[发明专利]一种高纯度炭黑及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭黑，特别涉及一种高纯度炭黑。 

背景技术

炭黑是烃类物质经不完全燃烧或裂解生成的。炭黑用途广泛，除用于橡胶制品补强外，还可用于其它材料，如涂料、油漆、油墨、墨粉、电子产品、塑料、纤维、电池等，赋予制品所需的着色、导电性能。此外，炭黑还可以作为冶金工业的重要原料。

炭黑的纯净度可以分为物理纯净度和化学纯净度两类。物理纯净度是指炭黑中的杂质,包括焦粒和其它机械夹杂物、含量的多少，通常采用45 μm筛余物来测定。橡胶用炭黑标准允许45 μm筛余物≤0.10%，即≤1000 ppm，一般产品实际在200 ppm左右,即本申请所述的“普通炭黑”。提高物理纯净度主要途径有两个：一个是从生产工艺入手，采用防腐蚀材料制造的设备和纯净度较高的原料油，强化原料油的雾化和微米粉碎过程，以生产筛余物较低的炭黑；另一个则是对炭黑产品进行超细粉碎和分级处理。化学纯净度是指炭黑产品中，硫、金属、多环芳烃和苯并芘含量的多少。高化学纯净度的炭黑，可以通过对炭黑进行化学液相纯化，即酸洗来得到，但该方法需要后续的干燥处理，生产成本很高，而且还容易出现污染问题。

随着科技的发展和人类需求的不断提高，对于炭黑的纯度要求越来越高。

在电池领域，高纯度导电炭黑是动力锂离子电池不可缺少的添加剂，其性能直接关系到动力锂离子电池性能和技术的发展。动力锂离子电池比容量和寿命的提高与电池内阻和负极材料活性有直接的关系，而电池内阻的大小直接决定于所采用的导电剂——炭黑的性能。动力电池在应用中采用反复、快速充电的大电流充放电方式工作。炭黑中的不纯物，如无机盐一类的物质，在电解液中会离解出金属离子。电池中发生的反应非常复杂，在反复充放电后金属离子会解析成金属。这些金属的存在一方面会降低二次电池的容量，同时析出的金属会形成“枝晶”刺破隔膜造成瞬间短路而产生大量热量引发爆炸。因此，高纯导电炭黑是决定动力电池的安全可靠性和使用寿命的重要因素。

目前，瑞士伯奥地的Timcal（特密高）石墨与碳化学公司采用特殊的工艺，控制炭黑生产中的气体动力学和热力学条件：较低的流速、不加急冷水淬熄和无添加剂，生产出的ENSACO和 SUPER P系列导电炭黑产品具有极高的纯度（其金属杂质含量低于50ppm，灰分低于0.1%），广泛用于锂电池中。但该生产工艺对生产原料、设备、工艺的要求都特别高，使得生产成本居高不下。

国内导电炭黑产品主要有三类。一类是重油造气副产炭黑，具有优良的导电性，但由于是副产物，纯度不高、产量有限。第二类是乙炔黑，乙炔黑是以乙炔气体为原料生产的导电性好的炭黑，但能耗高、污染大，而且这类炭黑粒径过大，具有多孔的微观结构，在锂电池充放电过程中会产生较大的膨胀或收缩，导致锂盐脱落而使电池容量迅速衰减。第三类是油炉法导电炭黑，油炉法导电炭黑具有很好的导电性和分散性，但是受原料和生产工艺的限制，产品纯度低，不能满足动力锂电池导电剂的要求。

在食品行业，与食品接触的塑料着色、儿童玩具、塑料餐碟、烹饪用品等要求采用食品级高纯度色素炭黑。美国食品及药品管理局 (FDA) 过去规定与食品接触的塑料的着色剂只允许使用槽法炭黑，现在已允许使用高纯度炉法炭黑。其纯度要求是在炭黑中：多环芳烃 (PAHs) ≤0.5 ppm；苯并芘≤5.0 ppb；在塑料中的添加量≤2.5 %（质量）。食品级炭黑主要有美国卡博特公司生产的Black Pearls 4350和Monarch 4750，哥伦比亚公司开发的Pure black 100 Carbon 和115 Carbon，德国德固赛公司开发的PRINTEX F alpha等，国内还未见炉法食品级炭黑生产的报道。

在硬质合金等冶金行业也要求炭黑纯度高（含碳量≥99%），硫含量低，灰分及其他有害杂质含量极微。目前冶金用炭黑通常是以经脱硫后的天然气为原料生产，生产设备主要采用不锈钢，生产工艺用水要求经过净化处理，使得生产成本较高。

因此，开发一种生产成本低、生产方法简单可控的高纯度的炭黑对于电池领域、食品领域或者硬质合金等领域来说都是一种迫切的需求。 

发明内容

本发明的发明目的目的之一在于：针对上述存在的问题，提供一种生产成本低、生产方法简单可控的高纯度炭黑的生产方法。

本发明采用的技术方案是这样的：一种高纯度炭黑的生产方法，其特征在于：依次包括以下步骤，

（1）将普通炭黑放入密闭的加热装置中；密闭的加热装置可以采用高温加热炉等装置；