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怎样提高柱状活性炭加工过程中质量效果?

文章出处:公司动态 责任编辑:东莞市华海炭业环保有限公司 发表时间:2024-11-23
  ​柱状活性炭以优质煤、椰壳、木屑为原料,经系列生产工艺精加工而成。外观呈黑色圆柱形颗粒,广泛应用于气体处理、污水处理、脱硫脱硝、溶剂回收、制氮机、空分设备、喷漆车间等领域。那么,小编告诉大家提高柱状活性炭加工质量效果以下讲解:
柱状活性炭加工
原料选择与预处理
优质原料挑选:原料的质量直接影响柱状活性炭的质量。应选用含碳量高、灰分低、杂质少的原料,如优质的木材、椰壳、煤等。例如,椰壳具有较高的硬度和密度,其含碳量可高达 80% - 90%,且纤维结构丰富,是生产高性能柱状活性炭的理想原料。在选择木材时,硬木(如橡木、山核桃木)比软木更合适,因为硬木的木质素和纤维素含量高,能够为活性炭提供更多的碳源。
原料预处理优化:对原料进行预处理可以改善其性能。对于木材和椰壳原料,首先要进行清洗,去除表面的泥土、灰尘和其他杂质。然后进行干燥处理,将原料的含水量控制在一定范围内,一般木材和椰壳的含水量应降低到 10% - 15%,这样有利于后续的炭化和活化过程。对于煤原料,除了清洗和干燥外,还可能需要进行破碎和筛分,将煤块破碎成合适的粒度,例如破碎到 1 - 5mm 的颗粒,以保证原料的均匀性。
炭化过程的精准控制
温度控制:炭化是柱状活性炭加工的关键步骤之一,温度是炭化过程中的重要参数。一般炭化温度在 400 - 600℃之间。在这个温度范围内,原料中的非碳元素(如氢、氧)会以水、二氧化碳等形式逸出,形成初步的炭结构。例如,当炭化温度为 450℃时,木材原料中的纤维素和半纤维素开始分解,逐渐形成炭质骨架;当温度升高到 550℃左右,木质素也大量分解,炭化过程基本完成。温度过低会导致炭化不完全,影响活性炭的强度和孔隙结构;温度过高则可能使炭结构过度收缩,减少孔隙体积。
升温速率调整:炭化过程中的升温速率也需要精准控制。适宜的升温速率一般为 5 - 10℃/min。缓慢而稳定的升温可以使原料中的有机物充分分解,避免因升温过快导致内部气体急剧逸出而使炭结构破裂。例如,对于椰壳原料,在炭化初期,如果升温速率过快,椰壳内部的水分和挥发性物质会瞬间蒸发,产生较大的压力,使椰壳表面出现裂缝,影响后续活性炭的成型和质量。
气氛控制:炭化过程中的气氛对活性炭的质量也有影响。通常采用惰性气氛,如氮气或二氧化碳。在惰性气氛下,原料的分解过程更加稳定,减少了氧化反应的发生。如果在有氧环境下炭化,原料会过度燃烧,导致碳的损失和灰分的增加。例如,在氮气气氛中炭化煤原料,可以使煤中的碳元素更好地保留下来,形成更发达的炭结构,为后续的活化过程提供良好的基础。
活化工艺的改进与优化
活化剂选择与用量:活化是增加柱状活性炭孔隙结构的关键步骤,活化剂的选择和用量至关重要。常用的活化剂有化学活化剂(如氢氧化钾、磷酸等)和物理活化剂(如水蒸气、二氧化碳等)。化学活化剂能够与炭材料发生化学反应,在炭内部形成丰富的孔隙。例如,当使用氢氧化钾作为活化剂时,氢氧化钾与炭发生反应,生成碳酸钾等产物,这些产物在高温下分解,产生气体,从而在炭内部形成孔隙。活化剂的用量一般根据原料的种类和所需的孔隙结构来确定。以氢氧化钾为例,其用量通常为原料质量的 30% - 80%。
活化温度与时间控制:活化温度和时间是影响活性炭质量的关键因素。对于物理活化,活化温度一般在 800 - 1000℃之间,活化时间为 1 - 3 小时。在这个温度和时间范围内,水蒸气或二氧化碳能够与炭发生反应,刻蚀炭表面,形成孔隙。例如,在 900℃下,水蒸气与炭反应,产生氢气和一氧化碳,这些气体在炭内部扩散,使孔隙不断扩大和增多。对于化学活化,活化温度相对较低,一般在 600 - 800℃之间,活化时间也较短,大约为 0.5 - 2 小时。如果活化温度过高或时间过长,活性炭的孔隙结构可能会过度发达,导致强度降低;反之,孔隙结构不发达,吸附性能差。
成型工艺的精细化操作
粘结剂选择与添加量:在柱状活性炭的成型过程中,粘结剂的选择和添加量是关键。常用的粘结剂有煤焦油、淀粉、聚乙烯醇等。粘结剂的作用是将炭颗粒粘结在一起,形成柱状结构。例如,煤焦油是一种常用的粘结剂,它与炭材料有良好的相容性,能够在炭颗粒之间形成粘结桥。粘结剂的添加量一般为原料质量的 10% - 30%。添加量过少,活性炭颗粒之间的粘结不牢固,在使用过程中容易破碎;添加量过多,则会堵塞活性炭的孔隙,降低吸附性能。
成型压力与模具设计:成型压力对柱状活性炭的强度和密度有重要影响。一般成型压力在 10 - 50MPa 之间。适当的成型压力可以使活性炭颗粒紧密结合,提高其强度。同时,模具的设计也很重要。模具的内径、长度和形状应根据实际需求设计。例如,对于用于空气净化的柱状活性炭,其直径可以设计为 3 - 5mm,长度为 5 - 10mm;模具的内壁要光滑,以保证柱状活性炭的表面质量,便于在使用过程中气体的均匀通过。
后处理过程的严格把关
洗涤与干燥:活化后的柱状活性炭含有残留的活化剂和杂质,需要进行洗涤。对于化学活化后的活性炭,如使用氢氧化钾活化的,要用大量的水进行多次洗涤,直到洗涤液的 pH 值接近中性。然后进行干燥处理,干燥温度一般在 100 - 120℃之间,将活性炭的含水量控制在 5% - 10%。干燥过程要均匀、缓慢,避免因温度过高或干燥速度过快导致活性炭表面破裂或孔隙结构破坏。
质量检测与筛选:对加工完成的柱状活性炭进行全面质量检测,包括吸附性能、强度、粒度、灰分等指标。通过碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等方法检测吸附性能;用抗压强度测试仪检测活性炭的强度;用筛分法确定粒度分布。根据检测结果,筛选出符合质量标准的产品,剔除不合格品。例如,对于用于水处理的柱状活性炭,碘吸附值一般要求在 800 - 1200mg/g 之间,强度应不低于 90%(抗压碎强度),粒度应符合使用设备的要求。

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