Verfahren zur Herstellung einer harten, geformten, aktiven Kohle. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aktiven, ins besondere hochaktiven Kohleformlingen, wor unter im Sinne der Erfindung jede geformte und agglomerierte Kohle, in körniger, stük- kiger oder anderer beliebigen Form im Ge gensatz zur pulverigen Form zu verstehen ist.
Nach dem vorliegenden Verfahren können Formlinge hergestellt werden, welche sich von bekannten Produkten dieser Art durch eine ausserordentlich grosse Härte unterschei den und eine sehr grosse Widerstandsfähig keit gegen alle mechanischen Einflüsse und chemischen Einwirkungen besitzen, beim Gebrauch weder auseinauderbrechen noch zu Pulver zerfallen, und welche nicht wesentlich abgenutzt werden, dabei sehr gut wieder- belebbar sind und ein sehr bedeutendes Ad sorptionsvermögen aufweisen, das sie für jede Art der Gasadsorption,
wie auch zur Entfär- bung und sonstige Reinigung von Flüssigkei ten z,-eignet macht.
i-s sind schon mehrfach Verfahren zur R%rstellung von Körnern oder sonstigen Formlingen aus aktiver Kohle vorgeschlagen worden, aber, abgesehen davon, dass diese Verfahren nur ganz allgemein oder unbe stimmt beschrieben sind und dem Fachmann nicht die Ausübung eines bestimmten und technisch durchführbaren Verfahrens ermög lichten, war es bisher in der Technik noch nicht gelungen, geformte Kohlen von so aus geprägter und allseitiger Aktivität nebst so grosser Härte und Widerstandsfähigkeit zu erzeugen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine harte, geformte, aktive Kohle dadurch erhalten, dass man feinverteiltes, verkohltes Material mit einem organischen Bindemittel, das eine geringe Menge anorganischer Sub stanz enthält, homogen mischt, unter Druck formt, trocknet, verschwelt, glüht und durch Gaseinwirkung aktiviert.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann wie folgt ausgeführt werden: Es wird von einem beliebigen verkohlten Material, zum Beispiel von einer fertig ge bildeten Kohle, ausgegangen. Holzkohle, wie Birken-, Buchen- oder Tannenholzkohle hat sich als geeignet erwiesen, wie auch verkohlte Fruchtkerne oder -schalen, z. B. Kokosnuss schalen. Es können aber auch andere geeig nete Kohlen, wie zum Beispiel Torfkohle, oder Verkohlungs- bezw. Verschwelungspro- dukte von organischen Stoffen aller Art, so wie fertig gebildete Kohlen, wie Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit, direkt oder nach wei terer Verkohlung für das vorliegende Verfah ren verwendet werden.
Gegebenenfalls kann auch von einer vorher aktivierten Kohle oder von Verkohlungsprodukten, die durch Ein wirkung von verkohlend und wasserentzie hend wirkenden Chemikalien erzeugt worden sind, ausgegangen werden.
Das Ausgangsmaterial wird in feinver teilter Form zur Anwendung gebracht, zum Beispiel in gemahlenem oder direkt in fein verteilter Form gewonnenem Zustande (Sul- fitkohle, aus Gasen gewonnene Kohle usw.); zweckmässig wird das Ausgangsmaterial mit einer Korngrösse der feinen Partikelchen von 1 bis 10 ,u verwendet, wobei die Hauptmasse zum Beispiel eine Feinheit von 2 bis 5 ,u haben kann. Unter diesen Umständen kann bei einem Teil des Mahlproduktes die Brown- sche Bewegung schon vorhanden sein.
Es kann jedoch, namentlich wenn die Herstellung einer geformten Kohle für Ent- färbung oder sonstige Behandlung von Flüs sigkeiten bezweckt ist, empfehlenswert sein, das Ausgangsmaterial nicht zu fein zu mah len, um Formlinge mit einer gröberen innern Kapillarität zu erhalten.
Ein Beispiel eines geeigneten organischen Bindemittels, das bereits die erforderliche anorganische Substanz enthält, ist Sulfit- ablauge, die ohne weiteres mit der feinverteil ten Kohle, oder mit dem sonstigen feinver teilten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial homogen gemischt werden kann.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung hat sich die Anwendung von Teerarten als organisches Bindemittel sehr geeignet erwiesen. Insbesondere kommen in Betracht Holzteer und ähnliche aus Pflan- zen gewonnene Teere, die unterhalb 450' C entstandenen Schwelteere, Laubholzteer, Na delholzteer (Absetzteer, Scheideteer, Blasen teer, Mischteer). Der Teer wird zum Beispiel der Holzkohle im Verhältnis von zum Bei spiel 30 bis 40 % Teer auf GO bis 70 % Holz kohle beigemischt. Man kann auch soge nannten oxydierten (z.
