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Verfahren zur Herstellung von praktisch aschefreier Aktivkohle Bei
den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von aktiver Kohle aus kohlenstoffhaltigen
Stoffen wird in der Weise verfahren, daß der Ausgangsstoff, gegebenenfalls unter
Zusatz gewisser aktivierend wirkender Stoffe, wie Zinkchlorid oder Phosphorsäure,
bei hoher Temperatur verkohlt wird, wobei er häufig gleichzeitig der Einwirkung
aktivierend wirkender Gase, wie Wasserdampf, Kohlensäure, Chlor usw., ausgesetzt
wird. Hierauf wird das erhaltene .Produkt durch geeignete Behandlung, z. B. Auswaschen
mit Salzsäure, von seinen Aschebestandteilen und gegebenenfalls von den anfänglich
zugesetzten Mineralstoffen befreit.
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Bei Versuchen, diese Arbeitsweise auf Braunkohle als Ausgangsmaterial
anzuwenden, hat sich nun gezeigt, daß dabei eine aktive Kohle von verhältnismäßig
schlechter Adsorptionsfähigkeit gewonnen wird. Des weiteren ist das bekannte Verfahren
an sich insofern umständlich, als es einerseits große Mengen von Waschwasser zur
Entfernung der an der Aktivkohle haftenden letzten Reste Salzsäure erfordert und
andererseits die so entaschte Aktivkohle in einem zweiten Erhitzungsprozeß einer
Nachaktivierung unterworfen werden muß.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, aus Braunkohle bzw. Braunkohlenstaub
in einem einzigen Erhitzungsprozeß hochaktive Kohle zu gewinnen. Dies wird dadurch
erreicht, daß man den größten Teil der Asche bereits der Braunkohle selbst durch
Auswaschen mit Salzsäure entzieht und die entaschte Braunkohle hierauf bei hoher
Temperatur verschwelt. Zweckmäßig erfolgt die Verschwelung in Gegenwart eines aktivierend
wirkenden Gases.
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Es ist bekannt, Adsorptionskohle dadurch herzustellen, daß man kohlenstoffhaltige
Materialien feinst pulverisiert, auflöst, unter Druck mit konzentrierten Chlor-Zink-Lösungen
behandelt und dann mit Hilfe geringer Mengen Salzsäure oder Schwefelsäure hydrolysiert.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um ganz geringe Salzsäurezusätze, die stets
in Verbindung mit Chlor-Zink-Lösungen zur Anwendung kommen und nur den Zweck haben,
die Hydrolyse zu verbessern. Erfindungsgemäß gelangt jedoch die Salzsäure allein
zur Verwendung, und zwar in ausreichender Menge, um den völlig anders gearteten
Verfahrenszweck, nämlich das Herauslösen der Mineralbestandteile, zu erreichen.
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Man hat auch schon feinst verteilte Kohle mit einer Mischung von Schwefel-
und Salzsäure behandelt, um die in der Kohle enthaltenen metallischen Verbindungen
in lösliche Salze und Sulfate überzuführen. Die Kohle muß dann gewaschen, mit Salpetersäure
behandelt, abermals gewaschen und mit Flußsäure behandelt und nochmals gewaschen
werden. Aktiviert wurde die so behandelte
Kohle nicht, es handelte
sich vielmehr lediglich -üü1`ie Gewinnung von Ruß als Pigment. Eine Verwendung von
Schwefelsäure öder arideretl' Säüref als Salzsäure: ist für die Durchführung des
erfindungs-,»'.' gemäßen Verfahrens völlig ungeeignet, d" die Entstehung schwer
löslicher Salze deri@ Reinigungsvorgang außerordentlich erschweren würde. Erfindungsgemäß
wird vielmehr die Braunkohle allein mit Salzsäure einmal ausgewaschen und nachher
aktiviert. Das so erhaltene Produkt stellt eine gebrauchsfertige hochaktive Kohle
dar.
