高效壓塊活性炭的制備策略

＊劉春陽

（大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司 山西 037003）

引言

近些年來，隨著人類活動的范圍不斷增加，工業(yè)現(xiàn)代化水平持續(xù)提升，水源污染、能源消耗過度等問題也變得越來越嚴(yán)重，對于高效壓塊活性炭的要求與日俱增。為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，同時也是為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與民生需求，現(xiàn)就高效壓塊活性炭技術(shù)背景與優(yōu)勢分別探討如下。

1.高效壓塊活性炭技術(shù)背景與技術(shù)優(yōu)勢

(1)技術(shù)背景

高效壓塊活性炭的出現(xiàn)是基于傳統(tǒng)活性炭技術(shù)，該技術(shù)能夠很好的應(yīng)用于水源污染防治當(dāng)中，由于結(jié)構(gòu)吸附性能良好，生產(chǎn)技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)，所以可以很好的滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。但是，高效壓塊活性炭研發(fā)過程中遭遇到了制備方面的諸多問題，包括生產(chǎn)過程中溫度調(diào)控難度較高，物理化學(xué)催化劑結(jié)合生產(chǎn)又會存在成本較大的問題，不利于更好的完成高效壓塊活性炭的制備與推廣。

(2)技術(shù)優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)的活性炭技術(shù)而言，高效壓塊活性炭更能夠適應(yīng)于不同環(huán)境與應(yīng)用需求，可以有效解決水源異臭問題，對于消毒副產(chǎn)物、有機(jī)化合物以及重金屬離子等也具有一定的作用。由于水質(zhì)能夠適應(yīng)健康安全的要求，所以污水深度處理也可以適應(yīng)活性炭的吸附性能需要，借助于活性炭產(chǎn)品升級的方式來提升結(jié)構(gòu)性能，解決孔結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題，進(jìn)而推進(jìn)了活性炭孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，高效壓塊活性炭的技術(shù)優(yōu)勢明顯，其相比于單純配煤生產(chǎn)技術(shù)而言，技術(shù)針對性更強(qiáng)，配煤生產(chǎn)的成本更低，還可以解決強(qiáng)度方面的問題。在結(jié)構(gòu)內(nèi)容物方面，整體孔隙結(jié)構(gòu)的合理性得到改善，吸附能力提升，生產(chǎn)與應(yīng)用中也不再出現(xiàn)漂浮情況。根據(jù)這個特征來看，高效壓塊活性炭還具有廣闊的發(fā)展前景，只要通過科學(xué)制備技術(shù)在合理成本條件下進(jìn)行生產(chǎn)，就能夠滿足污水深度處理的要求，滿足催化劑活化需要。成本控制方面，國內(nèi)高效壓塊活性炭的原材料主要以新疆地區(qū)為主，這個區(qū)域的原材料能夠制備不同類型的高效壓塊活性炭，但是單種煤進(jìn)行生產(chǎn)依然會存在不足與風(fēng)險，所以往往需要多種煤配合使用，方可提升高效壓塊活性炭的生產(chǎn)效果。

2.高效壓塊活性炭的影響因素

高效壓塊活性炭的制備會受到許多外部因素的限制，設(shè)備層面上主要涉及兩個方面。

(1)磨粉機(jī)選型

不同情況下的磨粉機(jī)選型往往會帶來不同的活性炭生產(chǎn)結(jié)果。不同的研磨設(shè)備具有不同的物料粒度配置，所以在進(jìn)行磨粉機(jī)的選擇時需要做到十分慎重。其中，高效壓塊活性炭在制備過程中需要考慮到產(chǎn)品的粒度以及磨機(jī)轉(zhuǎn)速等，轉(zhuǎn)速的提升，那么顆粒度也會得到更好的控制，此時產(chǎn)品的密集度較高，如果選擇磨輥速度較慢的設(shè)備，那么就會出現(xiàn)粗顆粒的問題。采取其他類型的磨粉機(jī)時，則應(yīng)該考慮到擠壓作用外的其他影響因素，如果能夠解決低硬度與軟物質(zhì)的脆性問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中就可以推薦選擇，否則不推薦選擇。