B. mit Luft be handelten) Teer oder die benzinlösliche und benzolunlösliche Fraktion des Teers (Pech bestandteile) anwenden.
In diesem letzteren Falle wird dem Binde mittel vor seiner Mischung mit der Kohle eine verhältnismässig geringe Menge anorga nischer Stoffe einverleibt, Stoffe, welche ent weder im Bindemittel löslich sind, oder deren Lösungen mit den Bindemitteln mischbar sind, bezw. mit welchen das Bindemittel im prägniert oder emulgiert werden kann. Die Zugabe (bezw. Anwesenheit) dieser Stoffe bezweckt unter anderem die Erzielung einer cr e ichmässig bis zum Kern wirkenden Akti vierung, während bei Abwesenheit dieser Stoffe eine mehr nur oberflächliche Aktivie rung eintreten würde. Dies ist als wesentlich für die Erzeugung von harten Produkten zu betrachten.
Als anorganische Stoffe kommen im allgemeinen diejenigen in Betracht, wel che an und für sich eine aktivierende Wir kung auf die Kohle ausüben können; zum Beispiel wurde Ätznatronlauge in Verbin dung mit Teer als geeignet befunden, aber auch viele andere Hydroxyde, sowie Salze und Säuren können die gleiche Wirkung aus üben, wie zum Beispiel auch Karbonate, Bi karbonate, Sulfate, Bisulfate, Zink- oder an dere Chloride, Sulfide, Sulfite, Salze organi scher Verbindungen, Phosphorsäure usw.
Andere organische Bindemittel sind Hochmolekulare Kohlenwasserstoffgemische, Kohlehydrate, Melasse, Stärkesyrup, Eiweiss stoffe, Harze, Leim oder Substanzen, welche Holz, Zellulose usw. zu lösen oder zu zerset zen imstande sind, zum Beispiel die in der Kunstseideindustrie verwendet werden, und alle andern Bindemittel, welche für metallur gische, elektrische, chemische oder andere Zwecke Verwendung finden. Als Bindemittel werden zweckmässig sol che organische Substanzen verwendet, die beim Verkohlen zusammenschrumpfen. Bei Verwendung aktiver Kohle als Ausgangs material ist dies besonders günstig, da die ak tivierte Kohle beim Glühen ihr Volumen nicht oder nurmehr wenig ändert.
Die voran gehende Aktivierung des zu agglomerieren- den Materials kann unter Umständen sehr vorteilhaft sein in bezug auf die Erzielung eines sehr hochaktivierten Erzeugnisses, aber bei der praktischen Anwendung von vorher aktivierter Kohle begegnet man gewissen Übelständen. Es hat sich nämlich heraus gestellt, dass infolge der grösseren Porusität der aktivierten Kohle die benötigte Menge des organischen Bindemittels grösser sein muss, da die Poren der aktivierten Kohle viel Bindemittel absorbieren.
Auf diese Weise wird aber der Erfolg der Aktivierung teil weise vernichtet und man hat nach der Ag- lomerierung durch nachträgliches Glühen oder Aktivieren, wobei Kohlesubstanz ver loren geht, auch wieder eine grössere Menge des organischen Bindemittels zu entfernen, um ein Aktivierungserzeugnis von genügen der Porosität zu erzielen.
Ein anderer Punkt, der sich bei der prak tischen Ausführung als sehr wichtig erwiesen hat. ist die Erzeugung einer bestimmten Ka pillarität im Innern der Kohleformlinge. Die mehr oder weniger grossporige Kapillarität der aktivierten Kohle bezw. der Kohleform- linge bestimmt nämlich zum grössten Teil die adsorbierenden Eigenschaften des Erzeug nisses und je nachdem man Formlinge zur Gasadsorption oder zur Behandlung von Flüssigkeiten herstellen will, ist es zweck mässig, die Porengrösse im Zusammenhang mit den beabsichtigten Verwendungszwecken der Kohle zu wählen.
Durch Zusatz von geringen Mengen anor ganischer Substanz, welche eine emulgierende oder aktivierende Wirkung ausübt, ist es möglich, den Grad der Kapillarität in den Formlingen zu bestimmen. Dadurch, dass man diese anorganischen Stoffe aus dem fer tigen Erzeugnis auswaschen kann, wird die Porosität der Formlinge noch gesteigert. Ebenso kann durch richtige Wahl der orga nischen Binde- oder sonstigen Zusatzmittel die Porosität und Kapillarität wunschgemäss geändert werden.
