沉淀法白炭黑生產(chǎn)過程中的環(huán)保問題及其對(duì)策

鄔敦偉， 全慧峰， 俞珍權(quán)

(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(xué)，江蘇 南京 210094)

沉淀法白炭黑生產(chǎn)過程中的環(huán)保問題及其對(duì)策

鄔敦偉1， 全慧峰1， 俞珍權(quán)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(xué)，江蘇 南京 210094)

簡(jiǎn)述了沉淀法白炭黑的生產(chǎn)工藝，介紹了生產(chǎn)過程中可能帶來的環(huán)保問題以及對(duì)策。通過硫酸的安全使用、過濾洗滌液的蒸發(fā)處理、改性副產(chǎn)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(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的環(huán)保問題。

沉淀白炭黑；環(huán)保；蒸發(fā)；吸附

引 言

白炭黑即水合二氧化硅，是橡膠工業(yè)中重要的補(bǔ)強(qiáng)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(jīng)高溫水解生產(chǎn)的一種無定型粉末,廣泛應(yīng)用于硅橡膠、油漆涂料、油墨和復(fù)印機(jī)墨粉、膠粘劑、電纜料與不飽和聚酯樹脂，可起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、抗結(jié)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(bǔ)強(qiáng)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(tài)有超微細(xì)、超細(xì)、粉狀和塊狀等。隨著生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的不斷提高，我國沉淀法白炭黑企業(yè)已具備一定的生產(chǎn)規(guī)模，原材料及能源消耗也已接近世界先進(jìn)水平，普通產(chǎn)品質(zhì)量基本能夠滿足國際市場(chǎng)需要。根據(jù)國家炭黑產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的抽查結(jié)果，按照國家標(biāo)準(zhǔn)考核，沉淀法白炭黑產(chǎn)品的合格率為100%。在沉淀法白炭黑生產(chǎn)過程中存在諸多可能影響環(huán)境質(zhì)量的工序。例如，硫酸使用過程中可能出現(xiàn)的硫酸泄漏和酸霧，過濾洗滌過程中產(chǎn)生的大量廢液，產(chǎn)品改性過程中產(chǎn)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(yán)重污染地下水和河水，給人類生活和自然環(huán)境帶來嚴(yán)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(yán)重污染大氣，破壞大氣環(huán)境。應(yīng)對(duì)全球氣候變化正成為關(guān)乎各國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重大議題，尤其是在聯(lián)合國氣候變化峰會(huì)之后，低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排已經(jīng)成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文主要介紹沉淀法白炭黑實(shí)際生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的環(huán)境污染以及應(yīng)對(duì)措施。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 原料

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

1.2 工藝流程

液體水玻璃和工業(yè)硫酸在85 ℃條件下反應(yīng)2 h，反應(yīng)過程中控制pH值為9。然后，將反應(yīng)液通過壓濾機(jī)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(jī)制成各種外觀形態(tài)的白炭黑。

2 環(huán)保問題及措施

2.1 硫酸

硫酸是一種最活潑的二元無機(jī)強(qiáng)酸，能和許多金屬發(fā)生反應(yīng)。高濃度的硫酸有強(qiáng)烈吸水性。與水混合時(shí)，亦會(huì)放出大量熱能。硫酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性和氧化性，故需謹(jǐn)慎使用[2]。在硫酸儲(chǔ)罐區(qū)存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，其應(yīng)對(duì)措施為：一方面，在儲(chǔ)罐區(qū)周圍建設(shè)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(chǔ)罐的容積。另一方面，硫酸是通過噴淋方式添加至反應(yīng)罐進(jìn)而參與反應(yīng)的，并且反應(yīng)溫度較高(通常在80 ℃～90 ℃)，因此在反應(yīng)過程中易形成酸霧。由于酸霧對(duì)環(huán)境和身體都有害，且不可避免地要產(chǎn)生，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)杜絕酸霧產(chǎn)生的影響。本文采取設(shè)置吸收塔吸收形成的酸霧并通過冷卻塔冷卻回流至反應(yīng)罐的方式，避免形成的酸霧對(duì)環(huán)境和身體產(chǎn)生影響。

2.2 過濾洗滌廢水中的硫酸鈉

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

(1)

2.3 白炭黑改性過程中產(chǎn)生的氮元素

白炭黑因表面含有大量的硅羥基而表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水性，但工業(yè)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(jié)合力，因而需要對(duì)其進(jìn)行表面改性。其采用的方法是，利用合適的化學(xué)物質(zhì),通過一定的工藝方法，使之與白炭黑表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，消除或減少表面硅羥基的量，使產(chǎn)品由親水性變?yōu)槭杷訹4]。有機(jī)硅烷、胺等物質(zhì)可以與白炭黑表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，改變粉體的表面性能。但這些改性劑中都含有氮元素，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢水的氮含量超標(biāo)。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(huì)導(dǎo)致藻類植物肆意繁殖，破壞水體生態(tài)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(zhì)惡化，這就是水富營養(yǎng)化的成因之一。因此，含氮廢水必須經(jīng)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(xué)沉淀法；4) 膜分離法；5) 生物脫氮技術(shù)。本公司主要采用化學(xué)沉淀法處理含氮廢水。

圖1 四效蒸發(fā)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(chǎn)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(shè)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(huì)對(duì)大氣環(huán)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(jià)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(jié)論

環(huán)保工作的目標(biāo)是滿足人的基本健康需求。環(huán)保工作面臨的最突出矛盾是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾，解決這一矛盾，需要把握好二者的平衡點(diǎn)，環(huán)保工作需要科學(xué)的機(jī)制、需要企業(yè)和政府部門的共同努力。本文主要通過科學(xué)的處理方式對(duì)沉淀法白炭黑生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生環(huán)境污染的工序進(jìn)行控制，以確保生產(chǎn)過程中各類排放都能夠達(dá)標(biāo)。

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

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

3) 采用化學(xué)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(jìn)[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2009，41(7)：35-37.

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[5] 陳理.國外煙氣脫硫脫硝技術(shù)開發(fā)近況[J].化工環(huán)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(yè)于中北大學(xué)，工程碩士，從事環(huán)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(huán)境保護(hù)