(2)成型機(jī)選型

成型機(jī)的選型要考慮到壓塊活性炭的生產(chǎn)需要以及高效壓塊活性炭的性能特征。實(shí)際上，成型機(jī)的質(zhì)量往往能夠直接決定高效壓塊活性炭的性能。影響到成型機(jī)生產(chǎn)的因素較多，包括煤料的預(yù)壓效果，脫氣效果、壓力大小等等，另外，壓輥的兩端施加壓力是否平衡也會影響到成型機(jī)的可靠性。在煤粉脫氣生產(chǎn)過程中，需要做好工藝標(biāo)準(zhǔn)的控制，使得孔隙率達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，此時煤粉的吸附能力可以達(dá)到最大化。在進(jìn)行強(qiáng)制喂料過程中會涉及到內(nèi)容物壓縮的緩解，回彈力會增加，此時壓塊裂紋也會相應(yīng)的增加，煤料脫氣是另一步工藝中的特殊環(huán)節(jié)。除此之外，還需要考慮到煤粉的預(yù)壓以及布料兩個方面，以此來解決強(qiáng)度雖高但是強(qiáng)度不均勻的問題，也會影響到高效壓塊活性炭的整體生產(chǎn)效果。在進(jìn)行輥壓力的選擇時，應(yīng)該以確保給料的穩(wěn)定性，同時做好回彈力的設(shè)置，使得強(qiáng)度偏低的部分也可以得到補(bǔ)充。對輥轉(zhuǎn)速設(shè)置應(yīng)該結(jié)合高效壓塊活性炭受壓強(qiáng)度與時間的要求，進(jìn)一步做好回彈力的調(diào)整即可。

3.高效壓塊活性炭制備策略

高效壓塊活性炭制備過程中對于工藝環(huán)境以及參數(shù)具有較高的要求，需要分別通過試驗、分析的方式來進(jìn)行確認(rèn)，同時也要兼顧一些其他方面的注意事項，分別探討如下。

(1)試驗分析

高效壓塊活性炭的制備過程需要考慮到各個工藝參數(shù)的改善問題，所以需要采取試驗驗證的方式來解決。在挑選優(yōu)質(zhì)原煤的基礎(chǔ)上，采取性能試驗，分別對標(biāo)定的原材料進(jìn)行區(qū)分試驗，以此來確定高效壓塊活性炭的具體制備工藝。主要涉及到的高效壓塊活性炭生產(chǎn)工藝參數(shù)包括溫度、水分、壓力、粒度、強(qiáng)度等等。

(2)結(jié)果參數(shù)

不同類型的試驗參數(shù)會對高效壓塊活性炭的性能產(chǎn)生不小的影響。其中，溫度、水分、返料比都是重要的控制對象。根據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗來看，煤粉的粒度對強(qiáng)度往往會產(chǎn)生不小的影響，隨著成型強(qiáng)度的變化而發(fā)生變化。溫度對于成型強(qiáng)度則具有正相關(guān)關(guān)系，在成型溫度超過60℃的情況下，成型強(qiáng)度可以得到良好的保障。煤粉水分對于強(qiáng)度也會產(chǎn)生不小的影響，如果出現(xiàn)水分偏高或者偏低的問題都不利于高效壓塊活性炭的性能提升。根據(jù)初步試驗經(jīng)驗來看，具備黏結(jié)性的煤種有助于提升穩(wěn)定性，對于無粘結(jié)性煤種更適應(yīng)高效壓塊活性炭的生產(chǎn)要求。

活性炭的吸附性能是高效壓塊活性炭的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，選擇不同類型的煤樣作為原材料進(jìn)行生產(chǎn)，最佳條件下物化處理后可以得到相關(guān)性能試驗的數(shù)值，對比數(shù)值后即可確定相應(yīng)的比例與生產(chǎn)條件。