So kann man, falls man von einem vorher aktivterten Material ausgeht, die feingemah lenen oder an sich genügend feinen Pa,rtikel- chen desselben zuerst mit einer Substanz im prägnieren, die man nach der Aktivierung ex trahieren, auslaugen, auswaschen oder sonst wie aus dem Erzeugnis entfernen kann, oder die während des Glüh- oder Aktivierungs- vorganges verflüchtigt oder in leicht entfern bare Verbindungen umgewandelt wird. Diese Stoffe können ganz indifferent sein, oder auch irgend eine aktivierende Wirkung aus üben.
Die in dieser Weise imprägnierten Kohlepa-rtikelehen werden darauf mit einem organischen Bindemittel gemischt, wobei dann der Adsorption dieses Bindemittels in den innern Poren der Kohlepartikelchen ganz oder teilweise vorgebeugt wird. In dieser Weise kann man mit weniger Bindemittel auskommen und wird der Erfolg der vorheri gen Aktivierung nicht vernichtet, weil nach Entfernung oder Verflüchtigung des.Mittels die Kohle ihre Aktivität wieder zurück erhält. Gegebenenfalls kann man von einem Produkte ausgehen, das nur teilweise akti viert ist, wobei die im Material übriggeblie benen Bestandteile die Rolle des Füllmittels spielen.
Für die Imprägnierung der zu agglo- merierenden Kohle kann man ebenfalls die anorganischen Stoffe anwenden, welche zum Zwecke der Emulgierung oder Homogenisie rung des Bindemittels zugesetzt werden.
Als Imprägnierungsmittel können zum Beispiel gewählt werden: Flüssigkeiten, die sich während der Erhitzung verflüchtigen, Lösungen von anorganischen oder organi schen Salzen, Säuren oder Laugen, wie zum Beispiel Chloride, Sulfate, Acetate, Sulfide, Phosphorsäure, Essigsäure, Natronlauge, Am moniumsalze, Alkohole usw., alle Chemika- lien, .die eine aktivierende Wirkung auf da= Material ausüben können und allgemein alle geeigneten Stoffe, die dazu beitragen können; das Verstopfen der bereits in der Kohle vor handenen oder zu formenden oder durch Zu satz zum Beispiel von Teer oder dergleichen geformten Poren zu vermeiden.
Die Mischung wird in geeigneter Weise mittelst einer 31ischmaschine bis zu möglichst vollständiger Homogenität. und gegebenen falls bei erhöhter Temperatur, vorgenommen.
Auf die Mischung folgt das Pressen, wo bei man zur Erzielung einer erheblichen Härte zweckmässig sehr hohe Drücke und ge gebenenfalls auch erhöhte Temperatur an wendet. Es können bei der Herstellung von Gasadsorptionskohlen Drücke von 300 Atm. und höher zur Anwendung kommen, während es für Entfärbungskohlen ange bracht sein kann. weniger hart zu pressen. Die Temperatur während des Pressens wird immerhin nicht so hoch bemessen, dass der er forderliche hohe Arbeitsdruck nicht einge halten werden kann.
Nach einer Ausführungsform des Verfah rens werden die Formlinge unter Anwendung einer Strangpresse hergestellt, wobei man Vollkugeln oder Zylinder, glatte oder gerif felte Röhrchen erzeugen kann, welch letztere man auf eine dem Durchmesser der Röhrchen gleiche Länge schneiden kann, um Ringe, zum Beispiel ähnlich den Raschigringen, her zustellen. Bei Herstellung von Körnern wird denselben zweckmässig eine Grösse von 2 bis 5 mm gegeben. Selbstverständlich können auch Presskörper von andern, einem bestimm ten Verwendungszweck angepassten Formen hergestellt werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beim Pressen erhaltene Form bereits die Verwendungsform darstellt, wodurch sich die Weiterverarbeitung sehr wirtschaftlich gestaltet.
Die geformten Presslinge werden sodann einem Trocknungsvorgang ausgesetzt. Die Trocknung geschieht vorzugsweise unter oxydierenden Bedingungen, zum Beispiel mit- telst heisser Luft, welche bis zur Erhärtung durchgeleitet wird. Der Erhärtungsprozess wird durch Oxydation befördert. Gegebenen- falls können zur Beschleunigung der Oxyda tion katalytische Substanzen, wie Sikkative, dem Bindemittel einverleibt werden.
Die getrockneten Formlinge werden so dann einem Glüh- und Aktivierungsvorgang ausgesetzt. Zunächst findet eine Verschwe- lung bei ungefähr 500 C statt, welche mit oder ohne Einleitung von Luft, Gasen oder Dämpfen bewirkt werden\ kann und wobei man das Material zweckmässig in Bewegung hält, unter rascher Ableitung der Destilla- tionsprodukte. Der Verschwelungsprozess wird vorzugsweise in langsamer Weise durchge führt, was den Eigenschaften des Erzeugnis ses sehr zugute kommt.
