Способ получения активного антрацита

 

Изобретение относится к способу получения активного антрацита и может быть использовано в качестве адсорбента при подготовке воды для коммунального и промышленного водоснабжения. Способ получения активного антрацита включает активацию водяным паром в кипящем слое в течение 40-60 мин, последующую обработку 3-5%-ным раствором бифторида аммония в 5%-ной соляной кислоте в течение 30-40 мин, промывку водой и сушку. Полученный антрацит имеет адсорбционную емкость по йоду 87,2%, суммарный объем пор 0,49 см³/г, прочность 80,6%, зольность 1,60%. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения активного антрацита и может быть использовано в качестве адсорбента при подготовке воды для коммунального и промышленного водоснабжения, глубокой очистки сточных вод, осветления окрашенных растворов, извлечения из растворов веществ с крупным размером молекул, а также как основа для каталитических и хемосорбционных добавок и в поглотителях различного назначения.

Известно получение активного антрацита прямым активированием измельченного антрацита без стадии карбонизации, водяным паром в реакторе движущегося слоя с газовыми горелками (Хартмут Кинле "Активные угли", Ленинград, "Химия", 1984, стр. 39). При взаимодействии антрацита с водяным паром несмотря на то, что объем микропор увеличивается, антрацит не обладает необходимыми адсорбционными свойствами.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является активация антрацита в кипящем слое водяным паром при температуре 850-900^oС. После активации антрацит обрабатывают одним из растворов NaOH, Nа₂СО₃ или Na₂SO₄, сушат, обжигают при 850-910^oС, промывают водой и разбавленной серной кислотой и доактивируют водяным паром при 750^oС. Обработка активного угля растворами NaOH, Na₂CO₃ или Na₂SO₄ и двойная обработка водяным паром (активация и деактивация) хотя и приводят к суммарному увеличению объема пор, но не оказывают существенного влияния на адсорбционную емкость антрацита, и он может быть использован только в качестве фильтрующего материала. Кроме того, активация и деактивация водяным паром приводит к обгарам до 70%, к уменьшению прочности и увеличению зольности, что также препятствует увеличению адсорбционной емкости антрацита (К. Е. Махорин, А. М. Глухоманюк. "Получение углеродных адсорбентов в кипящем слое", Киев, "Наукова Думка", 1983, стр. 47).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение адсорбционной емкости за счет увеличения объема пор.

Поставленная задача решается тем, что способ получения активного антрацита, включающий активацию водяным паром в кипящем слое, последующую обработку химическим реагентом, промывку и сушку, отличающийся тем, что активацию водяным паром осуществляют в течение 40-60 мин, в качестве химического реагента используют 3-5%-ный раствор бифторида аммония в соляной кислоте, обработку ведут в течение 30-40 мин и промывают водой.

Способ получения активного антрацита проводили на лабораторной установке.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный антрацит дробят, рассеивают на фракции. Кварцевый реактор разогревают до 850-900^oС и пропускают через него водяной пар, создавая кипящий слой. В разогретый реактор загружают антрацит фракции 0,5-1,0 мм, после чего температура понижается до 400-450^oС, а через 10-15 мин температура снова восстанавливается до 850-900^oС и при этой температуре антрацит активируют в течение 40-60 мин. Затем антрацит выгружают, охлаждают, высевают фракцию 0,5-1,0 мм, промывают водой и высушивают при 80^oС, после чего помещают в полиэтиленовую емкость. Готовят 3-5%-ный раствор бифторида аммония в соляной кислоте, для чего растворяют 5 г кислоты в 95 г воды, получают 5%-ный раствор соляной кислоты, в котором растворяют 3-5 г бифторида аммония. Бифторид аммония хорошо растворяется в воде и кислоте. Раствором заливают антрацит, помещенный в полиэтиленовую емкость и выдерживают в течение 30-40 мин при комнатной температуре, периодически помешивают. Сливают раствор, промывают водой до нейтральной реакции и сушат при 350-400^oС в течение 10-15 мин. Получен прочный активный антрацит, готовый для использования в качестве адсорбента.

Обработка антрацита после стадии активации раствором бифторида аммония в соляной кислоте приводит к изменению характера поверхности антрацита, кроме того значительно снижается содержание минеральных зольных элементов в антраците, а также изменяется его пористая структура. При растворении бифторида аммония в соляной кислоте образуются хлористый аммоний и активная фтористоводородная кислота, которые способствуют растворению глинистых минеральных компонентов и полимиктовых включений, образуя коллоидные соединения, которые хорошо вымываются водой.

