本发明涉及一种化学法活性炭制造方法,特别是一种用氯化钙(CaCl2)作活化剂的活性炭工业生产方法。 化学活性炭工业生产,过去和现在国内外都普遍采用氯化锌(ZnCl2)法。其生产方法如南京林产工业学院主编“木材热解工艺学”第六章:“化学药品活化法生产活性炭”所述。它是将含炭物在ZnCl2溶液中浸渍后,在适当的温度下,经过炭化活化与回收化学药品、酸处理、漂洗、粉碎、脱水、烘干等工序制取活性炭的一种方法。此法产品质量好而稳定,收率高,容易形成大生产能力,但ZnCl2耗量大且原料紧,因而成本高,尤其是生产中泄放大量氯化氢,严重污染环境,日益为环境保护和治理所不容。
由于氯化钙化学性质非常稳定,在1600℃以下不分解,无毒,不污染环境,价格低廉,取代氯化锌作活化剂可以克服污染问题,因而国内外都在致力研究,此法在一些文献中(如美国J·W·哈斯勒著“活性炭净化”,中国建筑工业出版社出版,1980年4月第一版163页“用金属氯化物碳化”)也会提到,但至今还未见在工业生产活性炭中,成功应用CaCl2作活化剂的方法。
本发明的目的就是提供一种既能克服上述ZnCl2法的缺点,又能应用于工业生产的化学法活性炭生产方法。
本发明的目的可以通过下述技术方案来达到。采用如附图所示工艺流程,包括含炭物筛选、CaCl2(氯化钙)溶液配制、含炭物的浸渍淘洗、炭化、活化,回收CaCl2、洗除骨架CaCl2、酸处理、漂洗、粉碎、脱水、干燥等工序,其特征在于:1.在工业生产活性炭中用CaCl2作活化剂,2.活化温度选择在700℃~1000℃范围并保温10小时以上,3.洗除活化料中的骨架CaCl2。上述技术方案的活化机理是:饱浸了CaCl2的含炭物,当温度升至一定高度时,由于CaCl2的熔、电离和强烈的吸水作用、芳香缩合作用而不使含炭物塑化、低分子化进而催化脱水,并形成缩紧的乱层微晶结构的炭。在这复杂的物理化学过程中,CaCl2同时又呈均匀分布的骨架支撑在新生地炭体里面。新生的乱层微晶结构的炭,以它新生的鍵力与CaCl2顽固地结合在一起,大约相当于炭体15%的骨架CaCl2由于和炭体的这种结合变成即使强酸、强碱也难溶的CaCl2,本方案的技术关鍵也就在于洗除骨架CaCl2。在本发明中,洗除骨架采用经过特殊处理,去除了Ca++、Cl-的清水,这种特殊水称为处理水,对处理水的要求是Ca++<0.01%,Cl<0.01%、CO--≥0.5%。
处理水的制造在一普通硅酸盐水泥池内间歇进行。操作时在池内注存适量的待处理清水,通入蒸汽使水温保持在60℃以上。将10%Na2CO3液搅拌加入至水液刚显弱碱性,再将5%Ba(NO3)2液少量搅拌加入至池液碱性刚刚消失,然后加入少量10%H2SO4液至池液,取小样煮沸后经10%的BaCl2液滴入至刚能发现有白色BaSO4沉淀,再加入0.5%AgNO3液至池液,取小样经过滤用0.5%AgNO3液检查无浑浊现象时再往池液里补加相当于池液量1%左右Na2CO3以使水液呈微碱性为止,将沉淀物分离后即为符合要求的处理水。
本发明的优点是不污染环境,生产成本比ZnCl2法小,产品性能全面,一炭多用,针对范围宽,质量优于部标(林业部标准LY216-79),以一级品为例,本方法生产的活性炭,脱色力A法焦糖色100~120%,亚甲兰(ml)14~18。
附图说明:
1-含炭物筛选。 9-中检
2-CaCl2溶液配制 10-酸处理