Sodann wird das ver- schwelte Material längere Zeit auf zirka 950 C geglüht, wobei man das Ansteigen der Temperatur auf diese Höhe mehr oder weniger rasch stattfinden lassen kann, je nach der Korngrösse des Materials; bei klei neren Körnern zum Beispiel kann man die Temperatur schneller ansteigen lassen als bei grösseren. Das Glühen wird unter Luftab- schluss und ohne Gaseinleitung vorgenommen und bezweckt die Erhöhung des Volum- gewichtes, der Dichte und der Härte der Kohle.
Darauf wird das Material fertig aktiviert, wobei nrtan in bekannter Weise verfahren kann, zum Beispiel unter Einleitung von Wasserdampf (überhitzt oder nicht überhitzt) und unter Zuhilfenahme von bekannten Vor richtungen, wie zum Beispiel in einem Dreh ofen. Vorzugsweise werden die Verschwe- lung, das Glühen und die Aktivierung in einem einzigen Vorgang und in kontinuier licher Weise nacheinander und unter steter Bewegung des Materials durchgeführt. Um eine sehr harte Kohle zu erzielen, ist es sehr wichtig, die Aktivierung langsam vorzuneh men.
Es hat sich gezeigt, dass zur Erzeugung einer Gasadsorptionskohle eine mehrstündige Aktivierung mit ganz wenig Wasserdampf sehr geeignet ist, wobei man in einem Dreh ofen mit einer Drehgeschwindigkeit von un gefähr vier Touren in der Minute verfahren kann. Bezweckt man dagegen die Erzeugung einer gut entfärbenden Kohle, dann ist eine Behandlung mit mehr Wasserdampf unter schnellerer Bewegung angebracht.
Nach vollendeter Aktivierung kann die Kohle zweckmässig extrahiert werden, zwecks Entfernung des anorganischen Zusatzes und der natürlichen Aschebestandteile des Aus gangsmaterials. Die Extraktion kann mit Wasser und den zu diesem Zwecke bekann ten Chemikalien, wie .Salzsäure, Laugen usw. vorgenommen werden.
Falls von einem voraktivierten Material ausgegangen wird, kann die nachträgliche Aktivierung abgekürzt werden und man kann sich zum Beispiel auf einen Glühvor- gang mit oder ohne Gasdurchleitung be schränken. Selbstverständlich kann auch in diesem Falle das Bindemittel seine aktivie rende Wirkung während des Glühens aus üben.
Wie oben gesagt, ermöglicht die vorlie gende Erfindung die Erzeugung von geform ter und gepresster hochaktiver Kohle mit so besonderen physikalischen Eigenschaften und hohem und allseitigen Adsorptionsvermögen, da.ss,dieselbe in bezug auf die bekannten Koh len als neues Erzeugnis zu betrachten ist. Diese hochwertigen Eigenschaften, wobei ganz besonders die ausserordentliche Härte der Kohle in den Vordergrund tritt, werden durch Innehaltung von bestimmten Bedingun gen und Massnahmen bei ihrer Erzeugung her vorgerufen.
Unter diesen Bedingungen sind insbesondere, unter Berücksichtigung des Obenerwähnten, zu nennen: Der Feinheits- grad und die Struktur des Ausgangsmate rials, der verhältnismässig hohe Zusatz von Bindemitteln, wie Teer usw., die besonderen Eigenschaften des Bindemittels, die homogene Mischung unter vollständiger Durchdringung derselben durch den anorganischen. Zusatz, der hohe Pressdruck, die beim Trocknungs- vorgang auftretende Oxydation und die Weise der Verschwelung,
Glühung und Ak tivierung.
Nachstehend werden einige wertvolle und. kennzeichnende Eigenschaften von Kohle- formlingen, wie sie nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt werden können, be schrieben.
Bei Ermittlung der Härte mittelst Sklero- skop nach dem Rückpallverfahren zeigte die in Zylinderform gepresste Kohle eine Härte von mehr als 10 Shores-Graden, zum Beispiel 10 bis 50 Grade und darüber. Zum Vergleich sei erwähnt, dass die bis jetzt im Handel be findlichen Kornkohlen, auf dieselbe Weise geprüft, nur eine Härte von ungefähr 5 Sho- res-Graden zeigen.
Zylindrische Einzelkörner von 4 mm Höhe und gleichem Durchmesser wiesen eine Bruchfestigkeit von ungefähr 200 bis 700 kg pro cm' und gelegentlich auch mehr zwischen Bleiplatten, auf.
