胶轮胎
加工成有价值的产品，不仅保存了天然资源，而且大大的降低了废旧轮胎对环境的污染。对企业而言，在产生较好的经济效益的同时，也取得良好的社会效益，这是一项十分有意义的。
利用废旧轮胎裂解生产的炭黑，因其原料和工艺特殊，其“粒子’’较粗，灰分含量较高，生产工艺过程
利用废旧轮胎裂解生产炭黑的工艺流程如图ｌ所示。
装置采用高温密闭裂解反应炉，６台反应炉为一组，废旧轮胎整条装入反应炉内，将盖儿７
工作。
表面含油质成分较多，其理化性能与半补强炭黑相似，我厂对该类产品暂称之为热解半补强炭黑。为了提高产品的性能，使其具有更强的生命力及更高的使用价值，我厂对热解半补强炭黑进行了一些精细加工处理，使其满足用户要求，本文作一些简要介绍，与同行共同交流。
２
２．１工艺流程
板封严。在反应炉下部的燃烧室中，加煤燃烧，控制一定的温度。反应炉中的废旧轮胎裂解反应，烟气经过烟管进入冷凝器，烟气冷凝后成为燃料油流入储油罐，少量的废气点火炬排放。经过一定的时间裂解反应后，废旧轮胎胶料中所含的油全部蒸发，残余在炉内的即为热
裂解炭黑与钢丝。采用“热出热装＂的办法出入料，反应完毕后，马上开始出料。将出炉的
“红水＂炭黑用水喷淋熄灭，然后用人工将整圈和较长的钢丝进行收集，细小的钢丝经过磁选法除去。磁选后经水洗、干燥、粉碎、收集、造粒即生产出炭黑产品。
图１废旧轮胎热裂解生产炭黑工艺流程图
２．２磁选
实际上在磁选分离之前，已经进行了人工除钢。由于我厂是将整条轮胎进行裂解，无需切割，因此出料后，轮胎中的钢丝大多都较完整，除钢时将粘在钢丝上的块状炭黑轻敲就能剥离，余下的细钢丝，再经过筛选和磁选，可将大部分除掉。用磁选机分离时，磁选机的进料须均匀，不能过快，进料量不能超出其处理能力，否则达不到除钢的效率。另外，为保证炭黑的铁屑全部除掉，我们在干燥机进出料口和进粉碎机系统的进料口，以及造粒机出口均
Ｉ
放置了磁铁，定期清理磁铁，除去铁屑。２．３水洗分离
．
利用炭黑的疏水性，将磁选后的炭黑进行水洗分离。因废旧轮胎表面还残留了一些在预处理中未除掉的砂、石之类的杂质，这些杂质将直接导致炭黑中灰分的增加。尽管炭黑经过水洗有一定的损失，但对炭黑质量的提高，灰分降低大有好处。水洗剩下的废渣与煤混合一起当燃料烧掉。另外在磁选中没有分离出来的一些小钢丝（主要是夹在小块状炭黑中），在水洗过程中也可以达到分离的效果。２．４干燥
．
炭黑在经过出炉的喷淋和水洗后，表面有较多的吸附水，炭黑成品的水份要求小于１．５％，经过干燥机干燥后，可达到要求。干燥的另一个目的是，因在裂解后，炭黑表面含有一定比例的油质，在转筒干燥机内干燥时，控制适当的温度和一定的时间，将炭黑表面所含的油质进行氧化处理，达到除去油质的目的。
２．５粉碎
从裂解炉中出来的炭黑为大块状，经过筛分、水洗、干燥后，仍然为小块状和一部分粉状，为达到商品级的炭黑必须进行粉碎。有文献介绍，在橡胶配合实验中发现，较细的热解炭黑呈现出接近较高品级炭黑的性能，其中包括拉伸强度的提高。因此我厂在粉碎的过程中，直接借鉴常规炭黑生产工艺，采用微粒粉碎机粉碎。将炭黑从投料口进入粉碎流程，风送进入微粒粉碎机，粉碎后由旋风分离器收集，闭路循环。收集的炭黑进入干法造粒机进行造粒。粉碎效果较好，但筛板的磨损稍大，如采取先粗粉，后进入微粒粉碎机，估计效果更佳。２．６造粒
在炭黑工业中，采用转鼓式造粒机进行干法造粒。为了热解半补强炭黑更有“卖相’’，而用户也要求炭黑呈粒状，我们采用口＇１８００Ｘ６０００ｍ干法造粒机进行造粒，然而效果并不理想，通过调整造粒机转速等工艺，均不奏效，根本造不出象常规炭黑那样的粒子，外观仍然呈粉体。常规炭黑干法造粒原理是，粉状炭黑由造粒机入口螺旋输送进入炭黑料床，随着造粒机的转动而自由地沿着一个“摇滚＂轨迹向造粒机尾端前进。在摇滚中相互碰撞，在分子间力（范德华力）的作用下形成球形颗粒。在干法造粒过程中，通常分为压实，形成核心和核心长大三个阶段。炭黑的造粒是一个物理过程，然而炭黑的理化性能对造粒影响较大，尤其是炭黑的结构和表面性质。经过实验，笔者认为，由于常规炭黑有发达的链枝结构，在造粒机内滚动、碰撞中，分子间力较大，能形成较大颗粒，而热解炭黑并没有发达的链枝结构，分子间力甚弱，因此干法造粒不能造出象常规炭黑那样的颗粒，尽管如此，但由于粉体炭黑经过了绞龙的挤压，在造粒机内滚动碰撞的过程中，密实度还是有所增大，包装重量完全能达到要求。
