RU2156731C1

RU2156731C1 - Method of production of activated carbon

Info

Publication number: RU2156731C1
Application number: RU99127238A
Authority: RU
Inventors: В.М. Мухин; Н.А. Зимин; И.Д. Зубова; А.Н. Тамамьян; М.Н. Таратун; А.Ф. Панченко; Г.И. Войлошников
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЗАРЯ"
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: chemical technology, sorbents. SUBSTANCE: invention relates to adsorption technology and can be used for production of activated carbon with improved indices of mechanical strength and adsorption capacity in treatment of water from hazard substances. Proposed method of production of activated carbon involves impregnation of resin binding agent with phosphoric acid taken in the amount 2.2-6.0 wt.-% at 69-95 C followed by mixing with coal dust, mixture granulation and the following their activation. Method ensures to increase the strength of obtained carbon up to 97% and adsorption capacity (by gold cyanides) and therefore it can be used in yield of gold, silver and platinum from solutions and pulps. EFFECT: improved method of production. 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области производства активных углей (а.у.) и может быть использовано для поглощения веществ из газов, паров и жидкостей. The invention relates to the field of production of activated carbons (a.u.) and can be used to absorb substances from gases, vapors and liquids.

Известен способ получения активных углей, включающий измельчение углеродсодержащего материала, смешение со связующим, грануляцию смеси, карбонизацию гранул до 550-650^oC со скоростью нагрева 20-25^oC/мин, активацию при 900-950^oC с последующим дроблением гранул до 0,5-1,5 мм (см. пат. РФ N 2023663 от 21.10.93, кл. C 01 B 31/08).A known method of producing activated carbons, including grinding a carbon-containing material, mixing with a binder, granulating the mixture, carbonizing the granules to 550-650 ^o C with a heating rate of 20-25 ^o C / min, activation at 900-950 ^o C, followed by crushing the granules to 0 5-1.5 mm (see Pat. RF N 2023663 of 10.21.93, class C 01 B 31/08).

Недостатком известного способа является сложность проведения процесса карбонизации в связи с необходимостью медленного темпа подъема температуры до 650^oC.The disadvantage of this method is the complexity of the carbonization process due to the need for a slow rate of temperature rise to 650 ^o C.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля, включающий смешивание измельченного каменноугольного сырья, смоляного связующего и фосфорной кислоты, в количестве 0,3-2,0% массовых, грануляцию пасты, термоокисление гранул при температурах 60-300^oC, карбонизацию и активацию (см. пат. N 2083491 от 20.12.95, кл. C 01 B 31/08).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of producing activated carbon, comprising mixing crushed coal raw materials, resin binder and phosphoric acid, in an amount of 0.3-2.0% by mass, granulation of the paste, thermal oxidation of granules at temperatures of 60-300 ^o C, carbonization and activation (see US Pat. N 2083491 from 12.20.95, CL C 01 B 31/08).

Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения. This method is adopted as a prototype of the invention.

Недостатком данного способа является то, что полученный активный уголь имеет недостаточную (в свете последних требований) механическую прочность при многоцикловых процессах извлечения золота и недостаточную емкость по цианистым соединениям золота, серебра и платины. The disadvantage of this method is that the obtained activated carbon has insufficient (in the light of recent requirements) mechanical strength in multi-cycle gold recovery processes and insufficient capacity for cyanide compounds of gold, silver and platinum.

Целью изобретения является повышение механической прочности и адсорбционной емкости угля при извлечении драгоценных металлов из раствора и пульп. The aim of the invention is to increase the mechanical strength and adsorption capacity of coal during the extraction of precious metals from solution and pulps.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешивание измельченной каменноугольной пыли со смоляным связующим, смешанным с фосфорной кислотой, взятой в количестве 2,2-6,0% (массовых) при температуре 60-95^oC, гранулирование смеси, карбонизацию гранул и их активацию.This goal is achieved by the proposed method, including mixing ground coal dust with a resin binder mixed with phosphoric acid, taken in an amount of 2.2-6.0% (mass) at a temperature of 60-95 ^o C, granulating the mixture, carbonization of granules and their activation .