Die Formlinge können entsprechend den Verwendungszwecken mit verschiedenem Li tergewicht, nämlich von ungefähr 200 bis 600 gr pro Liter hergestellt werden. Die Er findung ermöglicht also die Erzeugung von sehr dichten Kohlen, welche eine sehr vorzüg liche Adsorption pro Volumeneinheit im Ver hältnis zu der Adsorption pro Gewichtsein heit besitzen.; diese dichten Kohlen haben einen hohen Kohlenstoffgehalt.
Die Benetzungswärme, das heisst die Wärmeentwicklung, welche beim Zusammen bringen der Kohle mit einer Flüssigkeit ent steht, ist hoch und beträgt zum Beispiel für Benzol ungefähr 30 bis 40 Kalorien und dar über.
Nach dem vorliegenden Verfahren kann eine Kohle hergestellt werden, welche sich ganz vorzüglich für jede Art der Gasadsorp- tion eignet, zum Hervorrufen, Beschleunigen, Verhindern oder sonstigen Beeinflussen von Reaktionen, zum Trennen bezw. Vermischen verschiedener Körper, unter anderem für Verwendung in Gasmasken, für Abtrennung von Bestandteilen aus Gasgemischen, um Verunreinigungen, wie auch Dämpfe, Nebel oder suspendierte Stoffe abzuscheiden, um zum Beispiel Luft oder andere Gase zu trock nen, um Gase für katalytische Zwecke zu ent stauben und zu reinigen und aus ihnen kata- lytische Gifte,
sogenannte Kontaktgifte und dergleichen zu entfernen, um Gasolin aus Erdgasen, henzoi aus Leuchtgas und andern Gasgemischen, zum Beispiel aus Industrie abgasen, zu gewinnen. bie kann zur Gewin nung flüchtiger Lösungsmittel, zur Abschei- dung von Schwefelwasserstoff, zum Aufspei - chern von Gasen in Druckbehältern, zur Va kuumerzeugung und zur Ausführung von katalytischen Reaktionen verwendet werden.
Ebenso hervorragend ist die neue Kohle für Anwendung auf Flüssigkeiten, wie zu Entfärbungs- und sonstigen Reinigungs-, ein schliesslich Sterilisierungs- und Eiltrations- zwecken. Die Kohleformlinge besitzen eine derartig ausgebildete Kapillarität, dass jede Adsorptionswirkung, sowohl auf Flüssigkei ten als auf Gase, sich bis zum Kern der Kohlestücke abspielen kann.
Übrigens kann man, wie oben gesagt, die Verhältnisse bei der Herstellung derart regeln, dass entweder eine Kohle für Gasadsorptionszwecke, oder eine besonders für Anwendung auf Flüssig keiten geeignete Kohle erhalten wird oder für beide Zwecke.
Die grosse Härte der Kohleformlinge macht dieselben sehr widerstandsfähig gegen alle mechanischen Einflüsse, so dass die ein zelnen Stücke beim Gebrauch nicht verpul vern oder sonstwie wesentlich verschleissen. So leisten die Formlinge auch einen sehr gro ssen Widerstand gegen das Abreiben.
Auch ist die Kohle vollständig wiederbelebbar, wo bei sowohl die Austreibung der adsorbierten Gase durch Ausdämpfen oder sonstige Vor gänge, als die eigentliche Wiederbelebung durch Ausglühen oder durch Behandlung mit geeigneten Chemikalien (Säuren, Laugen, Ogydations- oder Reduktionsmitteln) oder Gasen ins Auge gefasst wird. Die Kohle weist eine sehr grosse Beständigkeit gegen alle chemischen Einwirkungen auf, wie zum Beispiel Erhitzung mit konzentrierter Schwe felsäure, oder mit einem Gemisch von Schwe felsäure und Kaliunisulfat, oder mit Schwe fel usw.
Die Kohle findet zweckmässig Anwen dung in Kolonnenapparaten und Filtern, nicht nur zur Gasadsorption, sondern auch zur Filtration (Entfärbung, Sterilisierung usw. von Flüssigkeiten).
So wurde gefunden, dass bei Anwendung in den üblichen Knochenkohlefiltern das Entfärbungsvermögen auf Zuckerlösungen besser als dasjenige der Knochenkohle ist, wobei man noch den Vorteil hat, dass die neue Kohle öfter als Knochenkohle ein gehend und äusserst bequem wiederbelebt werden kann.
Eine andere Anwendung ist die Trink wasserreinigung einschliesslich Sterilisierung und Chlorentfernung im Falle der Verbin dung mit dem Chlorverfahren.
