煤质活性炭技术发展趋势

第一节  煤质活性炭生产原料的选择与工艺流程

活性炭自20世纪初投入工业生产以来，作为吸附材料，在环保、食品、轻工、医药等行业的用量越来越大，在催化剂及其载体方面也有广泛应用。我国活性炭产量近年增长很快，但绝大部分为低档次品种，高档次品种尤其是一些新类型品种的生产能力严重不足，甚至是空白。活性炭行业没有一个统一的业内机构去指导市场，活性炭厂家各自为战，大多实行低档次路线，通过庞大的产量来占领市场。新产品的开发、生产和管理水平严重滞后。一方面我国低档次活性炭产品出口量大增，其中有些成了国外高技术公司的廉价“原料”。另一方面高级活性炭进口量却大幅飙升，近年来，国内厂家逐渐认识到只有走高档次产品路线，增加品种，不断满足国内外市场的新的需求，才能进步增强竞争力。

活性炭根据生产原料不同可分为木质炭和煤质炭，根据活化剂的不同可分为物理法活性炭和化学法活性炭，根据形状的不同可分为粉状活性炭和粒状活性炭。我国术质活性炭由于原料缺乏，生产受到限制；煤质活性炭由于资源丰富而稳定，价格也极其便宜，受到生产商高度重视。

1、原料煤的选择

在活性炭的生产中，原料煤的选择十分重要。煤的品种和性质不同，工艺条件和产品质量就不一样。根据原生植物的生成年代和成煤过程、煤的灰分含量、碳含量和粘结性的不同，煤可分为：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。

选择生产活性炭的原料时，必须考虑煤的灰分、挥发分、固定碳含量和粘结性等因素。其中主要是灰分，生产优质活性炭，煤的灰分应在3%～5%的范围内，生产一股活性炭煤的灰分应在4%～10%的范围内。如果煤的灰分较大，制成炭化料后，需在90q2的盐酸水溶液中浸渍几小时后再进行水洗干燥，才能降低灰分。制造粒状活性炭，特别是球形活性炭时，采用的煤必须具有一定的粘结性，一股煤的焦块指数在4左右或塑性指数在16mm左右为宜。另外煤的挥发分对成品炭的活性影响很大。挥发分太大，加热时挥发物将引起煤膨胀，使炭化料不适于活化；挥发分太低，不足以通过活化进一步发展原始孔隙结构，不能制成具有高活性的炭。生产中一般采用挥发分在25%～40%的煤为宜。

制造粒状活性炭还要使用粘合剂，粘合剂的加入使煤易于成形，有利于提高造块速度，有助于提高炭的强度。常用的粘合剂有糖蜜、淀粉、羧甲基纤维素和亚硫酸纸浆废液等亲水性粘合剂。

2、工艺流程

根据原料煤的性质和产品活性炭的质量及类型要求，加工工艺可采用不同的路线。

2.1破碎炭块活性炭生产工艺流程

原料煤按生产要求破碎，筛分后进行炭化，炭化料送去活化。将活性炭筛分至合格粒度即成为成品粒状活性炭。筛下物经磨粉后制成粉状活性炭。

2.2人造块状活性炭生产工艺流程

为了满足市场对活性炭制品的不同需要，拓宽制造活性炭原料煤的品种，生产商大力发展人造块状活性炭生产技术。需对煤进行变性处理。市售的块状活性炭常见形状有片状、柱状和球状，形状是由成型工序的设备和模具决定的。其余工序基本相同。各种原料煤按工艺要求先进行混合。然后粉碎到一定细度，添加适量粘结剂和水捏合后成型，再经干燥、筛分、炭化和活化后即为成品块状活性炭。

3、工艺条件的选择

3.1原料煤的粉碎

粉碎的目的是将大块原料煤破碎成工艺要求的小块，通常用破碎机将煤块破碎成直径约10mm的小块。
3.2煤块的磨粉

煤块磨粉的目的是使原料均匀化，增大外表面积，在水和粘合剂的存在下捏合时产生界面化学凝聚，易于成型。可用于制粉的设备有球磨机、振动磨、雷蒙磨及气流粉碎机等。在工业条件允许的情况下，尽可能把煤磨得细些，一般要求粒度在200目以下。

