李立堯

摘 要 本文介紹了利用大同地區(qū)煙煤和陽泉地區(qū)無煙煤按固定比例混合后生產(chǎn)柱狀活性炭的原理和方法。通過實(shí)驗(yàn)表明，大同煙煤和陽泉無煙煤通過80∶20的比例混合后，再經(jīng)過一系列炭化、活化完全可以制得碘值、亞甲藍(lán)、CCl4吸附值符合要求的高標(biāo)準(zhǔn)活性炭。

關(guān)鍵詞 煤基柱狀活性炭;成型;炭化;活化

活性炭是一種黑色多孔，具有巨大的比表面積，優(yōu)良的吸附性能和穩(wěn)定的理化特性的固體碳質(zhì)吸附材料。本文以山西地區(qū)豐富的優(yōu)質(zhì)煤炭為依托，煤焦油作黏結(jié)劑，采用配煤法研究制備優(yōu)質(zhì)柱狀活性炭的最佳工藝指標(biāo)。

1試驗(yàn)

1.1 原料煤

本實(shí)驗(yàn)選用優(yōu)質(zhì)的山西煤作為原料，包括大同地區(qū)的洗精煙煤和陽泉地區(qū)的洗精無煙煤。煙煤揮發(fā)分高，有利于活性炭孔隙的形成;而無煙煤本身密度大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)有利于提高柱狀炭的強(qiáng)度。綜合考慮后選用大同煤與陽泉煤質(zhì)量比為80∶20的混合煤樣作為原料用煤。

1.2 制備工藝

先將大同煤與陽泉煤分別破碎并磨成200目通過率大于95%的煤粉，按80∶20的質(zhì)量比將兩種煤粉倒入混捏機(jī)中混勻，之后加入煤焦油和水混捏完全后，經(jīng)造粒機(jī)擠壓成柱狀成形料。成形料烘干后經(jīng)實(shí)驗(yàn)室炭活化后，最終制成柱狀炭樣品[1]。

（1）混捏。混捏的好壞直接影響成型料的成型效果。煤粉與煤焦油及水達(dá)到充分混合的狀態(tài)需要一定的時(shí)間過程。煤粉越細(xì)，混捏的時(shí)間越長，混捏溫度越高，煤焦油黏度越低，越有利于煤粉顆粒充分浸潤。因此，在綜合考慮各方面因素的影響后，最終選擇15～20min的混捏時(shí)間，此時(shí)能將原料煤混捏為理想的膏狀物形態(tài)。

（2）炭化。炭化是指在中高溫（600℃及以下）條件下成型料條中的煤焦油等低分子物質(zhì)的揮發(fā)和煤的熱分解及固化過程，是生產(chǎn)活性炭的重要工序之一，炭化料的指標(biāo)直接影響活化工藝參數(shù)以及柱狀炭的指標(biāo)。炭化過程中最關(guān)鍵的是炭化終溫和升溫速率的控制。實(shí)驗(yàn)用炭化爐采用電加熱且由電腦控制，升溫速率可控。經(jīng)過多次試驗(yàn)論證后確定升溫速率5℃/min，

炭化終溫600℃。炭化爐裝置見圖1。

（3）活化?；罨巧a(chǎn)活性炭最重要的工序，直接影響活性炭的性能，是柱狀炭能否研制成功的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)采用大肚管式電加熱活化爐，選用物理活化法，以水蒸氣作為活化劑。炭化料置于大肚管內(nèi)，大肚管由外置電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，與水蒸氣充分混合，不斷活化。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是活化均勻，制得的活化料質(zhì)量好?；罨瘻囟仁菦Q定活性炭孔隙結(jié)構(gòu)組成的主要因素之一。提高活化溫度有利于活化反應(yīng)快速進(jìn)行，即炭化料中不規(guī)則微晶和被焦油所堵塞的部分會隨著溫度的升高逐漸改變和氧化，活化料的微、中孔增多，比表面積進(jìn)一步增大。

但是溫度過高會破壞活性炭內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)度和得率降低。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，活化溫度為920℃時(shí)，既可以保證活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，也可以保證活性炭的強(qiáng)度和得率。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

利用大同煙煤與陽泉無煙煤按照80∶20的配煤方案混勻后，分別加入17%及20%的煤焦油比例混捏成型，再經(jīng)過炭化和活化制得柱狀炭樣品;不同焦油比例條件及不同活化時(shí)間（100min、80min）制得的活化料指標(biāo)及吸附性能參數(shù)見表1及表2。

兩種活化時(shí)間的產(chǎn)品指標(biāo)都符合柱狀活性炭的生產(chǎn)要求， 不過在一些重要項(xiàng)目上，例如碘值、耐磨強(qiáng)度、CCl4吸附值，在相同的活化時(shí)間下，20%焦油比例的活性炭比17%焦油比例的活性炭要高一些。主要因?yàn)榛钚蕴康幕罨^程其實(shí)就是活性炭的進(jìn)一步的內(nèi)部造孔的過程，而造孔依賴的是料條內(nèi)部剩余揮發(fā)分的析出以及固定碳和水蒸氣不斷反應(yīng)在料條的內(nèi)部形成孔隙，孔隙越多，活性炭的碘值、強(qiáng)度、CCl4吸附值等指標(biāo)越高。另外，在不同的活化時(shí)間下，活化時(shí)間長的活性炭指標(biāo)要高于活化時(shí)間短的活性炭，因?yàn)闀r(shí)間越長揮發(fā)分析出得越多，固定碳和水蒸氣反應(yīng)越充分，孔隙形成的也越多[2]。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在柱狀活性炭制備過程中，在同一種配方里，成型混捏階段中焦油比例多一些，最后得到的活化料的品質(zhì)更好一些。

相同配方壓制的活性炭在不同的時(shí)間下活化，活化時(shí)間的長短決定活性炭的品質(zhì)，活化時(shí)間長的活性炭的品質(zhì)更優(yōu)。

同時(shí)可以看出，用大同地區(qū)煙煤和陽泉地區(qū)無煙煤配比混合壓制柱狀活性炭的方法是可行的，可以制得高指標(biāo)的柱狀活性炭產(chǎn)品，市場前景良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹永東.利用大同煤生產(chǎn)柱狀活性炭的工藝開發(fā)[J].山西化工，2006（12）：42-44.

[2] 孫仲超.我國煤基活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤質(zhì)技術(shù)，2010（7）：49-52.