Infolge der ausserordentlichen Härte der Erzeugnisse gemäss- der Erfindung erscheint diese letztere auch anwendbar für die Her stellung von Formlingen für technische Zwecke, wie zum Beispiel für elektrotech nische Zwecke.
Process for making a hard, shaped, active carbon. The present invention relates to a process for the production of active, in particular highly active charcoal moldings, which for the purposes of the invention is to be understood as meaning any shaped and agglomerated charcoal, in granular, lumpy or any other form in contrast to powdery form.
According to the present process, moldings can be produced which differ from known products of this type in that they are extraordinarily hard and have a very high resistance to all mechanical and chemical influences, neither break apart during use nor disintegrate into powder, and which do not are significantly worn out, are very easy to revive and have a very significant adsorption capacity, which they can use for any type of gas adsorption,
as well as making it suitable for decolorizing and other cleaning of liquids.
Processes for the production of grains or other briquettes from active charcoal have already been proposed several times, but apart from the fact that these processes are only described in general or indefinitely and do not enable the person skilled in the art to carry out a specific and technically feasible process , it had not yet been possible in technology to produce shaped coals with such a stamped and all-round activity, along with such great hardness and resistance.
According to the present invention, a hard, shaped, active charcoal is obtained by homogeneously mixing finely divided, charred material with an organic binder containing a small amount of inorganic substance, shaping it under pressure, drying, charring, glowing and gas exposure activated.
The method according to the invention can be carried out as follows: Any desired charred material, for example a completely formed coal, is used as a starting point. Charcoal, such as birch, beech or fir charcoal, has proven to be suitable, as have charred fruit kernels or shells, e.g. B. shell coconut. But it can also use other suitable coal, such as peat coal, or carbon or carbon. Carbonization products of organic substances of all kinds, such as finished coals such as lignite, hard coal, anthracite, can be used directly or after further carbonization for the present process.
If necessary, it is also possible to assume a previously activated charcoal or charring products that have been produced by the action of charring and dehydrating chemicals.
The starting material is used in finely divided form, for example in a ground state or in a directly finely divided form (sulphite coal, coal obtained from gases, etc.); The starting material with a grain size of the fine particles of 1 to 10 μm is expediently used, the main mass, for example, having a fineness of 2 to 5 μm. Under these circumstances, the Brownian movement can already be present in part of the ground product.
However, especially when the production of a shaped charcoal for decolorization or other treatment of liquids is intended, it may be advisable not to grind the starting material too finely in order to obtain moldings with a coarser internal capillarity.
An example of a suitable organic binder that already contains the required inorganic substance is sulphite waste liquor, which can easily be mixed homogeneously with the finely divided coal or with the other finely divided carbon-containing starting material.
In another embodiment of the invention, the use of types of tar as an organic binder has proven to be very suitable. In particular, wood tar and similar tars obtained from plants, the black tar produced below 450 ° C., hardwood tar, coniferous tar (settling tar, separating tar, blister tar, mixed tar) come into consideration. For example, the tar is mixed with the charcoal in a ratio of 30 to 40% tar on GO to 70% charcoal. So-called oxidized (e.g.
B. be treated with air) tar or the petrol-soluble and benzene-insoluble fraction of the tar (pitch components) apply.
In this latter case, the binder is incorporated in a relatively small amount of anorga African substances before it is mixed with the coal, substances which ent neither are soluble in the binder, or their solutions are miscible with the binders, respectively. with which the binder can be impregnated or emulsified. The addition (or presence) of these substances aims, among other things, to achieve an activation that is effective right down to the core, whereas in the absence of these substances, only superficial activation would occur. This is considered essential for the production of hard products.
As inorganic substances, those generally come into consideration which in and of themselves can exert an activating effect on the coal; For example, caustic soda was found to be suitable in conjunction with tar, but many other hydroxides, as well as salts and acids, can exert the same effect, such as carbonates, bicarbonates, sulfates, bisulfates, zinc or other chlorides, Sulphides, sulphites, salts of organic compounds, phosphoric acid, etc.
Other organic binders are high-molecular hydrocarbon mixtures, carbohydrates, molasses, starch syrup, proteins, resins, glue or substances which wood, cellulose etc. are able to dissolve or decompose, for example those used in the rayon industry, and all other binders which are used for metallurgical, electrical, chemical or other purposes. As binders, it is expedient to use such organic substances which shrink when they are charred. If active charcoal is used as the starting material, this is particularly favorable, since the activated charcoal does not change its volume or changes its volume only slightly when it is glowing.