3.3捏合和解碎

捏合工序使煤粉、粘合剂和水按比例混合压延，以获得密实均匀的混合料。常采用两段捏合，第一段用螺旋叶片式捏合机，第二段用螺杆挤压机，每段捏合时间约40min。目前国内不断有新型捏合机研制成功，也可使用。捏合料必须经过解碎处理，才能清除捏合时产生的片状物，否则会影响成型（压片、压柱或造球）的质量。捏合时加水的量对造球效果有直接的影响，煤粉磨得越细，要求的水分值越高，允许的范围也越窄。捏合料的水分需严格控制，一般为12%～15%。

3.4成型

成型的目的是将粉状煤制成工艺所要求的形状。压片或压柱。煤粉达到要求的颗粒后，在一定的压力下，通过液压机或辊式压片机，采用一定形状模具挤压成形，然后在锯齿破碎机中破碎，并在辊式磨碎机中进一步磨细到精确尺寸。通过筛选，过大颗粒再循环于磨碎机中，过小颗粒经再粉碎，循环于生产过程中。

3.5造球

一股采用圆盘造球机在常温常压下进行造球，因为用圆盘造球机可造出球径均匀、真圆度高的煤球。调整圆盘的转速和倾斜度以及原料的配制情况，可以任意调整球径的大小，滚出满足要求直径的球形料，造球时要加入一些弱粘结性或不粘结的干炭粉，避免产生球粘结现象，并作为造球的核心，便于滚球。炭化和活化过程中颗粒的尺寸会减小，因此成型阶段，颗粒必须超过工艺要求的最终产品的大小。

3.6炭化

炭化是在一定条件下的热处理，以便除去气体、焦油，使其形成二次孔隙结构，炭化是活性炭生产工艺中一个十分重要的工序，炭化结果的好坏直接影响到活性炭的质量。炭化的升温速度影响炭的机械强度。升温速度太快，挥发分在短时间内大量逸出，会造成炭的充填密度减小和强度下降，引起热熔结、膨胀和裂缝，所以炭化时要避免急速升温。据有关资料报道，流动度较大的原煤宜用较慢的升温速度，流动度较小的原煤宜采用较快的升温速度。

3.7活化

活化是利用气体进行炭的氧化反应，使炭化物的表面受到侵蚀，用于活化的气体有水蒸气、二氧化碳和氧气等。一股采用水蒸气活化法。活化工艺要保证不发生颗粒的表面烧焦。合理调节活化温度、水蒸气量及活化时间，可以制成适合于不同用途的活性炭。在一定的活化温度下。随着水蒸气供给量的增加。活化时间即可缩短；活化温度的提高可以以减少水蒸气用量和活化时间。活化使用的设备有转炉或沸腾炉。工艺条件是活化温度为：820℃～900℃，烧失率约为50%。

煤质活性炭由于资源丰富、价格便宜得到广泛应用，我国活性炭生产正向大规模、高技术、多品种和高档次方向发展。煤质活性炭虽然品种很多，但是生产方法基本相同。只要选择合适的原料，采用合理的工艺条件进行生产，就能制得形状不同、性能各异可满足各种需要的活性炭产品。我国活性炭生产技术相对滞后，产品品种较少。因此提高活性炭生产技术，开发新类型品种仍是一项长期的任务。

   第二节  煤质活性炭在饮用水净化中的应用

我国现在面临着水资源日趋紧缺的现状和水污染日益严重的形势，本文论述了在我国运用煤质活性炭吸附法净化饮用水的重要性、迫切性和可行性，并介绍了目前世界上饮用水净化的成熟技术和新兴技术。
随着我国社会与经济的稳步发展，饮用水量需求不断增加，对饮用水质量的要求越来越高。而由于我国污水处理能力低、污染物排放呈增加趋势，因此当前和今后相当长一段时期内我国城市供水所面临的突出问题将是水质问题。根据我国7大水系和内陆河流的110个重要河段统计，符合“地面水环境质量标准”Ⅰ、Ⅱ类的占32%，Ⅲ类的占29%，属于Ⅳ、Ⅴ类的占39%。特别是有机物污染，异臭，有毒物质污染，油污染，富营养化，放射性污染等，水中曾一次性检测出有机污染物高达上百种（其中部分是具有致癌、致畸、致突变作用的有机污染物）。饮用水水源的污染，致使饮用水水质恶化，对城乡居民身体健康构成严重威胁。采用传统的给水净化工艺（混凝、沉淀、过滤、消毒），已不能与现有的水源水质和不断提高的饮用水水质标准相适应。因此，积极探索新技术、新工艺，是解决我国饮用水污染问题的迫切需求。