CN103626174A - 一种用粉煤灰或炉渣灰制备煤质活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用粉煤灰或/和炉渣灰制备煤质活性炭的方法，本发明采用浮选药剂浮选的方法，浮选粉煤灰和炉渣灰中的固体炭，并把固定炭进行进行活化而成，本发明能从粉煤灰或炉渣资源中获取高技术含量的活性炭产品，工艺流程简单，节省能源，生产成本低。同时，能使劣质粉煤灰和炉渣灰，变成优质的粉煤灰和炉渣灰产品，可广泛用做水泥、混凝土、砂浆的掺和料、墙体建筑材料和硅酸盐制品的优质原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备煤质活性炭的方法，具体涉及一种从粉煤灰或炉渣灰中制备煤质活性炭的方法。
背景技术
煤质活性炭是一种具有特殊微晶结构、孔隙发达、比表面积巨大、吸附能力强的功能性碳材料。已广泛应用于给水、污水处理、空气净化等的环保工程领域。同时，煤质活性炭作为优良的吸附剂、催化剂和催化剂载体，也在制糖、医药、食品、化工、国防、农业以及人们的衣食住行中得以最广泛的应用。
传统的煤质活性炭是由精选的优质无烟煤，经煤粉制备、炭化处理、活化处理等多种工序，制成优质的活性炭产品。传统的煤质活性炭的制造工艺要求煤质质量好，工序复杂、能耗高，浪费资源和能源。
以煤为原料生产的活性炭由于原料来源广泛、品种多、价格相对低廉，因而在活性炭总生产量中所占比重不断增多，进入20世纪80年代后，煤质活性炭年产量约占到世界活性炭年总产量的2/3，是目前乃至可以预见的将来活性炭行业发展最快的领域，也是应用范围最广、最具前景的活性炭产品种类。
随着世界经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，防止环境污染、净化人类生存环境日益受到重视，而活性炭的使用是达到其目标的强有力手段之一，且其用量在近20年来以每年约3%-5%的速度递增。
粉煤灰和炉渣灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万t。随着电力工业的发展，燃煤供热电厂炉渣的排放量逐年增加，截至2000年，炉渣的排出量已超过1.1亿t，占地30多万亩，炉渣的处理和利用问题引起了人们的广泛注意。
粉煤灰是燃煤电厂的锅炉，煤燃烧所产生的烟气中的细灰，80～300目。粉煤灰大部分是球状，表面光滑的细小颗粒，比重1.8～2.4，容重：650～880kg／m3，88um孔筛余量：10～30％，标稠水量：24～70％，比表面积为2000～4000cm2／g。一般粉煤灰的化学成分为：SiO2，40％～60％、Al2O3，15％～40％、Fe2O3，4％～20％、CaO，2％～10％、MgO，0.5～4％、SO3，0.1～2％。粉煤灰中主要物料是玻璃体，占50～80％；所含晶体矿物主要有：莫来石、α—石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等。此外还有少量未燃炭。粉煤灰在我国每年排出量很大(一般燃用1吨煤约产生250～300公斤粉煤灰)，如不处理，则会造成大气粉尘污染，排入河湖等水体也会造成水污染。
炉渣灰是从工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣(主要以燃煤火力发电厂、化肥厂造气炉及北方地区民用锅炉等)煤渣的化学成分为SiO2，40％～50％、Al2O3，30％～35％、Fe2O3，4％～20％、CaO，1％～5％。其矿物组成主要有：钙长石、石英、莫来石、磁铁矿和黄铁矿、大量含硅玻璃体(Al2O3·2SiO2)、和活性SiO2、活性Al2O3以及少量的未燃煤等。目前该类废渣在我国分布很广，利用量远没有排出量大，弃置堆积时还可放出含硫气体污染大气及危害环境。
粉煤灰和炉渣灰都是在高温流态化条件下形成，其物理组成除含有大量的玻璃微珠、海绵状玻璃体外，还含有未燃尽的煤质碳粒。其煤质碳粒中的含碳量按电厂炉型和原煤不同而不同，一般我国2007年建设的燃煤电厂和热电厂排放的粉煤灰和炉渣灰，含碳量较高，大约在8%-23%左右，在2007年后建设的燃煤电厂排放的粉煤灰和炉渣灰，含碳量较低，大约在3%-10%左右。
粉煤灰和炉渣灰中所含的煤质碳粒，影响的粉煤灰和炉渣灰的活性，对水泥、混凝土、砂浆的掺和料、墙体建筑材料和硅酸盐制品的质量，起着决定性的影响，为此，国家对应用于水泥、混凝土、砂浆的掺和料的粉煤灰和炉渣灰质量有着严格的控制标准，对于一般级别的粉煤灰和炉渣灰严禁使用。
因此，对含炭量高的粉煤灰和炉渣灰进行提取固定炭处理，能使劣质粉煤灰和炉渣灰变成优质粉煤灰和炉渣灰，广泛用做水泥、混凝土、砂浆的掺和料、墙体建筑材料和硅酸盐制品的原料。
