粉末活性炭著火溫度測(cè)試方法研究

劉冬梅，任凌穎，羅浩為，顧峰瑞

(上海華嚴(yán)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 200090)

活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大，近幾十年在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航空以及民用等方面獲得了越來越多的應(yīng)用。與此同時(shí)，活性炭、尤其是硫含量高的活性炭，在運(yùn)輸、貯存及使用過程中存在自熱著火的隱患，造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞[1-5]。因此，著火溫度是活性炭的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行活性炭測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中著火溫度的測(cè)試方法都是針對(duì)顆?；钚蕴恐贫ǖ?，如GB/T 7702.9—2008《煤質(zhì)顆?；钚蕴吭囼?yàn)方法 著火點(diǎn)的測(cè)定》[6]、GB/T 20450—2006《活性炭著火點(diǎn)測(cè)試方法》[7]、ASTM D 3466—1993《Standard Test Method for Ignition Temperature of Granular Activated Carbon》[8-9]?；钚蕴繌牧６却笮∩峡煞譃榉勰┗钚蕴颗c顆粒活性炭，兩者均具有非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合，其中，粉末活性炭粒度小、外表面積大、透氣性差而產(chǎn)生著火隱患的概率更高。所以，無論生產(chǎn)、貿(mào)易還是應(yīng)用，都有很大的粉末活性炭著火溫度測(cè)試需求。因此，粉末活性炭著火溫度測(cè)試方法的研究逐漸得到重視。

本文基于GB/T7702.9—2008《煤質(zhì)顆粒活性炭試驗(yàn)方法 著火點(diǎn)的測(cè)定》，通過增加粉狀活性炭樣品測(cè)試配件、調(diào)整測(cè)試參數(shù)，提出并進(jìn)行粉末活性炭著火溫度試驗(yàn)方法。

1 測(cè)試裝置及測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1.1 粉末活性炭著火溫度測(cè)試原理

粉末活性炭著火溫度的測(cè)試原理與GB/T7702.9—2008《煤質(zhì)顆粒活性炭試驗(yàn)方法 著火點(diǎn)的測(cè)定》一致，即在空氣流中按一定速率加熱試料，隨著溫度的上升，炭樣溫度突然上升超過進(jìn)入炭樣的空氣流溫度，此時(shí)的溫度即為著火溫度。

1.2 測(cè)試裝置

1.2.1 顆?；钚蕴恐饻囟葴y(cè)試裝置

粉末活性炭著火溫度的測(cè)試裝置是基于GB/T 7702.9—2008中的煤質(zhì)顆粒炭著火點(diǎn)測(cè)定裝置，即“顆?；钚蕴恐瘘c(diǎn)測(cè)定儀”(太原宏達(dá)機(jī)械廠)。該裝置中的關(guān)鍵部件為石英灼管(如圖1及圖2所示)。

T1、T2—熱電偶；1—流量計(jì)；2—空氣過濾器；3—空氣干燥器；4—空氣源；5—氮?dú)猓?—電加熱絲；7—試料；8—石英灼管；9—加熱套；10—橡皮塞子圖1 粉末炭著火溫度測(cè)定裝置示意

圖2 石英灼管示意

1.2.2 測(cè)試裝置改造

為滿足測(cè)試裝置承托粉末活性炭試料的要求，對(duì)顆?；钚蕴恐饻囟葴y(cè)試裝置中的石英灼管進(jìn)行了改造。具體方法如下：

(1)顆?；钚蕴恐瘘c(diǎn)測(cè)定儀器中的主要部件是石英灼管見圖2。石英灼管的內(nèi)部構(gòu)造為多孔石英圓片，實(shí)現(xiàn)承托活性炭并均勻進(jìn)氣的功能。由于多孔石英圓片孔徑大于粉末活性炭顆粒尺寸，無法承托粉末活性炭試料。研究采用a目、b目及c目三種不同孔徑的不銹鋼網(wǎng)，替換石英灼管的多孔石英圓片。

(2)不銹鋼網(wǎng)的規(guī)格：不銹鋼網(wǎng)的直徑與顆?；钚蕴恐饻囟葴y(cè)試裝置中石英灼管的內(nèi)徑相同；分別為孔徑a目、b目、c目，其中：a

