炭黑是橡胶制品行业的主要原材料之一，近90%用于汽车轮胎，10%左右用于制品。炭黑的质量好坏对橡胶制品的性能起很重要的作用。与一种化工产品一样，炭黑也有杂质要求，杂质是炭黑产品标准中基础、重要的一项指标，它若不合格，指标再好也没什么意义。在炭黑生产过程中，几乎每项工序都有可能产生杂质；局部可能很微小，人们容易忽略，但累加起来就会非常明显，稍不注意就可能造成产品不合格。本文结合杂质的构成，从炭黑生产过程中的几个主要方面，包括：原料、辅料、设备、工艺控制和操作上逐一分析，找出可能产生杂质的具体原因，采取相应措施，进一步提高产品质量，满足各类用户的要求。
有影响的物质都可以称为杂质。杂质越多产品的纯度就越低，其使用性能就越差。根据这个说法，炭黑的杂质主要分为物理性杂质和化学性杂质。
包括水份、焦粒、耐火材料掉下的渣子及设备腐蚀后产生的铁锈等。除水份以液体形式存在外，都以固态形式存在于炭黑中。这些杂质有的与原料、生产工艺有关，如焦粒；有的与设备有关，如反应炉及一些铁质设备会产生碴子和铁锈；还有的与工艺控制和操作有关，如水份。水份指标在炭黑产品标准中已明确给出，只要我们严格按工艺要求做就会很好地控制。而焦粒、耐火材料渣子及铁锈在标准中虽没有明确规定，但是以筛余物、机械杂质或灰份的项目来要求和控制。正常的炭黑产品机械杂质（指超过20目的物质）应不存在，筛余物越低越好，其中325目是一个重要的指标。
包括一些金属元素、硫、H元素、O元素及一些盐类。它们的含量虽不高，但其作用较大，金属元素过高会影响炭黑的结构，其主要与原料有关。硫是一个很不好的物质，它的来源也是原料，据统计，原料中的硫50%进入炭黑中，另外50%以氧化物的形式进入尾气中，除腐蚀设备，还会污染大气形成酸雨。H和O元素主要是构成炭黑的表面物质，是炭黑使用性能的表征；不同品种，表面H和O元素含量不同，造成成胶特性不同。它们与炭黑生产时的反应温度和终止反应的急冷位置有关。一些盐类的主要来源是原料油、急冷水、造粒水和造粒添加物。
橡胶制品加工时，其混炼和硫化均在较高温度下进行，水份过大会产生气泡，有炭黑粘辊现象，造成硫化不均匀，降低成胶性能。另外，水份过大使炭黑称量时的实际重量降低，使炭黑比例减少，也会造成成胶性能下降。炭黑中水份越低越好，国标规定2.5%,一般炭黑生产厂其内控指标1%.
包括:焦粒,耐火材料炉渣和铁锈,这些杂质掺入到炭黑中,影响制品表面光洁度,大大降低成胶性能.炭黑加入到橡胶中改善其性能的主要因素是炭黑表面有活性基团.这些杂质表面无活性物,无法与橡胶分子结合,反而会起破坏作用,具体表现为拉伸强度低,耐曲挠性、抗龟裂性下降.在一些制品行业,机械杂质造成表面粗糙,强度下降,如密封条,电缆外皮,还有会降低胶囊的使用周期等.
硫的存在使炭黑在成胶加工过程中容易产生早期硫化(或引起焦烧),使塑性弹性的变化提前造成成胶后期拉伸强度和定伸强度下降.
其含量过高会造成橡胶制品表面龟裂,加速老化,缩短使用寿命.另外,金属元素含量过高使炭黑的结构降低,补强性下降,降低成胶产品的耐磨性和硬度.顺便提一下,在非橡胶用炭黑如导电炭黑,若金属杂质或盐类含量过大,会影响信息材料的电磁特性.在一些电子器件中对导电炭黑中的氯离子还有严格的要求.
可以用PH值或挥发份来定性。O元素含量高，PH值下降，挥发份上升，在成胶加工过程中易造成延迟硫化或缩短焦烧时间，使成胶后拉伸强度、定伸强度、硬度下降。
受成本和来源的影响，目前，国内炭黑生产厂家主要以煤焦油系原料为主，少数几个大的企业使用乙烯焦油。在原料油中煤焦油比例大，约60%～80%。为蒽油或乙烯焦油。煤焦油由于重质馏份包括四环以上芳烃和杂环成份高，其沥青含量大，在炭黑生产过程中也使灰份和金属杂质较高。这些因素都直接影响炭黑的杂质。下面表1中列出了煤焦油与炭黑生产所要求的原料油中有关项目的成份对比：
从表一可以看出，煤焦油各项指标明显高于规定的原料油，只是由70%煤焦油+30%蒽油的混合油中部分指标能达到要求，但沥青含量仍明显高出2-3倍。上述的指标基本上是产生杂质的主要因素。目前，国内的炭黑企业对原料油的处理除加强对原料供应的控制外，大部分仍为简单的方式。常用方法是静止放水、强制脱水、逐级过滤和定期清罐，还有采取混配方式来降低产生杂质的成份，如煤焦油+蒽油或煤焦油+乙烯焦油。脱水可以将部分可溶性金属盐类去除，降低K+、Na+等金属杂质含量。过滤和清罐可以除去部分沥青和沉积物，减少焦粒产生。原料油的混配也有一定作用，有过统计，50%蒽油+50%煤焦油比20%蒽油+80%煤焦油生产出的炭黑其筛余物和灰份能下降30-50%。3.2
（1）对于急冷用水，在保证冷却温度前提下，尽量提高水的雾化效果，可以减少水量。还可以加强废热回收，如提高空气预热温度、建废热锅炉或急冷锅炉，这些都可减少急冷水量。