另外，粉煤灰和炉渣灰中的固定炭，由于是在高温流态化条件下形成的，与传统煤质活性炭的炭化生产工序条件基本相当，其固定炭中的焦油、硫化物、挥发酚等挥发物质都已在高温中去除，具备了完全的炭化状态，为此，加以活化就可制成高技术含量的活性炭产品。故，本发明技术，不仅能使劣质粉煤灰和炉渣灰变成优质的粉煤灰和炉渣灰，也能从中获取高技术含量的活性炭产品，节约能源，废物资源利用，是典型的废弃物利用、节能减排和循环经济利用技术，具有较好的经济效益和一定的社会效益，在能源和资源紧缺的今天具有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用粉煤灰或/和炉渣灰制备煤质活性炭的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明是通过以下技术方案，采用以下步骤实现的：
(1) 将含碳量大于5%的炉渣，用链式提升机送至雷蒙粉磨机或球磨机，粉磨至80～300目，成炉渣灰，用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(2) 将含碳量大于3%的80～300目粉煤灰，用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(3) 在矿浆准备器中，将80～300目的粉煤灰或炉渣灰，用水调至成10～30%浓度的灰浆，与浮选药剂混合，搅拌均匀；
(4) 经渣浆泵送入真空高效浮选机中，浮选，在真空浮选机的真空力作用下，浮选药剂中发泡剂产生大量气泡，气泡在上升至液面的过程中将吸附油的固定炭粒子带到液面形成泡沫层，使其固定炭与灰浆分离；
(5) 分离的固定炭经净水洗净，经过滤机脱水，用皮带输送机或螺旋输送机传送至高压活化设备，利用100—300℃以上水蒸气在高温高压条件下与碳发生的氧化还原反应，对固定炭粉进行预活化处理，成使之达到灰分小于10%、碘吸附值达大于900mg/g，亚甲蓝吸附值达大于150mg/g，四氯化碳吸附率大于50%的煤质活性炭粉；
(6)将预活化处理的活性炭粉，与浓氯化锌溶液（或磷酸溶液或氢氧化钾溶液）进行混合浸渍，用造粒机，制备成0.5-10mm碳颗粒，经红外线或热辐射加热200-700℃烘干，利用氯化锌的脱水作用，使原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭，制成孔容积大于0.65cm3/g，比表面积大于800 m2/g，碘吸附值大于950mg/g，亚甲蓝吸附值达大于180mg/g，四氯化碳吸附率大于50%，堆重450-550g/L，强度90%，水溶物小于0.4%，灰分小于5%，水分小于5%的高品质煤质活性炭颗粒。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，将含碳量大于5%的炉渣，是指工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣，进行粉磨处理，粉磨的炉渣灰细度达到80～300目。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，将碳量大于3%的80～300目粉煤灰，是指燃煤电厂或热电厂的锅炉，煤燃烧所产生的烟气中的细灰，在去除1mm以上的大颗粒杂质后可直接使用。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，所述的提取固定炭方法，为浮选方法，所采用的浮选机为真空浮选机或具有浮选煤粉功能的传统浮选设备。所采用的浮选药剂为起泡捕收复合型煤炭浮选剂，具有良好的捕收能力和起泡稳定性。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，所述的预活化处理工序及技术方案，是气体活化法，采用的高压气体为水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等；采用的高压活化设备，是能够利用10Mpa，100—300℃以上高温高压水蒸气条件的具有搅拌功能，能使固定碳中的碳元素发生的氧化还原反应的高压容器设备。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，所述的活化处理工序及技术方案，是化学活化法，混合浸渍溶液主要为氯化锌溶液（KOH、NaOH溶液）等具有使活性炭材料的吸附表面结构发生改变，从而增加活性炭材料的物理吸附性能。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，所述的造粒机和红外线或热辐射烘干，是指具有用机械方法将经预活化处理、混合浸渍溶液粘合的活性炭粉制成0.5-10mm的碳颗粒机械设备，和利用电、气、蒸汽等能产生红外线辐射加热的热源设备。
本发明的提取粉煤灰或炉渣灰中固定炭，制备煤质活性炭的方法，全部设备可组成一条自动化生产线，全过程采用PLC或DCC控制，能够满足规模化生产。也可分成单台单套设备手动控制，满足小规模生产。