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что фосфорную кислоту вводят в смоляное связующее, а не в пасту, и в относительно больших количествах - 2,2-6,0% (вместо 0,3-2,0%), при этом композицию смолы и фосфорной кислоты разогревают до температуры 60-95^oC и затем смешивают с каменноугольной пылью.The difference between the proposed method and the known one is that phosphoric acid is introduced into the resin binder, and not into the paste, and in relatively large quantities - 2.2-6.0% (instead of 0.3-2.0%), while the resin and phosphoric acid composition is heated to a temperature of 60-95 ^o C and then mixed with coal dust.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Каменный уголь или смесь его с полукоксом в соотношении 1:1 измельчают в шаровой мельнице и дозируют в смеситель непрерывного действия, куда подают смоляное связующее, представляющее из себя композицию, состоящую из лесохимической (каменноугольной) смолы (94-97,8%) и фосфорной кислоты (6,0-2,2%), нагретую до температуры 60-95^oC, паста перемешивается в смесителе при 60-95^oC до образования однородной массы в течение 12-20 мин и затем гранулируется на шнек-прессе через фильеры с диаметром отверстий 1,2-1,8 мм. Полученные сырые гранулы направляются во вращающуюся электропечь и подвергаются нагреванию до 750^oC с медленным темпом нагрева. При этом происходит удаление летучих продуктов и образование карбонизата.Coal or a mixture of it with semi-coke in a 1: 1 ratio is ground in a ball mill and dosed into a continuous mixer, which serves a resin binder, which is a composition consisting of wood-chemical (coal) resin (94-97.8%) and phosphor acid (6.0-2.2%), heated to a temperature of 60-95 ^o C, the paste is mixed in a mixer at 60-95 ^o C to form a homogeneous mass for 12-20 minutes and then granulated on a screw press through dies with a hole diameter of 1.2-1.8 mm. The obtained raw granules are sent to a rotating electric furnace and are heated to 750 ^o C with a slow heating rate. In this case, volatiles are removed and carbonizate is formed.

Активацию карбонизованных гранул осуществляют в шахтной печи или печи кипящего слоя при 850 ± 50^oC в потоке смеси водяного пара и углекислого газа до суммарного объема пор 0,6-0,8 см³/г.The activation of carbonized granules is carried out in a shaft or fluidized bed furnace at 850 ± 50 ^° C. in a stream of a mixture of water vapor and carbon dioxide to a total pore volume of 0.6-0.8 cm ³ / g.

При получении углей известным способом (патент N 2083491) фосфорную кислоту вливают в композицию, состоящую из угольной пыли и смоляного связующего. Upon receipt of coal in a known manner (patent N 2083491) phosphoric acid is poured into a composition consisting of coal dust and resin binder.

При таком способе отмечено положительное влияние фосфорной кислоты на повышение качества получаемых сорбентов (увеличивается механическая прочность и повышаются адсорбционные свойства по цианидам золота). With this method, a positive effect of phosphoric acid on improving the quality of the obtained sorbents was noted (mechanical strength increases and the adsorption properties of gold cyanides increase).

Проведенные эксперименты показали, что уплотнение органических веществ за счет образования поперечных связей типа

характерно только для компонентов смолы, а с углеродными компонентами угольной пыли фосфорная кислота в реакцию вступает в незначительных количествах.The experiments showed that the compaction of organic substances due to the formation of cross-links of the type

it is characteristic only of resin components, and phosphoric acid reacts in small amounts with the carbon components of coal dust.

Было определено, что наибольший эффект уплотнения отмечается после добавки фосфорной кислоты в нагретое до 60-95^oC связующее (каменноугольную или лесохимическую смолу), не содержащее каменноугольной пыли. В данном процессе определяющим является концентрация (т.е. количество) добавленной кислоты, которая должна соответствовать наличию углеводородов, имеющих двойную связь типа

.It was determined that the greatest compaction effect is observed after the addition of phosphoric acid to a binder (coal tar or wood chemical resin) that does not contain coal dust, heated to 60-95 ^o C. In this process, the concentration (i.e., amount) of the added acid, which must correspond to the presence of hydrocarbons having a double bond of the type

.

При использовании лесохимической или каменноугольной смолы количество фосфорной кислоты должно составлять 2,2-6,0% против 0,3-2,0 (для известного способа). When using a forest chemical or coal tar, the amount of phosphoric acid should be 2.2-6.0% versus 0.3-2.0 (for the known method).

