第九讲  煤质活性炭的后继加工

    活化工序之后，活化料经提纯、破碎、筛选、磨粉、二次成型、包装等处理过程统称为后继加工。提纯工艺有物理法（如跳汰法去矸石或重料，风选分级并同时去浮灰，水洗法去漂浮及浮灰）和化学法（如单纯酸洗或碱酸联合洗涤去灰技术）两种。

    本讲重点讲述化学降灰后处理技术和粉状活性炭的二次成型技术。

一、化学降灰后处理技术

1、煤质活性炭灰分的来源和组成

    煤质活性炭的灰分主要来源于生产所采用的原煤本身含有的灰质成分，少量是由加工过程（如破碎、磨粉、成型等）带入的。一般来讲，原煤灰质成分总量的90%以上将会保留到最终的活性炭产品中，且原煤的灰分产率与最终活性炭的灰分产率之间存在一定的倍数关系。

    表1给出了常见的36种灰质元素在煤中的平均值，表2中列出了我国部分矿区原煤的灰分组成。（此处略去）

2、煤质活性炭化学脱灰技术原理

    根据活性炭的灰分组成，可将灰分划分为酸可溶性灰分和酸不溶性灰分两大类。前者系指可与稀盐酸发生化学反应生成可溶于水的化合物而脱离活性炭结构的那部分灰质，包括铝、镁、钙、钾、钠等金属的氧化物，这部分灰质一般会占到活性炭总灰量的55%左右。

    通过将煤质活性炭与一定浓度的稀盐酸在一定的反应温度下充分反应，可将活性炭结构中的大部分酸可溶性灰质转化为可溶于水的氯化物，主要反应可简写为

Al2O3+MgO+Fe2O3+CaO+K2O+Na2O+HCl====AlCl3+MgCl2+FeCl3+CaCl2+KCl+NaCl+H2O

    目前煤质活性炭制造业常采用在酸处理工序之前，先用工业强碱预先处理的方法脱除活性炭中部分的酸不溶性灰质及两性氧化物灰质，以增加活性炭的降灰幅度【1】。在加压、加热等适当的工艺条件下大部分的酸不溶性灰质和部分酸可溶性灰分中的两性氧化物与工业强碱反应生成可溶于水的酸式盐进入液相：

SiO2+Al2O3+P2O5+PbO2+As2O3+OH-====SiO32-+AlO2-+HPO42-+PbO32-+AsO33-+H2O

    同时，在活性炭中灰分脱除过程中，组成灰分的各种化合物分子与脱灰剂（碱、酸）逐级、均匀地发生化学反应而脱离活性炭的结构，使活性炭的孔隙结构和孔径分布也发生了很大变化，部分孔隙尺寸扩大，新的孔隙形成，使活性炭的吸附性能也发生了一定的变化，如碘值、亚甲兰值和xxxx吸附率均有一定程度的提高。

3、碱—酸两步法脱灰尘{zj0}工艺问题【2】

    碱—酸两步法脱灰的生产成本构成中，活性炭的损耗（含因灰质的脱除而引起的重量损失和因机械作用引起活性炭碎裂而造成的流失重量两部分）约占40%左右，蒸汽消耗约占20%，碱和酸的消耗占约20%的成本，其它成本如水耗、电耗、燃料消耗约为20%。所以寻求合理的、优化的工艺条件是降低成本的必要途径。

（1）选择适当粒度和机械强度的基炭

    对比生产实践结果表明，只有机械耐磨强度≥92%，{zh0}≥95%，且粒度分布范围达2至10毫米的颗粒活性炭，才是适宜的。若入洗的炭颗粒过小，或强度过低，会在降灰过程中碎裂，产生过小颗粒，一方面引起排液阻力增大，固液相接触时间过长，部分已进入液相的反应产物重新被活性炭吸附或粘附，造成降灰效果下降；另一方面，细小的颗粒极易被排出液带走而引起炭流失，生产成本剧烈上升（当强度和炭粒度不适当时，{zg}可造成5到10%的流失率，沉淀池中的黑灰色沉积物多数为流失的细粉或细粒状活性炭）。若入洗炭的颗粒过大，则需要更长时间才能反应彻底，造成生产效率低下，亦会引起成本上扬。

    （此处略去）

（3）碱—炭反应的{zj0}操作工艺条件

    A．反应压力和反应温度

    B．反应时间

    C．其它操作规定

（4）酸液浓度问题

（5）炭-酸反应温度和反应时间

（6）关于炭-酸反应次数问题

（7）炭-酸反应的其它操作问题

    A．排液方法。

    B．水洗次数。

    C．关于烘干设备问题。

二、粉状活性炭的二次成型技术

    活性炭二次成型（成型为蜂窝状、疏松的炭板等）是为了解决传统气相应用技术的缺陷问题。在传统的溶剂回收炭装置中一般均使用粒状活性炭，采用固定床层装填法来进行，实际运行过程中，床层阻力较大，因吸附热的积聚而导致活性炭自燃、装置报废的情况时有发生。

    为了降低床层阻力，同时提高活性炭吸附/脱附有机溶剂蒸气的速率，活性炭工作者借鉴蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷的技术结构，提出将粉状活性炭添加适当粘合剂制成薄壁蜂窝状整体式结构，或制成具迷宫式宏观孔隙结构的活性炭板形式，前者可用于大风量低浓有机蒸气的回收或净化，后者多用于小风量低浓有机蒸气的净化过程。

    马兰等人【4】将粉状活性炭制成蜂窝状整体块，用于从粘胶纤维纺丝工序气相环境中回收CS2溶剂，使用效果良好，装置运行一年多未发生任何意外情况。

    李同川【5】以细粒状活性炭作基炭，分别采用适当的合成化学品为粘合剂，制成了具迷宫孔道结构的整体炭板，用于化学气相毒剂（气溶胶）防护。

    活性炭的二次成型技术存在的难题是，不论采用何种粘合剂，与基炭相比，成型物的吸附性能都必然会降低，原因是粘合剂会使基炭中部分孔隙被封闭而形成无效孔。如何{zd0}限度地限制这种劣化趋势，成为一个重要的研究课题。以往的工作中，曾采用粉状炭化料或粉状浅度活化的活性炭做原料，制成成型块后再活化制成最终产品，但都未能获得期待中的效果。现在研究者的注意力被重新集中于使用粉状活性炭进行成型，工作重点转向适合的粘结剂品类及用量的筛选，努力实现理想的活性炭颗粒“单点粘合”模型（当实现“单点粘合”时，活性炭的吸附性能得以{zd0}限度地被保持）。

参考文献（共5篇，此处略）