Способ получения активного угля

 

Использование: в области адсорбционной техники для получения активного угля с повышенными показателями механической прочности и адсорбционной емкости при извлечении золота из цианистых растворов. Сущность изобретения: способ получения активного угля включает смешивание измельченного каменноугольного сырья, смоляного связующего и добавок борной или фосфорной кислот в качестве 0,3-2,0 мас.%, гранулирование смеси, термоокисление гранул в интервале температур 60-300^oC, карбонизацию гранул при температуре 650-700^oC и их активацию при 850 ± 50^oC. Способ позволяет значительно повысить механическую прочность полученного угля, что делает эффективным его использование в многоцикловых процессах извлечения ценных продуктов. 2 табл.

Изобретение относится к производству активных углей (а. у.) и может быть использовано для поглощения веществ из газов, паров и жидкостей.

Известен способ получения активных углей, включающий измельчение углеродсодержащего материала, смешение со связующим, грануляцию смеси, карбонизацию гранул до 550-650^oC со скоростью нагрева 20-25 град/мин, активацию при 900-950^oC с последующим дроблением гранул до 0,5-1,5 мкм (см. пат. РФ N 2 023663, от 21.10.93, кл. С О1 В 31/08).

Недостатком известного способа является сложность проведения процесса карбонизации в связи с необходимостью медленного темпа подъема температуры до 650^oC.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля, включающий смешивание измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси, карбонизацию гранул при 550-650^oC и активацию карбонизованного продукта при 850±50^oC (см. а.с. СССР N 1414777, кл. С О1 В 31/08, 1988).

Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком данного способа является то, что полученный активный уголь имеет относительно низкую механическую прочность, что делает нецелесообразным его использование при многоцикловых процессах извлечения золота из цианистых растворов.

Кроме того, уголь характеризуется недостаточной активностью по извлекаемому веществу.

Это является следствием того, что в процессе грануляции и карбонизации не обеспечивается уплотнение массы и прочное сцепление связующего с поверхностью измельченных угольных частичек.

Целью изобретения является повышение механической прочности и адсорбционной емкости угля при извлечении золота из цианистых растворов.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешивание измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего с добавлением борной или фосфорной кислоты в количестве 0,3-2,0 мас. термоокисление гранул перед карбонизацией при температурах 60-300^oC, их карбонизацию и активацию.

Отличие предложенного способа состоит в том, что в смесь перед гранулированием добавляют борную или фосфорную кислоту в количестве 0,3-2,0 мас. а перед карбонизацией гранулы термоокисляют при температурах 60-300^oC.

Способ осуществляется следующим образом. Каменный уголь и полукокс измельчают в шаровой мельнице и затем дозируют в смеситель непрерывного действия, куда одновременно подают смоляное связующее и добавку борной или фосфорной кислот в виде водных растворов. Компоненты перемешивают в смесителе при 30-50^oC до образования однородной пасты в течение 12-20 мин и затем гранулируются на шнек-прессе через фильеры с диаметром отверстий 1,2-1,8 мм. Полученные "сырые" гранулы подаются во вращающуюся печь, нагретую до 300^oC. При движении по барабану печи гранулы постепенно нагреваются от 60^oC до 300^oC в течение 20-40 мин, что обусловливает темп подъема температуры, равный 6-12 град/мин и регулируется скоростью поступления гранул через загрузочный бункер. Нагрев продукта осуществляется в атмосфере газов или паров, содержащих в своем составе кислород (топочные газы, воздух, углекислый газ, водяной пар и т.д.).

Окисленные и подсушенные гранулы нагреваются в другой вращающийся барабан, нагретый до 600-700^oC, где происходит карбонизация, т.е. обуглероживание гранул. Температура в барабане создается за счет горения летучих веществ и поддерживания факела пламени по длине печи (за счет разрежения). Скорость нагрева составляет 20-40 град/мин.

Активация карбонизованных гранул осуществляется при 850±50^oC в шахтной печи, в печи кипящего слоя или во вращающемся барабане смесью водяного пара и углекислого газа до суммарного объема пор 0,6-0,8 см³.

При смешивании и грануляции пасты из угольно-смоляного сырья без добавок антипиренов таких как борная или фосфорная кислота отмечено недостаточное уплотнение массы, поэтому при последующих стадиях термической обработки гранул формируется не прочный углеродный скелет, обусловливающий относительно низкие показатели механических свойств получаемых конечных продуктов.

Введение борной или фосфорной кислот (в силу электронных особенностей бора и фосфора) позволяет уплотнить прессуемую массу за счет создания дополнительных связей -C-B-C-B- (или -C-P-C-) и тем самым удается сформировать прочный углеродный каркас.