The preceding activation of the material to be agglomerated can under certain circumstances be very advantageous in terms of achieving a very highly activated product, but in the practical use of previously activated carbon one encounters certain inconveniences. It has been found that, as a result of the greater porusity of the activated carbon, the required amount of organic binder must be greater, since the pores of the activated carbon absorb a large amount of binder.
In this way, however, the success of the activation is partially destroyed and one has to remove a larger amount of the organic binder again after the agglomeration by subsequent annealing or activation, in which case carbon substance is lost, in order to produce an activation product with sufficient porosity to achieve.
Another point that has proven to be very important in practice. is the generation of a certain Ka pillarity inside the coal moldings. The more or less large-pored capillarity of the activated carbon respectively. The charcoal molds mainly determines the adsorbing properties of the product and depending on whether you want to manufacture moldings for gas adsorption or for treating liquids, it is advisable to choose the pore size in connection with the intended uses of the charcoal.
By adding small amounts of inorganic substance, which has an emulsifying or activating effect, it is possible to determine the degree of capillarity in the moldings. The fact that these inorganic substances can be washed out of the finished product increases the porosity of the moldings. Likewise, the correct choice of organic binders or other additives can change the porosity and capillarity as required.
So, if one starts from a previously activated material, the finely ground or sufficiently fine particles of the same can first be impregnated with a substance that can be extracted, leached, washed out or in any other way after activation Can remove the product, or which is volatilized during the annealing or activation process or converted into easily removable compounds. These substances can be completely indifferent, or they can have some kind of activating effect.
The carbon particles impregnated in this way are then mixed with an organic binder, the adsorption of this binder in the inner pores of the carbon particles then being wholly or partially prevented. In this way you can get by with less binding agent and the success of the previous activation is not destroyed because after removal or volatilization of the agent, the charcoal regains its activity. If necessary, one can start from a product that is only partially activated, with the components remaining in the material playing the role of the filler.
For the impregnation of the coal to be agglomerated, it is also possible to use the inorganic substances which are added for the purpose of emulsifying or homogenizing the binding agent.
The following can be selected as impregnating agents: liquids that volatilize during heating, solutions of inorganic or organic salts, acids or alkalis, such as chlorides, sulfates, acetates, sulfides, phosphoric acid, acetic acid, sodium hydroxide, ammonium salts, alcohols etc., all chemicals that can have an activating effect on the material and, in general, all suitable substances that can contribute to it; to avoid the clogging of the pores already present in the coal or to be shaped or shaped by the addition of tar or the like, for example.
The mixture is suitably mixed using a mixing machine until it is as homogeneous as possible. and, if necessary, at an elevated temperature.
The mixture is followed by pressing, where in order to achieve considerable hardness it is advisable to use very high pressures and, if necessary, also increased temperature. In the production of gas adsorption carbon, pressures of 300 atm. and higher are used, while it may be appropriate for decolorizing carbons. less hard to press. After all, the temperature during pressing is not set so high that the required high working pressure cannot be maintained.
According to one embodiment of the process, the moldings are produced using an extruder, which can produce solid spheres or cylinders, smooth or corrugated tubes, which the latter can be cut to a length equal to the diameter of the tube to make rings, for example similar to Raschig rings to produce. When producing grains, it is expedient to give them a size of 2 to 5 mm. Of course, pressed bodies of other shapes adapted to a specific purpose can also be produced.
One advantage of the invention is that the shape obtained during pressing already represents the use shape, which makes further processing very economical.
The molded compacts are then subjected to a drying process. The drying is preferably carried out under oxidizing conditions, for example by means of hot air, which is passed through until it hardens. The hardening process is promoted by oxidation. If necessary, catalytic substances, such as siccatives, can be incorporated into the binding agent to accelerate the oxidation.
The dried moldings are then subjected to an annealing and activation process. First of all, fusion takes place at around 500 C, which can be brought about with or without the introduction of air, gases or vapors and where the material is expediently kept in motion, with the distillation products being rapidly removed. The charring process is preferably carried out slowly, which greatly benefits the properties of the product.
The smoldered material is then annealed for a long time to about 950 ° C., whereby the temperature can rise to this level more or less quickly, depending on the grain size of the material; With smaller grains, for example, you can let the temperature rise faster than with larger ones. The annealing is carried out with the exclusion of air and without the introduction of gas and aims to increase the volume weight, the density and the hardness of the coal.
The material is then fully activated, and nrtan can proceed in a known manner, for example by introducing steam (overheated or not overheated) and with the aid of known devices, such as in a rotary oven. The fusion, annealing and activation are preferably carried out in a single process and in a continuous manner one after the other and with constant movement of the material. In order to achieve a very hard coal, it is very important to make the activation slowly.