Пример 1. 200 г антрацита фракции 0,5-1 мм помещают в предварительно разогретый до 850-900^oC кварцевый реактор, пропускают водяной пар и создают кипящий слой, затем понижают температуру до 400-450^oС, а через 10-15 мин температуру снова восстанавливают до 850-900^oС и при этой температуре антрацит активируют в течение 50 мин. После активации антрацит выгружают, охлаждают, высевают фракцию 0,5-1,0 мм, промывают водой и высушивают при 80^oС, после чего помещают в полиэтиленовую емкость и заливают 80 мл 4%-ного раствора бифторида аммония в 5%-ной соляной кислоте (растворяют 4 г бифторида аммония в 96 г 5%-ного раствора соляной кислоты). Выдерживают в растворе бифторида аммония в течение 35 мин при комнатной температуре, периодически помешивают. Сливают раствор, промывают водой до нейтральной реакции и сушат при 350^oС в течение 10 мин.

Антрацит готов для использования в качестве адсорбента.

Антрацит, полученный предлагаемым способом, анализировали на прочность, пористость, адсорбционную емкость по йоду.

Результаты анализа представлены в таблице.

Примеры 2-5. Способ осуществляют аналогично примеру 1 за исключением продолжительности активации и отсутствия обработки в растворе бифторида аммония в соляной кислоте.

Примеры 6-11. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но отличается от него концентрацией бифторида аммония в соляной кислоте и временем обработки.

Как видно из таблицы, антрацит, активированный только водяным паром в течение 40-60 мин, имеет низкую адсорбционную емкость по йоду 32,8-33,1% и суммарный объем пор 0,17-0,19 см³/г, а также характеризуется высоким содержанием зольных элементов. Такой антрацит не обладает необходимыми адсорбционными свойствами и может быть использован только в качестве фильтрующего материала (примеры 2, 3).

При активации антрацита водяным паром в течение 120 мин (пример 5) значительно возрастает суммарный объем пор - 0,32 см³/г, но при этом растет степень обгара до 39% и зольность до 3,35%, что препятствует получению антрацита с холошими адсорбционными свойствами.

Антрацит, активированный в течение 30 мин, также характеризуется низкой адсорбционной емкостью 32,1% и малым суммарным объемом пор 0,16 см³/г (пример 4).

Только последующая обработка активированного водяным паром антрацита 3-5%-ным раствором бифторида аммония в соляной кислоте в течение 30-40 мин обеспечивает антрациту необходимые адсорбционные свойства, что подверждается адсорбционной емкостью - 78-87,2% и суммарным объемом пор 0,46-0,49 см³/г (примеры 1, 6, 7). Обработка антрацита бифторидом аммония в течение 60 мин (пример 10) не приводит к изменению адсорбционной емкости, суммарного объема пор и зольности. Обработка же бифторидом аммония в течение 20 мин (пример 11) дает незначительные изменения адсорбционной емкости, суммарного объема пор и зольности, т. к. реакция не успевает пройти с глинистыми минеральными компонентами и полимиктовыми включениями. Обработка антрацита 2%-ным раствором бифторида аммония в соляной кислоте не дает возможность получить антрацит с хорошей адсорбционной емкостью и суммарным объемом пор, т. к. раствор становится ненасыщенным и реакционная активность его очень мала.

При концентрации бифторида аммония более 5% в растворе соляной кислоты часть бифторида аммония выпадает в осадок.

Таким образом, оптимальными условиями обработки антрацита является активация водяным паром в кипящем слое в течение 40-60 мин с последующей обработкой 3-5%-ным раствором бифторида аммония в соляной кислоте.

Антрацит является недефицитным и легкодоступным сырьем. Запасы этого сырья на территории России огромны.

Предлагаемый способ позволяет использовать антрацит с зольностью 10-12%, простая технология обработки бифторидом аммония в соляной кислоте не требует специального оборудования, а для активации антрацита водяным паром используются известные технологические схемы и установки.

Предлагаемый способ не является энергоемким процессом.

Формула изобретения

Способ получения активного антрацита, включающий активацию водяным паром в кипящем слое, последующую обработку химическим реагентом, промывку и сушку, отличающийся тем, что активацию водяным паром осуществляют в течение 40-60 мин, в качестве химического реагента используют 3-5%-ный раствор бифторида аммония в 5%-ной соляной кислоте, обработку ведут в течение 30-40 мин и промывают водой.

РИСУНКИ

Рисунок 1