В результате многочисленных экспериментов было установлено, что без проведения стадии термоокисления этот каркас частично разрушается на стадиях карбонизации и активации. Обработка "сырых" гранул окисляющими агентами в интервале температур 60-300^oC такими как окись углерода, водяной пар, воздух, топочные газы и др. при температурах сушки и удаления легких масел, т. е. при 60-300^oC как бы фиксирует созданную грануляцией структуру каркаса, которая не разрушается даже при высоких температурах, по-видимому, вследствие присоединения кислорода к углеродной цепочке по схеме Прочность получаемых активных углей при этом сохраняется на уровне 94-96.

Пример 1. Берут 5,0 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 0,5 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д (ГОСТ 5442-74), измельченных в шаровой мельнице до размеров частиц 5-90 мкм, и смешивают их с 4,0 кг лесохимической смолы (ТУ 13-4000-77-160-84) и 0,42 кг борной кислоты, растворенной в 1,0 л воды. Процесс смешивания осуществляют при температуре 35^oC в течение 15 мин. Затем пасту подают в загрузочную камеру шнекового пресса и осуществляют грануляцию через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм. Сырые гранулы направляют во вращающуюся печь, нагретую до 300^oC водяным паром. Проходя через нагретую печь гранулы нагреваются со скоростью подъема температуры 10 град/мин. При этом происходит удаление влаги и легких летучих с одновременным присоединением кислорода к углеродной цепочке.

Термоокисленные гранулы направляют в другой вращающийся барабан, нагретый до 700^oC, где происходит карбонизация. Скорость подъема температуры от 300 до 700^oC составляет 30 град/мин.

Активация карбонизованных гранул осуществляется во вращающемся барабане, нагретом до 850±50^oC. Активатором служит смесь углекислого газа с водяным паром. Расход пара поддерживают на уровне 4-5 кг на 1 кг активного угля, углекислого газа 1-2 кг на 1 кг а.у. Процесс проводят до суммарного объема пор 0,72 см³/г. Механическая прочность угля составляет 95,0% а адсорбционная емкость по золоту 24,9 мг/т.

Пример 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что в пасту перед гранулированием добавляют 0,42 кг фосфорной кислоты. Термоокисление сырых гранул проводят в стационарном барабане, в котором постепенно повышают температуру 6 град/мин. Окисляющим агентом являются топочные газы, содержащие избыток кислорода. Механическая прочность угля при суммарном объеме пор 0,72 см³/г составляет 95,7% адсорбционная емкость по золоту 25,0 мг/т. В табл. 1 представлены примеры, полученные аналогично примеру 1 по влиянию введения добавки борной и фосфорной кислот в композицию перед грануляцией. В этих примерах термоокисление осуществляли водяным паром.

Как следует из представленных данных введение борной или фосфорной кислот в количестве 0,3-2,0% повышает механическую прочность получаемых углей с 89 до 96% а адсорбционную емкость по золоту с 18 до 23,0 мг/г.

Уменьшение добавки до 0,1% не способствует достижению поставленной цели, увеличение выше 2,0% снижает адсорбционную емкость по золоту.

В табл. 2 представлены результаты влияния термоокисления на достижение цели изобретения. В композицию смеси была введена добавка фосфорной кислоты в количестве 0,5% (массовых).

Термоокисляющий агент воздух.

Из представленных данных следует, что термоокисление гранул воздухом при температуре 60-300^oC способствует повышению показателей как по механической прочности получаемых углей, так и по их адсорбционной емкости.

Аналогичные результаты были получены и при термоокислении гранул углекислым газом, окисью углерода, окисью азота.

Экспериментами определено, что лучшие результаты обеспечиваются при окислении в интервале 60-300^oC.

Повышение температуры выше 300^oC увеличивают вероятность загорания гранул, а понижение нижнего предела ниже 60^oC не обеспечивает улучшения качества по сравнению с прототипом.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели: на повышение механической прочности активных углей и их адсорбционной емкости по золоту. А вся совокупность, а именно, добавка в пасту антипиренов таких как борная или фосфорная кислоты в количестве 0,3-2,0% и термоокисление гранул при 60-300^oC является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения активного угля, включающий смешивание измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование смеси, карбонизацию гранул и их активацию, отличающийся тем, что смешивание проводят с добавлением борной или фосфорной кислоты в количестве 0,3 2,0 мас. а перед карбонизацией гранулы подвергают термоокислению при 60 300^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1