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柱状炭中无机成份去除的方法有哪些?

作者:柱状活性炭 日期:2018-08-14 9:41:27 人气:

柱状炭中无机成份去除的方法有哪些

柱状活性炭无机成份的去除,有原料精选、物理去除和化学去除三种方法。选用单种方法,还是联合使用,须根据对柱状活性炭的要求确定。使用氢氟酸或氢氧化钠溶液洗,可除去硅、铝化合物;使用盐酸洗,可除去大部分铁质。

无机成分对柱状活性炭的制造和性能都有显著影响,不同用途的柱状活性炭对无机成分有不同的要求。国内外活性炭销售常以无机成分的多少来区别活性炭质量高低,因此,活性炭最好根据用户需求除去无机成份。

柱状炭中无机成份去除方法有几下几种

1、原料精选和物理去除

为了降低无机成分,遵循原料精选、物理去除和化学去除三个途径。首先根据需要选择低无机成分的煤和木质原料。为此,最好将厂设在煤矿和林场附近。精选煤的根本途径在于洗煤。为了给醋酸乙烯合成用触媒提供优质煤基活性炭基质,四川维尼纶厂曾对四川威远烟煤进行有效的水洗和氯化锌溶液精选。结果见表1。

表1 原煤、水洗煤、精选煤无机成分含量比较

木材的无机成分一般占木材重量的0.3-1.0%,树皮可达1.5-2.0%,树叶为3.5-4.0%,树根为4.0-5.0%。无机成分中敏感的铁质,木材约含0.05-0.10%,总铁量跟木材的树种、树种为4.0-5.0%。无机成分中敏感的铁质,木材约含0.05-0.10%,总铁量跟木材的树种、材种有密切关系。混杂阔叶材木炭的总铁量(以Fe2O3计)约0.10%所以,为了成品炭无机成分达标,可以采用混合树种、混合材种为原料。

煤和木材在开采、砍伐、存放、运输过程中,可能混入矸石、石头、砂粒、泥土及铁制件等。假如1吨木炭有1根M16×85mm的螺栓,就会使木基活性炭的总铁量达到0.07%。大型球磨机粉碎煤块时,每磨1吨煤粉,一般会损耗钢球100-300g。这些混入的杂质,只有加强人工挑选和使用磁力分离器清除。但磁力分离器主要清除Fe3O4金属铁及其合金。磁导率很低的FeO和Fe2O3很难被清除。其清除率仅50%左右。对此有以下试验:

用磁场强度为100-1200高斯的电磁铁吸除经球磨机粉碎后的碱性木基活性炭中的铁质铁屑粒径为0.5-0.15mm。用300匝线圈的电磁铁,改变励磁电流以调节磁场强度。

表2 电磁铁吸出碱性炭中的铁屑

所以,在满足产品要求的前提下,应尽量使用非铁器材代替铁质器材。如有的球磨机可用瓷球代替钢球。离心机、反应罐、容器应注意防腐蚀处理;高温设备要注意使用抗氧化、抗腐蚀的材料。

2、化学去除

500万彩票手机官网化学去除目前是活性炭除去无机成分的最终办法,可用盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和氢氧化钠溶液实现目的。这些酸、碱除去无机成分都有其专一性。

(1)盐酸溶液

主要来浸提活性炭中的Fe、FeO和Fe2O3、Fe3O4难以除去。

FeO+2HCl→FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O

Fe+2HCl→FeCl2+H2

除去FeO、Fe2O3时,应控制炭悬浮液的酸浓度在pH4.0-4.6之间。洗涤时,悬浮液温度和洗涤水温度均应保持不低于80℃。因FeCl3、FeCl2在70-80℃水中的溶解度大于室温下的溶解度5-6倍。对于金属铁及其合金,整个悬浮液的pH以1-2为宜。反应时间须长达6-7h。盐酸也能除去一定量的钙、镁、钠、钾和无机硫。

(2)氢氧化钠溶液

主要用来浸提炭中的硅和铝。

NaOH+SiO2(≈90%)→(>100℃)Na2SiO3

NaOH+Al2O3(≈90%)→(>100℃)NaAlO2

2NaOH+R-S(大部分)→R-SNa2

30NaOH+8FeS2(大部分)→4Fe2O3↓+14Na2S+Na2S2O3+15H2O

式中的百分数,表示能够起反应的数字。R表示跟S结合的任何烃基。生成的R-SNa2和Fe2O3沉积在煤或炭的基本结构上,不好清除。Na2SiO3和NaAlO2是可溶的。少量余下的Si和A跟Na2O结合,生成所谓“除硅后”化合物(DSP),即3Na2O·3Al2O3·6SiO2·Na2SO4