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Zum Zwecke der Erzeugung von Holzkohle hat man ferner vorgeschlagen,
pflanzliche Rohmaterialien, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Säuren, von mineralischen
Bestandteilen zu befreien und dann unter Luftabschluß zu verkohlen. Bei dieser Arbeitsweise
wird jedoch kein Produkt von aktiven Eigenschaften gewonnen. Es entsteht vielmehr
eine zwar. zur Pulvererzeugüng verwendbare, zu Absorptionszwecken jedoch völlig
ungeeignete Holzkohle. Auch die -Übertragung dieses Verfahrens auf Braunkohle würde
nur ein Produkt von ganz denselben Eigenschaften liefern, das als Halbkoks angesprochen
werden müßte.
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Demgegenüber ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß nicht
irgendwelche pflanzlichen . Stoffe, sondern ausschließlich Braunkohle und Braunkohlenstaub
Verwendung finden und daß nach der Entaschung eine Aktivierung der Braunkohle vorgenommen
wird. Dabei ist es sowohl für die Herstellungskosten wie auch für die Erzielung
einer hochwertigen Aktivkohle als Endprodukt von ausschlaggebender Bedeutung, daß
die Aktivierung an einer schon aschefreien Braunkohle vorgenommen wird. .
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Demgemäß stehen auch diejenigen bekannten Verfahren in keinerlei Zusammenhang
mit der Erfindung, nach denen aus Braunkohlenasche 4zw. aus verschwelter .Braunkohle
oder Braunkohlenkoks bestehende aktive Massen .durch Entfernung der Aschebestandteile
auf chemischem Wege verbessert werden. Dort handelt es sich nämlich nicht um die
Herstellung aktiver Stoffe durch Entaschen der Braunkohle im natürlichen Zustand
und das Aktivieren dieser entaschten Braunkohle, sondern um die auf eine Entaschung
hinzielende Behandlung eines bereits der Verbrennung unterworfenen Materials. Dieser
vorangegangene Verbrennungsprozeß hat die Aschebestandteile in einen Zustand übergeführt,
der ihre Entfernung durch Salzsäure außerordentlich erschwert und unwirtschaftlich
macht. Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Verwendung natürlicher Braunkohle als
Ausgangsmaterial für die Entaschung den Vorteil, daß die" Entfernung der Aschebestandteile
durch Salzsäure außerordentlich leicht 'and, in wirtschaftlicher Weise erfolgen
kann. Beispiel i Rohbraunkohle, am besten Braunkohlenstaub, wird mit der Hälfte
ihres Gewichts konzentrierter Salzsäure innig vermischt. Nach mehreren Stunden wird
der Braunkohlenteig, eventuell nach Zusatz von Wasser, auf der Nutsche abgesaugt
und mit Wasser bis zum Verschwinden der Chlorreaktion gewaschen. Hierdurch geht
der Aschegehalt von 4,10'/, auf 0,45'/,) zurück. Die getrocknete, entaschte Braunkohle
wird hierauf; am zweckmäßigsten in dünner Schicht ausgebreitet, einer Temperatur
von 8oo° C ausgesetzt, wobei gleichzeitig überhitzter Wasserdampf über die Kohle
streicht. Die Dauer dieser . Behandlung richtet sich bei gegebenen. Bedingungen
nach der gewünschten Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle. Es wurde gefunden, daß
die Adsorptionswirkung dann am besten ist, wenn anfallende Menge: aktiver Kohle
15 bis 2o'/" der angewandten Braunkohle ausmacht. Eine so hergestellte Kohle zeigt
folgende Adsorptionswirkungen a) I g Kohle adsorbierte aus ioo ccm einer
n/io Jodlösung 1,2 g Jod, #d. h. i2o °/o ihres Eigengewichts.
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b) Zur völligen Entfärbung von i oo ccm einer o;i5oIoigen Methylenblaulösung
waren o,$5 g Kohle erforderlich.