（2）对于造粒用水，在保证造粒效果的前提下可以少用水。也可以给造粒水加温，加强工艺调整，都可以控制造粒用水。
炭黑结构常用是碳酸钾水溶液，一般加量很少。对于个别炭黑品种如N326、N219加量较多，但一般在原料油的0.1%以下。
造粒添加物包括粘合剂和表面活性物，应控制加入量，一般小于炭黑量的0.1%，否则会增加炭黑灰份。在造粒效果不好的时候，不应光考虑增加添加物来提高造粒，应更多考虑更换更好的粘合剂或采取措施。
①反应炉：由于新筑炉子烤炉不，耐火材料本身质量造成下降，抗冲刷、抗氧化性下降；炉子使用后期，耐火材料脱落；局部雾化不好，使温度过高耐火材料烧熔及频繁开停车等系列原因，都会使耐火材料以固态渣子的形式进入到炭黑中。
在反应炉内裂解产生炭黑过程中，由于原材料的雾化不好，喉管流速不稳，入炉压力过大而使油滴打到炉壁；原料油中原有的结焦物如硬炭、胶质、杂物等大颗粒进入到反应炉中；开停车过多造成反应温度波动等会使炉中产生胶粒。有的沉积在停留段，有的沉积在空气预热器入口处，较多部分进入到炭黑中。
在实际生产中，首先应保证：耐火材料材质和炉体砌筑要合乎要求，新炉子烧制过程应按规定程序严格执行。其次，在反应炉运行中，应尽量减少开停车，减少炉体的急冷和急热。正常的开停车要按程序操作，减少更换喷嘴，勤观察，保证好油的雾化。一旦炉体损坏，应急时停产更换，尽量不勉强开车，如浇水、降低负荷等。
②原料油预热器：原料油在线预热设计的初衷是回收烟气废热，提高原料油入炉温度，降低粘度，有利于提高炭黑性能和产率。但它对原料油的质量要求较高，尤其是沥青要低，否则很容易结焦。在实际生产中，尽量使用沥青含量低的原料油，控制好预热温度和壳程进口温度。原料油预热器应定期清洗，减少焦粒。例如，原料油预热温度控制在150℃以下结焦量大大减少。
在袋滤器入口的锥体部位，在开停车过程以及由于炭黑堆积使温度下降，易凝结水和硫化物的酸类物质而产生腐蚀，会产生大量铁锈进入风送系统与炭黑混合。
风送系统管道由于流速较大，一般在35-40m/s,也冲刷产生铁锈。虽然风送系统有微米粉碎机，但它的处理能力有限而只是将杂质打碎，但不能分开，如果杂质太多，超出其处理能力，仍会造成产品的筛余物和杂质超标。
为减少设备腐蚀，应减少开停车次数，保证正常生产。开停车应按程序进行，如风送系统温度大于200℃才可投料。对袋滤器锥体材质的改进和重新设计安歇角也是一个办法。调整十字阀转速或加大风送风机能力，同样可以减少炭黑的堆积。微米粉碎机应定期检查转锤、筛板和齿板，一旦发现筛余物有增大趋势，应急时更换相应部件。一般情况下转锤刀口磨圆后半径大于2.0mm，应更换。
④造粒机：在炭黑生产设备中，造粒机是除反应炉外的另一个重要设备。炭黑造粒的好坏直接影响其使用，已有用户反应由于造粒问题而堵塞管道。炭黑标准中有几项指标对造粒有要求，如粒子强度、细粉含量。造粒机本身除搅齿磨损物可能进入炭黑中，基本上对炭黑杂质没有太大影响。但是，造粒机有问题，使造粒效果变差，会需要加大造粒添加物来保持。因此从间接方面看，保持好造粒机的运行效果也可以控制炭黑的杂质。3.4工艺控制和操作
进厂原料油水份是带来金属和无机盐类的重要因素，应严格控制进厂原料油水份，不合格不能卸。进厂后的原料油应加强放水和脱水，水份应控制在0.5%以下。
为了降低原料油中的固态沉积物，其过滤设备的选择很重要，如内滤式和外滤式应符合具体要求。过滤级数和滤网目数应按工艺要求做定期更换，尽可能减少产生焦粒的因素。
在炭黑反应过程中，工艺控制一定要严格，对原料油预热温度，入炉的压力、喷嘴型号的选择应按要求执行。开停车操作按程序走，不能私自更改，这些都可以减少或避免胶粒的产生和耐火材料渣子的形成。
综上所述，杂质的产生是各方面的，涉及范围广，具有相互关联性，同一种杂质可能几个方面同时产生，而同一方面也会产生多种杂质。如何降低炭黑产品中的杂质需要多方面采取措施，有的甚至需要较大的投入。
目前，在1.5万吨/年以上规模的炭黑生产线中，从设备、工艺及操作规定程序上，对如何控制好杂质，都有较成熟的措施，不需要什么大的投资和改动就能够满足炭黑的质量要求。对于一些特殊质量要求的炭黑，如所谓的高纯炭黑（筛余物达到ppm级），国外也有较成熟的工艺处理。但目前我们所用的原料油与当初引进1.5万吨/年生产线的要求相差较大，因此，我个人认为，产生杂质的主要因素还是在原料油上。在当今以煤焦油为主的湿法炭黑生产线上，应加强对原料油的除渣设备，来降低沥青和杂物的含量（保证低于10%），国外已有关于原料油沉降除渣和离心分离除渣的报道。大的焦化厂也有成熟的沉降除渣设备。这样做可能会增加成本。我们应加强这方面的研究工作，争取把我们国内企业的炭黑质量再提高一步，进一步缩小与国外水平的差距。