Trong sản xuất cao su và một số sản phẩm nhựa, độ mịn của than đen là một yếu tố then chốt. Nó ảnh hưởng đến cả hiệu suất sản phẩm và chi phí. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này không tuân thủ một tiêu chuẩn duy nhất là "càng mịn càng tốt" khi lựa chọn độ mịn nghiền. Thay vào đó, cần xác định phạm vi kích thước hạt phù hợp dựa trên kịch bản ứng dụng cuối cùng. Lý tưởng nhất, mục tiêu nghiền than đen từ quá trình nhiệt phân lốp xe thải là đạt được kích thước hạt cơ bản (khoảng lưới 325-800) và đảm bảo độ phân tán tốt. Tuy nhiên, trên thực tế, cần phải cân bằng giữa yêu cầu về hiệu suất sản phẩm, chi phí sản xuất và khó khăn trong quá trình xử lý để tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa ba yếu tố này.
Ưu điểm của Carbon Black mịn
Carbon đen mịn có nhiều ưu điểm.
Thứ nhất, nó có thể cải thiện đáng kể hiệu suất gia cường, đây là lý do cốt lõi khiến ngành công nghiệp cao su chú trọng đến độ mịn. Khả năng gia cường phụ thuộc vào diện tích bề mặt. Các hạt nhỏ hơn có diện tích bề mặt lớn hơn. Điều này tạo ra nhiều điểm tiếp xúc hơn với các phân tử cao su. Liên kết bền hơn. Kết quả là, độ bền kéo, khả năng chống rách và khả năng chống mài mòn được cải thiện.
Thứ hai, trong các ứng dụng tạo màu như mực, lớp phủ và nhựa, carbon đen mịn hơn mang lại độ đen cao hơn, tông màu xanh lam, khả năng tạo màu mạnh hơn và khả năng che phủ vượt trội.
Cuối cùng, về mặt lý thuyết, các hạt sơ cấp nhỏ hơn dễ phân tán đều hơn trong ma trận vật liệu, giúp giảm các khuyết tật do sự kết tụ của các hạt và đảm bảo sự ổn định của chất lượng sản phẩm.
Nhược điểm của việc nghiền quá mức
Tuy nhiên, việc nghiền muội than không chỉ đơn thuần là "càng mịn càng tốt". Nghiền quá mức có thể gây ra nhiều nhược điểm:
- Năng lượng và chi phí tăng mạnh. Việc nghiền từ cỡ micron đến nano đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Hạt càng mịn thì chi phí càng cao.
- Sự kết tụ trầm trọng hơn – Các hạt mịn hơn có năng lượng bề mặt cao hơn. Chúng dễ dàng kết tụ lại thành các cụm thứ cấp. Các cụm này khó phân tán. Điều này triệt tiêu lợi ích của kích thước hạt mịn.
- Việc xử lý trở nên khó khăn hơn – Trong cao su, muội than rất mịn làm tăng độ nhớt. Việc trộn trở nên khó khăn và tốn năng lượng hơn. Quá trình lưu hóa cũng có thể chậm lại. Trong nhựa, việc bổ sung quá nhiều có thể làm giảm độ bền nóng chảy và ảnh hưởng đến quá trình đúc.
- Hiệu suất thặng dư và lãng phí chi phí – Trong các ứng dụng cấp thấp như gạch xi măng màu hoặc chất độn nhựa có yêu cầu thấp, không cần dùng đến than đen mịn, dẫn đến lãng phí.
- Thiệt hại về cấu trúc tiềm ẩn – Nghiền quá mức có thể làm hỏng hình thái cốt liệu cacbon đen, làm suy yếu các đặc tính gia cố vốn có.
Lựa chọn độ mịn nghiền cho các ứng dụng khác nhau
Sản phẩm cao su cao cấp (lốp xe, băng tải): 500–800 lưới, gần với kích thước cốt liệu, kiểm soát chặt chẽ diện tích bề mặt và giá trị hấp thụ dầu DBP.
Sản phẩm cao su trung bình/thấp (thành lốp, đế, săm): ~425 lưới, cân bằng hiệu suất, chi phí và khả năng xử lý.
Hạt nhựa tổng hợp, lớp phủ, mực: ~500 lưới, đủ để tạo độ bền màu và độ phân tán.
Các ứng dụng lấp đầy giá trị thấp (bê tông, đường ray, gạch lát): ~80 lưới bột thô, giảm thiểu chi phí.
Phần kết luận
Tóm lại, than đen nhiệt phân từ lốp xe phế thải có “phạm vi kích thước hạt tối ưu”, được xác định bởi ứng dụng mục tiêu. Việc theo đuổi độ mịn cực độ một cách mù quáng không chỉ làm tăng chi phí sản xuất và tiêu thụ năng lượng mà còn có thể gây ra hiện tượng kết tụ, khó khăn trong quá trình xử lý và giảm hiệu suất. Phương pháp khoa học là tiến hành thử nghiệm thực nghiệm để xác định độ mịn nghiền kinh tế và phù hợp nhất, đáp ứng hiệu suất.