(3)氢氟酸溶液

国内外广泛用来除去煤或炭中的Si、Al元素。

SiO2(≈95%)+4HF→SiF4+2H2O

氢氟酸也能除去一定量的Fe2O3、Na2O、K2O和P2O5等。使用氢氟酸时,在室温下浸提、就能奏效。但需几天的时间。于70-80℃下浸提,时间可显著缩短。

(4)硫酸溶液

主要反应如下:

R-SNa2+H2SO4→Na2SO4十硫醇(类)

DSP+H2SO4→Al2(SO43+Na2SO4+硅酸(类)+H2O

Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO43+3H2O

硫酸虽也能跟FeS2500万彩票手机官网反应,但须在高达100℃左右的温度下才合适。

(5)硝酸溶液

FeS2几乎不被热而浓的HCl或H2SO4所浸提,但却能跟稀硝酸于中等温度下反应。于75℃下、它能跟5%硝酸反应,生成硝酸铁和元素硫。

FeS2+2HNO3→Fe(NO32+H2S+S

2FeS2+6HNO3→2Fe(NO33+3H2S+S

在除去活性炭无机成分的实践中,有时也可用醋酸较好地浸提碱土金属和铁化合物。

总结

考虑活性炭无机成分的去除,要面向原料精选、物理去除和化学去除三个途径。选用个别途径,还是联合使用二三个途径,须根据要求和具体情况确定。原料精选和物理去除,往往就能基本解决问题。有时忽视物理去除,就会给产品带来麻烦。若生产过程混进了铁质及铁合金,在活化炉中在加热至800-1000℃的水蒸汽的作用下,会变成磁性氧化铁(Fe3O4)。一部分氧化铁(Fe2O3)在400C(连续式活化炉炉尾温度)下跟氢气反应,也会变成Fe3O4。清除Fe3O4,对于低铁质的木基活性炭尤其重要。按现行的活性炭国家标准(LY216-79)所规定的方法检验不出的这一形式的铁质,造成厂内检验产品总铁含量偏低。库存期间该炭上的Fe3O4又会逐渐被氧化成能检验出来的FeO和Fe2O3。总铁量结果便稍稍地提高了,严重影响产品的信誉和使用。

为除去无机成分,是处理原料,还是处理成品炭。这问题须权衡利弊而定。对于部分煤,预先脱除无机成分,可指望产品炭的表面积和吸附指标有显著提高。但须面对数量多得多的原料煤,且生产过程中混进去的铁质得不到清除产品的活化较不易。若处理产品,前面的缺点成为优点,但产品性能提高得较少。

在处理无机成分的过程中严格控制用的水和酸、碱溶液中的铁质及其它重金属的含量。控制一定的使用标准,严格执行。如工业盐酸一般含铁量较多,达0.01-0.03%(100-300ppm)。工业用水含铁量也达0.3-1mg/L。仍处在酸溶液中的炭的表面上刚除去无机成分的部位较活泼,极易结合水中;酸中的无机离子,使自身无机成分增多,如盐酸中的铁质都被炭吸附,则其含铁量会增加0.002—0.015%,弄不好,总铁量比原来还要多。所以,生产厂有条件的应适当控制酸的杂质,尽量使用质量较好的水,至少用经初步处理的软水,能用热电厂的冷凝回水,更好。

遵循化学途径时,具体选用什么方法,须根据产品炭本身状况和技术要求而定。若要求不高,原炭中无机成分(如铁质)又不多用热水洗涤就可以了。热水洗可除去Na、K、Ca、Mg的氧化物和碳酸盐。若产品无机成分要求较高,就须求助于酸洗、碱洗。盐酸的优点是溶解性强,但其氯根较易被活性炭吸附。要洗尽,须用大量水。用硝酸洗,尚可赋与炭表面氧基团。HF和NaOH溶液均可较彻底除去硅、铝化合物。但HF腐蚀性大,不好处理,环保上国家限制使用,现在多是制备小样时使用。选用NaOH溶液,要求较高的温度等条件,从此引发出设备等问题,较不易解决。

由于活性炭经去除无机成分处理,可程度不等地提高性能,为了更多中上档炭供应国内外市场,今后势必有更多厂家对产品进行处理。炭的无机成分脱除问题,决不仅仅是产品的前处理和后处理问题,而是关系到产品质量和产销的大问题。

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