另外，按照GB/T7702.9—2008《煤質(zhì)顆粒活性炭試驗(yàn)方法 著火點(diǎn)的測(cè)定》，煤質(zhì)顆?；钚蕴繕悠分瘘c(diǎn)測(cè)試時(shí)要求空氣流量控制在14.7±0.3L/min，對(duì)粉末活性炭樣品的測(cè)試，這個(gè)數(shù)值要根據(jù)測(cè)試試料的具體情況進(jìn)行調(diào)整。

1.3 測(cè)試樣品

本文研究測(cè)試的粉末炭粒度規(guī)格為a(200目)、b(250目)、c(325目)(各篩通過率為90%)，代表了典型的市售常見粉末炭的規(guī)格。

(1)顆粒炭：煤質(zhì)顆?；钚蕴恐瘘c(diǎn)標(biāo)炭(寧夏)及煤質(zhì)顆?；钚蕴繕悠?；

(2)各細(xì)度規(guī)格粉末炭：將(1)中的煤質(zhì)顆粒活性炭著火點(diǎn)標(biāo)炭及煤質(zhì)顆?；钚蕴繕悠愤M(jìn)行研磨，各炭研磨樣為三種規(guī)格的粉末炭：a(200目)、b(250目)、c(325目)(各篩通過率為90%)。

(3)市場(chǎng)常見規(guī)格粉末炭：將(1)中的煤質(zhì)顆?；钚蕴恐瘘c(diǎn)標(biāo)炭及煤質(zhì)顆粒活性炭樣品進(jìn)行研磨，各炭研磨樣為同一個(gè)規(guī)格的粉末炭，其 200目、250目及325目篩各細(xì)度通過率為90%、80%、70%。

1.4 試驗(yàn)測(cè)試

本研究針對(duì)煤質(zhì)顆?；钚蕴考胺勰┗钚蕴?，分別按照顆粒炭的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法及本文提出的粉炭著火溫度裝置及方法進(jìn)行著火溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

1.4.1 顆?；钚蕴恐饻囟鹊臏y(cè)試

按照GB/T 7702.9—2008《煤質(zhì)顆?；钚蕴吭囼?yàn)方法 著火點(diǎn)的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)方法要求，本研究采用符合該標(biāo)準(zhǔn)的1.2節(jié)中的測(cè)試儀器并按照其中的操作參數(shù)要求，測(cè)試了本試驗(yàn)組選用的各顆粒狀活性炭的著火溫度(其中包括顆粒標(biāo)準(zhǔn)炭及隨機(jī)顆粒炭樣)。

1.4.2 粉末活性炭著火溫度的測(cè)試

(1)本研究粉末活性炭著火溫度的測(cè)試?yán)昧祟w粒炭著火點(diǎn)測(cè)定儀，對(duì)該儀器中的主要部件石英灼管采用了a目、b目及c目孔徑的不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行裝料改造，同時(shí)調(diào)整空氣流進(jìn)氣流量。

(2)鑒于粉末活性炭的常見規(guī)格通常為200目、250目及325目；且多數(shù)粉末活性炭的細(xì)度組成約為200目、250目及325目篩各細(xì)度通過率為90%、80%、70%左右；本研究模擬具有代表性的實(shí)際應(yīng)用的活性炭產(chǎn)品細(xì)度，將前述已經(jīng)測(cè)試著火溫度的顆粒標(biāo)炭及顆粒炭樣品分別研磨成200目、250目、325目細(xì)度篩通過率為90%的三類粉末狀炭；以及前述各細(xì)度通過率為90%、80%、70%的組成的模擬粉末活性炭測(cè)試樣品。并同時(shí)對(duì)不同孔徑規(guī)格的不銹鋼網(wǎng)及不同空氣進(jìn)氣流量等影響因素開展了粉末活性炭著火溫度的測(cè)試與顆粒炭進(jìn)行比較研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 著火溫度測(cè)試結(jié)果

2.1.1 顆粒炭樣

各種顆?；钚蕴繕悠分饻囟鹊臏y(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 顆?；钚蕴繕?biāo)準(zhǔn)炭及其樣品的著火溫度

2.1.2 顆粒活性炭研磨樣

顆?；钚蕴垦心ズ笏?00目、250目、325目等不同規(guī)格樣的著火溫度測(cè)試結(jié)果見表2。

2.1.3 典型市售活性炭研磨樣

典型市售活性炭200目、250目、325目(通過率占比為90%、80%、70%)研磨樣的著火溫度測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 顆?；钚蕴垦心?200目、250目、325目通過率為90%、80%、70%)著火溫度

