利用大同烟煤和阳泉无烟煤生产柱状活性炭的实验研究

李立尧

摘 要 本文介绍了利用大同地区烟煤和阳泉地区无烟煤按固定比例混合后生产柱状活性炭的原理和方法。通过实验表明，大同烟煤和阳泉无烟煤通过80∶20的比例混合后，再经过一系列炭化、活化完全可以制得碘值、亚甲蓝、CCl4吸附值符合要求的高标准活性炭。

关键词 煤基柱状活性炭;成型;炭化;活化

活性炭是一種黑色多孔，具有巨大的比表面积，优良的吸附性能和稳定的理化特性的固体碳质吸附材料。本文以山西地区丰富的优质煤炭为依托，煤焦油作黏结剂，采用配煤法研究制备优质柱状活性炭的最佳工艺指标。

1试验

1.1 原料煤

本实验选用优质的山西煤作为原料，包括大同地区的洗精烟煤和阳泉地区的洗精无烟煤。烟煤挥发分高，有利于活性炭孔隙的形成;而无烟煤本身密度大、强度高的特点有利于提高柱状炭的强度。综合考虑后选用大同煤与阳泉煤质量比为80∶20的混合煤样作为原料用煤。

1.2 制备工艺

先将大同煤与阳泉煤分别破碎并磨成200目通过率大于95%的煤粉，按80∶20的质量比将两种煤粉倒入混捏机中混匀，之后加入煤焦油和水混捏完全后，经造粒机挤压成柱状成形料。成形料烘干后经实验室炭活化后，最终制成柱状炭样品[1]。

（1）混捏。混捏的好坏直接影响成型料的成型效果。煤粉与煤焦油及水达到充分混合的状态需要一定的时间过程。煤粉越细，混捏的时间越长，混捏温度越高，煤焦油黏度越低，越有利于煤粉颗粒充分浸润。因此，在综合考虑各方面因素的影响后，最终选择15～20min的混捏时间，此时能将原料煤混捏为理想的膏状物形态。

（2）炭化。炭化是指在中高温（600℃及以下）条件下成型料条中的煤焦油等低分子物质的挥发和煤的热分解及固化过程，是生产活性炭的重要工序之一，炭化料的指标直接影响活化工艺参数以及柱状炭的指标。炭化过程中最关键的是炭化终温和升温速率的控制。实验用炭化炉采用电加热且由电脑控制，升温速率可控。经过多次试验论证后确定升温速率5℃/min，

炭化终温600℃。炭化炉装置见图1。

（3）活化。活化是生产活性炭最重要的工序，直接影响活性炭的性能，是柱状炭能否研制成功的关键。实验采用大肚管式电加热活化炉，选用物理活化法，以水蒸气作为活化剂。炭化料置于大肚管内，大肚管由外置电机带动旋转，与水蒸气充分混合，不断活化。该设备的优点是活化均匀，制得的活化料质量好。活化温度是决定活性炭孔隙结构组成的主要因素之一。提高活化温度有利于活化反应快速进行，即炭化料中不规则微晶和被焦油所堵塞的部分会随着温度的升高逐渐改变和氧化，活化料的微、中孔增多，比表面积进一步增大。

但是温度过高会破坏活性炭内部微孔结构，导致强度和得率降低。经过反复试验后发现，活化温度为920℃时，既可以保证活性炭的孔隙结构，也可以保证活性炭的强度和得率。

2实验结果与讨论

利用大同烟煤与阳泉无烟煤按照80∶20的配煤方案混匀后，分别加入17%及20%的煤焦油比例混捏成型，再经过炭化和活化制得柱状炭样品;不同焦油比例条件及不同活化时间（100min、80min）制得的活化料指标及吸附性能参数见表1及表2。

两种活化时间的产品指标都符合柱状活性炭的生产要求， 不过在一些重要项目上，例如碘值、耐磨强度、CCl4吸附值，在相同的活化时间下，20%焦油比例的活性炭比17%焦油比例的活性炭要高一些。主要因为活性炭的活化过程其实就是活性炭的进一步的内部造孔的过程，而造孔依赖的是料条内部剩余挥发分的析出以及固定碳和水蒸气不断反应在料条的内部形成孔隙，孔隙越多，活性炭的碘值、强度、CCl4吸附值等指标越高。另外，在不同的活化时间下，活化时间长的活性炭指标要高于活化时间短的活性炭，因为时间越长挥发分析出得越多，固定碳和水蒸气反应越充分，孔隙形成的也越多[2]。

3实验结论

在柱状活性炭制备过程中，在同一种配方里，成型混捏阶段中焦油比例多一些，最后得到的活化料的品质更好一些。

相同配方压制的活性炭在不同的时间下活化，活化时间的长短决定活性炭的品质，活化时间长的活性炭的品质更优。

同时可以看出，用大同地区烟煤和阳泉地区无烟煤配比混合压制柱状活性炭的方法是可行的，可以制得高指标的柱状活性炭产品，市场前景良好。

参考文献

[1] 曹永东.利用大同煤生产柱状活性炭的工艺开发[J].山西化工，2006（12）：42-44.

[2] 孙仲超.我国煤基活性炭生产现状与发展趋势[J].煤质技术，2010（7）：49-52.