煤粉的粒度也是影響壓塊活性炭成型率的一個重要參數(shù)，粒度越小，越容易成型，成型機(jī)的成型率也就越高，目前通常采用325目煤粉的通過率來作為煤粉粒度的衡量標(biāo)準(zhǔn)，但是煤粉的粒度還會影響磨粉機(jī)的產(chǎn)量，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要找到粒度與產(chǎn)量的平衡點(diǎn)。

配煤也會對高效壓塊活性炭的性能產(chǎn)生影響，根據(jù)特定的生產(chǎn)環(huán)節(jié)來進(jìn)行配比，磨煤機(jī)當(dāng)中粉末的壓力、粉碎度等等都需要做好前期設(shè)置，根據(jù)破碎的過程來進(jìn)行篩分，測試滾筒強(qiáng)度后再進(jìn)行調(diào)整，如果強(qiáng)度不足，證明出現(xiàn)了脫粉率變化的問題，需要予以改善，此時配煤的強(qiáng)度可以根據(jù)測試的結(jié)果來確定。選擇合適的主煤與輔煤之后，就可以進(jìn)入到壓塊成型的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)根據(jù)生產(chǎn)過程劃分初級破碎、次級破碎兩個部分，根據(jù)工藝參數(shù)的要求來實(shí)施配煤，做好樣品性能管理。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗來看，配煤生產(chǎn)的活性炭吸附性能關(guān)聯(lián)活性炭產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)，隨著配煤比的變化而呈現(xiàn)出活性炭吸附性能的變化。如選擇主煤生產(chǎn)的產(chǎn)品灰分度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，那么適當(dāng)進(jìn)行微調(diào)后即可達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

高效壓塊活性炭孔結(jié)構(gòu)的變化參數(shù)也是制備過程中需要特別考慮的參數(shù)，一般來說可以通過改善催化劑的比例來解決。比如說高效壓塊活性炭制備過程中根據(jù)100:5的比例來添加含鉀化合物催化劑就能夠?qū)崿F(xiàn)配煤的合理性能調(diào)整，對比不同類型條件下制備的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)該配比條件下生產(chǎn)的高效壓塊活性炭性能更為穩(wěn)定且全面。

(3)其他注意事項

高效壓塊活性炭制備過程中需要考慮到多個方面的參數(shù)與范圍特征，通過改善配煤技術(shù)往往可以取得良好的結(jié)果，對于改善吸附性能方面，保留單種煤生產(chǎn)活性炭吸附性能則有助于降低生產(chǎn)成本，提升項目效益。在催化劑參與反應(yīng)的全過程，需要做好反應(yīng)條件的控制，包括積極轉(zhuǎn)變活性炭的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)品性能進(jìn)行調(diào)試，對活性炭孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)施合理優(yōu)化。煤種配比需要考慮到煤粉的細(xì)度、水分、壓力等方面，這些方面都需要做好壓塊強(qiáng)度的管理，確保整體性能穩(wěn)定。在催化劑的添加方面，主要以實(shí)際需求為主，最佳添加模式是添加100:5的含鉀催化劑，通過添加該類型的催化劑能夠很好的解決污水深度處理的客觀需要，在產(chǎn)業(yè)化后更有助于提升深度凈化的能力，從而解決污水處理的實(shí)際問題，為提升高效壓塊活性炭的整體競爭力創(chuàng)造良好的條件。

4.總結(jié)

綜上所述，高效壓塊活性炭在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、污水防治等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，其制備的過程與常規(guī)活性炭存在一定的差異，對于工藝設(shè)備的可靠性、執(zhí)行操作效果具有更高的要求。在實(shí)際進(jìn)行高效壓塊活性炭制備過程中，需要做好試驗分析與參數(shù)處理，確保工藝的可行性與穩(wěn)定性，以此來提升高效壓塊活性炭的整體性能，適應(yīng)高效生產(chǎn)的客觀需要，為行業(yè)的穩(wěn)定高速發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。