Эффект уплотнения углеродного каркаса увеличивается с повышением температуры. Экспериментами установлено, что температурный интервал смешения смолы и кислоты должен находиться в пределах 60-95^oC вместо 35-40^oC. При этом температура смешения компонентов и температура гранулирования должна быть не ниже 60^oC, а время грануляции не менее 15 минут.The carbon frame densification effect increases with temperature. The experiments established that the temperature range for mixing the resin and acid should be in the range of 60-95 ^o C instead of 35-40 ^o C. At the same time, the temperature of mixing the components and the temperature of the granulation should not be lower than 60 ^o C, and the granulation time should be at least 15 minutes.

Введение фосфорной кислоты в связующее в количестве 2,2-6,0% при температуре 60-95^oC и последующее смешение этой композиции с угольной пылью позволяют в полной мере использовать эффект образования поперечных связей типа

и тем самым обусловливает повышение механической прочности активных углей до 97,5-97,8%, а адсорбционной емкости по цианидам золота ("Золоту") до 27,011 г/г.The introduction of phosphoric acid into the binder in an amount of 2.2-6.0% at a temperature of 60-95 ^o C and the subsequent mixing of this composition with coal dust allow you to fully use the effect of the formation of cross-links of the type

and thereby causes an increase in the mechanical strength of activated carbons to 97.5-97.8%, and the adsorption capacity for gold cyanides ("Gold") to 27.011 g / g.

Предлагаемый способ получения высокоэффективных сорбентов является новым, т. к. в научно-технической и патентной литературе отсутствуют сведения об импрегнировании смол фосфорной кислотой в количестве 2,2-6,0% при температуре 60-95^oC перед смешением с каменноугольной пылью.The proposed method for producing highly effective sorbents is new, because in the scientific, technical and patent literature there is no information on the impregnation of resins with phosphoric acid in an amount of 2.2-6.0% at a temperature of 60-95 ^o C before mixing with coal dust.

Пример 1. Берут 3,0 кг каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 3,0 кг полукокса длиннопламенного угля марки Д ГОСТ 5442-74, измельчают в шаровой мельнице до размера частиц 5-90 мм и смешивают их с 4,0 кг лесохимической смолы (ТУ 13-4000-77-160-84), нагретой до 60^oC, куда предварительно добавлено 0,08 кг фосфорной кислоты, растворенной в 0,6 л воды (при тщательном перемешивании сжатым воздухом в течение 20 мин до гомогенной массы).Example 1. Take 3.0 kg of coal brand CC (GOST 10355-76) and 3.0 kg of semi-coke long-flame coal grade D GOST 5442-74, crushed in a ball mill to a particle size of 5-90 mm and mix them with 4, 0 kg of wood-chemical resin (TU 13-4000-77-160-84), heated to 60 ^o C, to which 0.08 kg of phosphoric acid dissolved in 0.6 l of water was preliminarily added (with thorough mixing with compressed air for 20 minutes to a homogeneous mass).

Процесс грануляции угольной пыли со связующим осуществляют при 70^oC в течение 15 мин через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм. Сырые гранулы подают во вращающуюся печь и карбонизуют в интервале температур 250-750^oC при медленном подъеме температуры. Карбонизованные гранулы активируют водяным паром или смесью его с углекислым газом при 850±50^oC.The process of granulation of coal dust with a binder is carried out at 70 ^o C for 15 min through dies with a hole diameter of 1.8 mm Raw granules are fed into a rotary kiln and carbonized in the temperature range 250-750 ^o C with a slow rise in temperature. Carbonized granules activate water vapor or a mixture of it with carbon dioxide at 850 ± 50 ^o C.

Процесс проводят до суммарного объема пор 0,60-0,80 см³/г. Механическая прочность угля составляет 97,0%, адсорбционная емкость по золоту - 26,99 мг/г.The process is carried out to a total pore volume of 0.60-0.80 cm ³ / g. The mechanical strength of coal is 97.0%, the adsorption capacity for gold is 26.99 mg / g.

Пример 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что смола нагревается до температуры 75^oC, а фосфорная кислота добавляется в количестве 0,176 кг. Перемешивание кислоты в смоле проводят в течение 30 минут. Процесс грануляции осуществляют 30 минут. Активацию проводят до суммарного объема пор 0,60 см³/г.Example 2. Analogously to example 1, except that the resin is heated to a temperature of 75 ^o C, and phosphoric acid is added in an amount of 0.176 kg. Stirring of the acid in the resin is carried out for 30 minutes. The granulation process is carried out for 30 minutes. Activation is carried out to a total pore volume of 0.60 cm ³ / g.