目前，造粒问题制约着热解半补强炭黑的发展，通过有关资料介绍，国内现已有对乙炔炭黑进行造粒的成熟技术，我厂想采用该技术解决热解半补强炭黑的造粒问题，以此满足用户要求。该项目还在探讨中。
３
炭黑性能指标及检测情况
我厂生产的热解半补强炭黑，经过多次的检测，其结果如表１所示。
在吸碘值的检验过程中，炭黑基本浮在液体上面，是否吸收完全，很难判定。从检测的
结果来看也有高有低，不太稳定，最低的只有１２．５，高的在６０以上。吸油值指标的检测稳定性更好，基本上在６０＂－．－８０范围内，灰分指标，没有经过水洗的炭黑，灰分最高的达到了３０％多，水洗之后，可稳定在１１＂－＇１４％。物理指标相对稳定些，根据所测物理指标情况判定，该
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炭黑基本上属于半补强炭黑范畴。
表Ｉ热解半补强炭黑性能指标
为进行对比，我们将已知国内外文献所载的有关从废橡胶干馏回收炭黑的性能，与本厂热解半补强炭黑进行比较，其结果如表２所示。
、、＼厂家项目、、＼
吸碘值，ｇ／ｋｇＣＴＡＢ，１０３ｍ２／ｋｇ灰分，％加热减量，％ｐＨ值
拉伸强度，ＭＰａ３００％定伸应力，ＭＰａ伸长率，％
表２热解半补强炭黑与国内外文献所载同类炭黑的对比
本厂炭黑ｉｔ？某）－－河北某厂ＵｓＰ所４６载４７４３３曩霎嚣篆悉猡
２０～６０。３４～３７６０～８０
一
＞６０＞６０＞４０
—
５２７４５５１３．５
一
４８７２４５１３．２
一
ＤＢＰ吸收值，１０－５Ⅲ３／ｋｇ
６０～８０
一
１１～１４
＜１．５
８．９
一—
＜３．５８．Ｏ～９．５＞１３＞４．５
‘
７．０～９．５
１６．２７．Ｏ４８８
７．０１６．２１３．４３３０
７．８１６．８５．Ｏ７５０
１６．７６．８４８０
＞５００
从表中看出，我厂生产的热解半补强炭黑，吸碘值不稳定，波动范围较大，可能是炭黑表面所含油质还没有完全氧化的缘故。吸油值均基本相当；灰分高于国内辽宁某厂，与国外产品相当；拉伸强度国内外相差无几；而３００％定伸与辽宁某厂相当，低于美国专利所载之回收炭黑，高于前苏联雅罗斯拉夫联合企业回收的炭黑。从总体上看，我厂所生产的热解半补强炭黑与国内同类产品相当。
４
热解半补强炭黑在像胶制品中的应用
通过与橡胶制品生产厂的密切配合，我厂生产的热解半补强炭黑已用于胶管、输送带、
１２０
橡胶垫、橡胶板、鞋底、橡胶杂件等橡胶制品中。根据用户不同的性能要求，有些厂家按全
部热解半补强炭黑提供，而有些厂家按与常规炭黑品种按一定比例混配提供，用户使用较为满意，其橡胶产品表面光滑，保证了橡胶产品的综合性能，降低了产品成本。部分混配炭黑
。
产品，物理测试性能如表３所示。
二淤竺
混配品种比例、＼
结束语
表３混配炭黑物理性能
拉伸强度，ＭＰａ
１９１９．３１９．２２０．４
３００％定伸应力，ＭＰａ
１０．９１２１１．９１４．５
伸长率，％
４５０４３６４４０４１７
Ｎ３３０：热解炭黑５０：５０Ｎ３３０：热解炭黑６５：３５Ｎ３３９：热解炭黑５０：５０Ｎ３３９：热解炭黑７０：３０
已使用热解炭黑的单位，其生产的产品并没有出什么大的问题，一个共同意见是炭黑粉
状太多，使用中飞扬性大，生产工人不乐意，要求最好提供造粒较好的粒状炭黑。
５
利用废旧轮胎经热裂解可生产油、钢丝及炭黑产品，变废为宝，大大降低废旧轮胎造成的环境污染，社会效益显著，同时也有一定的经济效益。
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热解轮胎生产的炭黑，根据检测的结果，该类炭黑产品应划为半补强炭黑的范畴。经过
对炭黑的精细加工处理，从用户的使用情况看，热解半补强炭黑有一定的商品价值，其产品
综合性能明显优于陶土、碳酸钙、硅铝炭黑、煤粉炭黑及其它热裂炭黑，如在后处理过程中，
较好地解决炭黑的造粒问题，以及进一步完善其生产工艺设备，热解半补强炭黑必将有着美好的市场前景。
参考文献
【１】【２】【３】【４】【５】
裴松林．ＮＧＢ炭黑的改性研究．炭黑工业．２００２（１）：８．
艾山．废旧轮胎裂解炭黑生产线情况综述．炭黑工业．２００２（５）：１６．
牟山岐等．ＮＧＢ炭黑的活化及在轮胎胎面胶中的应用．炭黑工业．２００３（４）：２５．Ｂ．Ｐ．Ｆａｕｌｋｎｅｖ等著．朱永康译．
回收炭黑的生产．炭黑工业．２００３（６）：２４．
化工部化工机械研究院粉体工程研究所．粉粒体技术及装备．
１２ｌ