3-含炭物浸渍、淘洗 11-漂洗
4-炭化 12-成品检验
5-活化 13-粉碎
6-回收CaCl214-脱水
7-洗除骨架CaCl215-干燥
8-漂洗
下面结合实例对本发明做进一步描述。本例的含炭物是木屑,对各原、配料的要求如下列各表:
1.木屑规格要求
项目 工艺要求 备注
品种 杉木屑松木屑、各种杂木
粒度 6~60目
纯度 不含板皮、木块、泥、沙、石、铁屑、钉等
2.氯化钙、工业氯化钙无论CaCl2或CaCl2·2H2O
两种形式均可,其质量要求为:
氯化钙质量要求
指标名称 含量% 备注
氯化钙CaCl2·2H2O ≥69~70.5 二水氯化钙形式
氯化钙CaCl2- ≥96 无水氯化钙
氯化物(以NaCl计)- ≤2
镁及碱金属(以SO--4计)≤1
3.盐酸、工业盐酸其质量要求为:
指标名称 含量% 备注
盐酸(HCl)- ≥28 <28%也可用
重金属 ≤0.005
铁盐- ≤0.02
硫酸盐(以SO--4计) ≤0.1
4.纯碱、本工艺使用特种工业纯碱
质量标准
指标名称 含量% 备注
Na2CO3- ≥98.5 ≤98%也可用
NaCl- ≤1.0
鉄盐(以Fe2O3计) 0.01
水不溶物- ≤0.15
硫酸盐(以Na2SO4计) ≤0.08
5.硝酸钡质量要求
指标名称 含量% 备注
Ba(NO3)2- ≥99
氯化物- ≤0.015
硫酸盐- ≤0.05
6.硫酸、质量要求
指标名称 含量% 备注
H2SO4- ≥95 小于95%也可用
氯化物(Cl)- ≤0.001
铵盐(NH4)- ≤0.001
重金属(以Pb计)- ≤0.001
铁(Fe)- ≤0.001
7.硝酸银、工业硝酸盐
指标名称 含量% 备注
AgNO3- ≥99.5 ≤99.5也可用
硫酸盐(SO4)- ≤0.005
铜(Cu)- ≤0.001
铅(Pb)- ≤0.001
8.处理水、洗除骨架CaCl2工序、水质须经特殊处理,符合以下标准:
指标名称 含量% 备注
Ca++- ≤0.001
Cl-- ≤0.001
SO--4- ≤0.01
CO--3- ≥0.5
1.木屑筛选:在配有磁铁的振动筛中进行
2.CaCl2溶液的配制:将CaCl2在80℃以上的水中溶解,要求50Be/80℃左右,PH值4-6。
3.浸渍、淘洗:将木屑在耐酸水泥池中用CaCl2溶液浸渍淘洗,浸渍时间不得低于8小时,这种经浸渍的料称“钙屑料”。
4.炭化.将钙屑料在炭化炉中炭化,要求炉温在700℃左右,料温400℃左右。当炭化料呈暗红色时即可出料。
5.活化:在用耐火泥烧制的活化罐中进行,最佳活化温度选在850℃~900℃,最佳保温时间为24~30小时。从活化料中取小样,经洗除骨架CaCl2、酸煮、漂洗处理后,测定其脱亚甲兰、焦糖的能力和灼烧残渣(灰分)的高低,要求亚甲兰为14~17ml,焦糖为100~120%,灰分为2~4%。
6.回收活化料中的CaCl2,回收方法与ZnCl2法相同。
7.洗除骨架CaCl2:将经多次回收工序后的活化料投入此工序,先用清水洗滤,待检查滤液Cl-浓度与注入清水的Cl-浓度相等时,再将清水换为“处理水”,水温保持在80℃以上,继续过滤洗除,直至检查洗液的Cl-与注入处理水中的Cl-相等时为止。
8.将洗除骨架CaCl2后的活化料投入后续酸处理、漂洗、粉碎、干燥等常规工序,这些是ZnCl2法已有技术,不赘述。