Механическая прочность полученного угля составляет 97,5%, адсорбционная емкость по золоту 27,05 мг/г. The mechanical strength of the obtained coal is 97.5%, the adsorption capacity for gold is 27.05 mg / g.

Пример 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что смолу нагревают до 95^oC, количество фосфорной кислоты - 0,240 кг. Перемешивание смеси смолы и кислоты осуществляют в течение 40 минут. Грануляцию осуществляют 40 минут.Example 3. Analogously to example 1, except that the resin is heated to 95 ^o C, the amount of phosphoric acid is 0.240 kg. Stirring the mixture of resin and acid is carried out for 40 minutes. Granulation is carried out for 40 minutes.

Полученный образец угля характеризуется механической прочностью 97,9%, адсорбционной емкостью по золоту - 26,0 мг/г. The obtained coal sample is characterized by a mechanical strength of 97.9%, and an adsorption capacity for gold of 26.0 mg / g.

В табл. 1 представлены примеры, полученные аналогично примеру 1, по влиянию процентного соотношения фосфорной кислоты и смолы перед смешением с угольной пылью. В этих примерах время перемешивания составляет 20 минут. In the table. 1 presents examples obtained analogously to example 1, according to the influence of the percentage ratio of phosphoric acid and resin before mixing with coal dust. In these examples, the mixing time is 20 minutes.

Как следует из представленных данных, введение фосфорной кислоты в количестве 2,2-6,0% повышает механическую прочность получаемых углей с 95,0 до 97,4%, а адсорбционную емкость по золоту с 23,0 до 27,05 мг/г. As follows from the data presented, the introduction of phosphoric acid in an amount of 2.2-6.0% increases the mechanical strength of the obtained coals from 95.0 to 97.4%, and the adsorption capacity for gold from 23.0 to 27.05 mg / g .

Уменьшение добавки ниже 2,2% и повышение ее до 6,2% не приводит к достижению поставленной цели. Reducing the additive below 2.2% and increasing it to 6.2% does not lead to the achievement of the goal.

В табл. 2 представлены результаты влияния температуры разогрева смолы на достижение цели изобретения. В композицию со смолой была введена добавка в количестве 4,0%. In the table. 2 presents the results of the influence of the heating temperature of the resin to achieve the objective of the invention. A 4.0% additive was added to the resin composition.

Из данных табл. 2 следует, что подъем температуры кислотно-смоляной смеси с 60 до 95^oC способствует повышению показателей как по механической прочности получаемых углей, так и по их адсорбционной емкости. Уменьшение температуры смолы ниже 60^oC, так же как и ее увеличение, приводит к ухудшению качества получаемых углей.From the data table. 2 it follows that a rise in the temperature of the acid-resin mixture from 60 to 95 ^o C contributes to an increase in both the mechanical strength of the obtained coals and their adsorption capacity. The decrease in the temperature of the resin below 60 ^o C, as well as its increase, leads to a deterioration in the quality of the obtained coal.

Эксперименты показали, что на качество углей оказывает определенное влияние время перемешивания, скорость выпрессовки, а также суммарный объем получаемых активных углей. Experiments have shown that the quality of the coal has a certain effect on the mixing time, the speed of extrusion, as well as the total amount of activated carbons obtained.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение механической прочности активных углей и их адсорбционной емкости по золоту. А вся совокупность: введение фосфорной кислоты в количестве 2,2-6,0% в связующей при температуре 60-95^oC перед смешением с каменноугольной пылью является достаточной для характеристики заявляемого технического решения.It follows from the foregoing that each of the signs of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, namely, an increase in the mechanical strength of active carbons and their adsorption capacity for gold. And the whole set: the introduction of phosphoric acid in an amount of 2.2-6.0% in a binder at a temperature of 60-95 ^o C before mixing with coal dust is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims

A method of producing activated carbon, comprising mixing coal dust, resin binder and phosphoric acid, granulating the mixture, carbonizing granules and activating them, characterized in that the binder is first mixed with phosphoric acid, taken in an amount of 2.2 to 6.0 wt.% When 60 - 95 ^o C, and then with coal dust.