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c) o,2 g Kohle entfärbten eine gegebene Melasselösung zu 72'1" während
eine hochwertige Spezialkohle des Handels unter gleichen Verhältnissen Zu 6o'/,
entfärbte.
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Nach diesem Verfahren entsteht eine absolut neutrale Aktivkohle. In
einzelnen Fällen kann es erwünscht sein, daß die Kohle eine schwach saure Reaktion
erhält. Es hat sich gezeigt, daß durch Hinzufügung, von sehr geringen Mengen einer
schwer flüchtigen Säure, wie Phosphorsäure, diese Möglichkeit willkürlich verwirklicht
-werden kann.
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. Es ist auch bekannt, daß das Verbleiben selbst geringster Spüren
von Eisenoxyd in der aktiven Kohle schädlich und unerwünscht ist. Derartige Spuren
von Eisenoxyd können in der aktiven Kohle in einer :solchen Form vorhanden sein,
daß sie zwar nicht mit Salzsäure, wohl aber mit organischen hydroxydhaltigen Verbindungen
reagieren können. Derartige Kohlen geben z. B. beim Schütteln mit Oxalsäurelösung
auch in Salzsäure unlösliches Eisen an die Lösung ab. Es wurde nun gefunden, daß
bei sorgfältigster Absättigung derartiger Spuren von Eisen durch schwer flüchtige
Säuren, z. B. Phosphorsäure,
diese Nachteile vermieden werden. Wenn
nämlich durch die Salzsäurebehandlung die basischen Oxyde, insbesondere Eisenoxyd,
nicht quantitativ entfernt wurden, so kann erfindungsgemäß aktive Kohle aus entaschter
Braunkohle dadurch hergestellt werden, daß der entaschten Braunkohle vor der Verschwelung
geringe Mengen schwer flüchtiger Säuren, z. B. Phosphorsäure, zugesetzt werden,
und zwar vorteilhaft in solchen Mengen, daß das noch vorhandene Eisenoxvd zu der
zugesetzten Phosphorsäure ungefähr in dein durch die chemische Formel bedingten
Mengenverhältnis Fe=Og : P=05 steht.
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Beispiel z , Bei einer nicht völlig entaschten Braunkohle mit einem
Aschegehalt von 0,7511" bestand diese Asche aus 0,450f, Si O. und 0,300/"
Fee 0s. Diese Braunkohle lieferte beim Verschwelen im Wasserdampfstrom bei 8oo°
C eine Aktivkohle, die Melasselösung nur zu 31°f0 entfärbte. Setzte man aber der
Braunkohle vor dem Verschwelen o,:260/, P,0, in Form von Phosphorsäure zu, dann
entstand unter gleichen Herstellungsbedingungen eine Aktivkohle mit dem Melassenentfärbungsvermögen
von 73"1".
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Aus der nachstehenden Tabelle gehen die großen Vorzüge des erfindungsgemäßen
Verfahrens gegenüber den bisher üblichen Verfahren deutlich hervor. Bei den der
Tabelle zugrunde liegenden Versuchen wurde stets das gleiche Ausgangsmaterial, nämlich
eine Rohbraunkohle aus der Grube Fortuna bei Köln verwendet.
| Vorentaschte Kohle Nachentaschte K,ihle Nicht entaschte Kohle |
| Absorptionsvermögen gegen Jod 1a0 o/o foo o,'o 110 |
| Entfernbare Asche bis zu 3°J0 bis zu 40" ' a5° o und mehr |
| Eisengehalt unter o, i °M etwa 10;`o etwa 5 ° `" ' |
| Waschwasserverbrauch 0,5 cbm/foo kg 6 cbm 'foo kg - |
| p11-Wert neutral schwach alkal. stark alkal. |
| Anwendungsgebiet prakt. unbegrenzt kleiner begrenzt |
| Einstellbarkeit für verschiedene mög'ich weniger gut möglich
nicht möglich |
| Verwendungszwecke |
| Verhalten gegen schwach alkal. unverändert abnehmend merklich
zunehmend |
| Zuckersäfte Alka:ität |