本发明的有益效果是：本发明能从粉煤灰或炉渣资源中获取高技术含量的活性炭产品，工艺流程简单，节省能源，生产成本低。同时，能使劣质粉煤灰和炉渣灰，变成优质的粉煤灰和炉渣灰产品，可广泛用做水泥、混凝土、砂浆的掺和料、墙体建筑材料和硅酸盐制品的优质原料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1） 将含碳量大于5%的炉渣，用链式提升机送至雷蒙粉磨机或球磨机，粉磨至80～300目，成炉渣灰，用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(2) 将含碳量大于3%的80～300目粉煤灰，去除1mm以上的大颗粒杂质后可直接使用，
用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(3) 在矿浆准备器中，将80～300目的粉煤灰或炉渣灰，用水调至成10～30%浓度的灰浆，与浮选药剂混合，搅拌均匀；所述的浮选药剂为起泡捕收复合型煤炭浮选剂
(4) 经渣浆泵送入真空高效浮选机中，浮选，在真空浮选机的真空力作用下，浮选药剂中发泡剂产生大量气泡，气泡在上升至液面的过程中将吸附油的固定炭粒子带到液面形成泡沫层，使其固定炭与灰浆分离；
(5) 分离的固定炭经净水洗净，经过滤机脱水，用皮带输送机或螺旋输送机传送至高压活化设备，利用100—300℃以上水蒸气在高温高压条件下与碳发生的氧化还原反应，对固定炭粉进行预活化处理，成使之达到灰分小于10%、碘吸附值达大于900mg/g，亚甲蓝吸附值达大于150mg/g，四氯化碳吸附率大于50%的煤质活性炭粉；
(6)将预活化处理的活性炭粉，与浓氯化锌溶液（或磷酸溶液或氢氧化钾溶液）进行混合浸渍，用造粒机，制备成0.5-10mm碳颗粒，经红外线或热辐射加热200-700℃烘干，利用氯化锌的脱水作用，使原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭，制成孔容积大于0.65cm3/g，比表面积大于800 m2/g，碘吸附值大于950mg/g，亚甲蓝吸附值达大于180mg/g，四氯化碳吸附率大于50%，堆重450-550g/L，强度90%，水溶物小于0.4%，灰分小于5%，水分小于5%的高品质煤质活性炭颗粒。
Claims (5)
1.一种用粉煤灰或/和炉渣灰制备煤质活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 将含碳量大于5%的炉渣，用链式提升机送至雷蒙粉磨机或球磨机，粉磨至80～300目，成炉渣灰，用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(2) 将含碳量大于3%的80～300目粉煤灰，用皮带输送机或螺旋输送机或风力输送机送至带有搅拌器的矿浆准备器；
(3) 在矿浆准备器中，将80～300目的粉煤灰或/和炉渣灰，用水调成10～30%浓度的灰浆，与浮选药剂混合，搅拌均匀；
(4) 经渣浆泵送入真空高效浮选机中，浮选，在真空浮选机的真空力作用下，浮选药剂中发泡剂产生大量气泡，气泡在上升至液面的过程中将吸附油的固定炭粒子带到液面形成泡沫层，使其固定炭与灰浆分离；
(5) 分离的固定炭经净水洗净，经过滤机脱水，用皮带输送机或螺旋输送机传送至高压活化设备，利用100—300℃以上水蒸气在高温高压条件下与碳发生的氧化还原反应，对固定炭粉进行预活化处理，成使之达到灰分小于10%、碘吸附值达大于900mg/g，亚甲蓝吸附值达大于150mg/g，四氯化碳吸附率大于50%的煤质活性炭粉；
(6)将预活化处理的活性炭粉，与浓氯化锌溶液或氢氧化钾或氢氧化钠溶液进行混合浸渍，用造粒机，制备成0.5-10mm碳颗粒，经红外线或热辐射加热200-700℃烘干，利用氯化锌的脱水作用，使原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭，制成孔容积大于0.65cm3/g，比表面积大于800 m2/g，碘吸附值大于950mg/g，亚甲蓝吸附值达大于180mg/g，四氯化碳吸附率大于50%，堆重450-550g/L，强度90%，水溶物小于0.4%，灰分小于5%，水分小于5%的煤质活性炭颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述炉渣，是指工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的粉煤灰，是指燃煤电厂或热电厂的锅炉，煤燃烧所产生的烟气在去除1mm以上的大颗粒杂质中的细灰。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所采用的高效浮选机为真空浮选机或具有浮选煤粉功能的传统浮选设备。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所采用的浮选药剂为起泡捕收型煤炭浮选剂。
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