2.2 不同規(guī)格的不銹鋼網(wǎng)對(duì)著火溫度的影響

分別采用a目、b目及c目孔徑規(guī)格的不銹鋼網(wǎng)測(cè)試各研磨樣的著火溫度測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 不銹鋼網(wǎng)規(guī)格對(duì)著火溫度的影響

2.3 空氣流量對(duì)粉末活性炭著火溫度的影響

分別采用不同的空氣流量測(cè)試標(biāo)炭研磨樣(以200目不銹鋼網(wǎng)篩通過率為90%為例)的著火溫度見表5。粉末炭與顆粒炭著火溫度的關(guān)聯(lián)性如圖3所示。

表5 空氣流量對(duì)200目顆粒標(biāo)炭研磨樣著火溫度的影響

圖3 粉末活性炭與顆?；钚蕴恐饻囟冉Y(jié)果的關(guān)聯(lián)性

3 討 論

從表1、表2及表3的測(cè)試結(jié)果可見，當(dāng)采用本試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)200目、250目、325目細(xì)度規(guī)格及三目數(shù)混合樣等市場(chǎng)常見規(guī)格的粉末活性炭，在不同條件下的同一樣品的著火溫度的測(cè)試結(jié)果，平行樣之間的差值以及其平均值與顆粒活性炭著火溫度的差值均在一定范圍內(nèi)(20～25 ℃)；且與相應(yīng)顆粒活性炭的著火溫度測(cè)試方法的結(jié)果精準(zhǔn)度要求具有可比性，說明本方法測(cè)試粉末活性炭著火溫度是可行的。

從表2、表3及表4的測(cè)試結(jié)果可見：選用孔徑為a目或b目的不同不銹鋼網(wǎng)作為承托件，測(cè)試常見規(guī)格的粉末活性炭其著火溫度的測(cè)試結(jié)果具有可比性。由此說明，本研究選用的孔徑為a目或b目的不銹鋼網(wǎng)可以起到對(duì)粉末活性炭及石英珠的預(yù)期承托作用，實(shí)現(xiàn)了在本試驗(yàn)中的流量控制參數(shù)下空氣的進(jìn)入及試驗(yàn)的正常進(jìn)行；即當(dāng)不銹鋼網(wǎng)的孔徑為a目或b目時(shí)，對(duì)測(cè)試結(jié)果無影響；使用c目的承托網(wǎng)，由于其孔徑相對(duì)過小，為了保證空氣流在樣品中的正常分布，空氣流量難于控制，致使少數(shù)結(jié)果有一定偏離。因此，為了確保測(cè)試的正常進(jìn)行，不銹鋼網(wǎng)的孔徑規(guī)格是一個(gè)控制參數(shù)。

從表2、表3及表4的數(shù)據(jù)可見，當(dāng)空氣流量控制在一定范圍內(nèi)，各樣品測(cè)試結(jié)果具有可比性。

從表5的數(shù)據(jù)可見，同一個(gè)顆?；钚蕴繕悠芬韵嗤繑?shù)的粉末活性炭在較大的空氣流量下，測(cè)試結(jié)果相較表2、3、4的空氣流量的測(cè)試結(jié)果相差超過30 ℃。試驗(yàn)結(jié)果表明采用本方法測(cè)試粉末活性炭的著火溫度對(duì)空氣流量參數(shù)的依賴性。

從圖3可見：200目、250目、325目細(xì)度規(guī)格的粉末活性炭及上述各規(guī)格混合炭樣的市場(chǎng)常見規(guī)格的粉末活性炭，采用本方法測(cè)試的粉末活性炭著火溫度結(jié)果均與顆?；钚蕴拷Y(jié)果具有關(guān)聯(lián)性。

4 結(jié)論與建議

(1)本研究提出的粉末活性炭著火溫度的測(cè)試方法是切實(shí)可行的。

(2)本研究中關(guān)于空氣流量操作參數(shù)可以在今后的研究中做更加細(xì)化的控制調(diào)整；對(duì)于本研究中采用的配件不銹鋼網(wǎng)，建議根據(jù)實(shí)際樣品的細(xì)度盡量采用大孔徑規(guī)格。

(3)在采用本方法測(cè)試粉末活性炭的著火溫度時(shí)，建議把著火溫度標(biāo)準(zhǔn)炭作為檢測(cè)過程的質(zhì)量控制樣品進(jìn)行同步測(cè)試。