It has been shown that activation for several hours with very little water vapor is very suitable for generating a gas adsorption carbon, it being possible to move in a rotary oven at a rotational speed of approximately four tours per minute. If, on the other hand, the aim is to produce charcoal that decolorizes well, then treatment with more steam with faster movement is appropriate.
After activation is complete, the charcoal can conveniently be extracted to remove the inorganic additive and the natural ash components of the starting material. The extraction can be carried out with water and chemicals known for this purpose, such as hydrochloric acid, alkalis, etc.
If a pre-activated material is assumed, the subsequent activation can be shortened and one can, for example, limit oneself to an annealing process with or without gas passage. Of course, in this case too, the binding agent can exert its activating effect during the annealing.
As stated above, the present invention enables the production of shaped and pressed highly active coal with such special physical properties and high and all-round adsorption capacity that the same is to be regarded as a new product with respect to the known coals. These high-quality properties, with the extraordinary hardness of the coal coming to the fore, are brought about by observing certain conditions and measures in their production.
Under these conditions, the following should be mentioned in particular, taking into account the above: the degree of fineness and the structure of the starting material, the relatively high addition of binders such as tar, etc., the special properties of the binder, the homogeneous mixture with complete penetration of the same through the inorganic. Addition, the high pressure, the oxidation occurring during the drying process and the way of smoldering,
Annealing and activation.
Below are some valuable and. characteristic properties of charcoal moldings, as they can be produced by the present process, be written.
When the hardness was determined by means of a scleroscope using the rebound method, the carbon pressed in the form of a cylinder showed a hardness of more than 10 Shores degrees, for example 10 to 50 degrees and above. For comparison, it should be mentioned that the grain coals that have been commercially available up to now, tested in the same way, only show a hardness of approximately 5 Shores degrees.
Cylindrical single grains 4 mm high and of the same diameter had a breaking strength of approximately 200 to 700 kg per cm 'and occasionally even more between lead plates.
The moldings can be produced according to the intended use with a different weight of Li, namely from about 200 to 600 gr per liter. The invention thus enables the production of very dense coals, which have a very excellent adsorption per unit volume in relation to the adsorption per unit weight. these dense coals have a high carbon content.
The heat of wetting, i.e. the heat generated when the coal is brought together with a liquid, is high and amounts to around 30 to 40 calories and more for benzene, for example.
According to the present process, a coal can be produced which is particularly suitable for any type of gas adsorption, for inducing, accelerating, preventing or otherwise influencing reactions, for separating or. Mixing of different bodies, including for use in gas masks, to separate components from gas mixtures in order to separate out impurities such as vapors, mist or suspended substances, for example to dry air or other gases in order to remove dust for catalytic purposes and to purify and from them catalytic poisons,
to remove so-called contact poisons and the like in order to obtain gasoline from natural gases, henzoi from luminous gas and other gas mixtures, for example from industrial gases. bie can be used to obtain volatile solvents, to separate hydrogen sulphide, to store gases in pressure vessels, to generate vacuum and to carry out catalytic reactions.
The new carbon is just as excellent for use on liquids, such as for decolorization and other cleaning purposes, including sterilization and filtration purposes. The charcoal moldings have a capillarity designed in such a way that any adsorption effect, both on liquids and on gases, can take place right up to the core of the coal pieces.
Incidentally, as stated above, the production conditions can be regulated in such a way that either a carbon for gas adsorption purposes or a carbon which is particularly suitable for application to liquids is obtained, or for both purposes.
The great hardness of the carbon moldings makes them very resistant to all mechanical influences, so that the individual pieces do not powder or otherwise wear out significantly during use. The briquettes thus also offer very high resistance to abrasion.
The coal can also be completely revitalized, whereby the expulsion of the adsorbed gases through steaming or other processes, as well as the actual revitalization through annealing or treatment with suitable chemicals (acids, alkalis, oxidizing or reducing agents) or gases is considered . The coal shows a very high resistance to all chemical influences, such as heating with concentrated sulfuric acid, or with a mixture of sulfuric acid and potassium sulfate, or with sulfur, etc.
The charcoal is expediently used in column apparatus and filters, not only for gas adsorption, but also for filtration (decolorization, sterilization, etc. of liquids).
It was found that when used in the usual bone charcoal filters, the decolorization ability on sugar solutions is better than that of the bone charcoal, with the advantage that the new charcoal can be revived more often than bone charcoal.
Another application is drinking water purification including sterilization and chlorine removal in the case of connection with the chlorine process.
As a result of the extraordinary hardness of the products according to the invention, the latter also appears to be applicable for the manufacture of moldings for technical purposes, for example for electrotechnical purposes.