Активированный уголь Бау-А: процессы изготовления

Активированный уголь Бау-А

Вступление

Для начала нужно разобраться, что представляет собой обычный древесный уголь. Тот самый кокс, что применяется в металлургии для выплавки металла из руды. Потому что уже из этого угля затем получают активированный. Так в чём отличие?

Сам древесный уголь получают, обжигая без доступа кислорода углеродосодержащие материалы: древесину, каменный уголь, скорлупу от кокосовых или грецких орехов и другие достаточно плотные целлюлозосодержащие субстанты. Этот процесс называется пиролизом.

Во время пиролиза из древесины в процессе её карбонизации (то есть превращения в уголь) выделяются различные газообразные и жидкие вещества. Для нас они не представляют интереса, хотя и служат сырьём для химической промышленности в производстве многих полезных веществ. А вот обычный древесный уголь для получения из него активированного идёт в обработку дальше, претерпевая целый ряд превращений.

Так чем отличается древесный уголь от активированного? Какие у активированного (или активного) угля свойства и химико-физические характеристики? Какова технология изготовления такого угля и в каких сферах он применяется?

Постараемся дать аргументированный ответ на все эти вопросы в доступной и интересной форме.

Чем отличаются эти два вида угля

Если говорить о марке БАУ-А, то индекс «А» после дефиса – то, что этот активный уголь используется в Пищепроме. В частности, в ликёро-водочном, где с его помощью из этанола отфильтровывают ацетон, альдегиды и иные вредные компоненты переработки, а также для извлечения химических загрязнений и токсинов из растворов и водных сред.

Главное предназначение обычного древесного угля состоит в том, чтобы давать в печах для выплавки металлов очень высокую температуру, порядка 1200-1300 градусов. На открытом воздухе (например, в мангалах) он даст температуру горения около 700⁰С. Этот уголь достаточно плотный, часто сохраняет структуру и вид сгоревшего без доступа воздуха дерева, хотя в процессе пиролиза от него может отслоиться множество мелких чешуек.

Конечная цель активации угля

Чтобы превратить древесный уголь в активированный, на первом этапе его измельчают до размеров частиц от 3 до 10 мм, и снова обжигают в специальных печах: вертикальных и горизонтальных роторных, многополочных или в реакторах с кипящим слоем. Обжиг происходит под воздействием раскалённого водяного пара, а сама температура в реакторных печах может достигать 800-950⁰С

Такая операция немного повышает его пористость, а значит, и активность в поглощении вредных веществ. Но полноценным активированным углём от такой операции он не становится. Для дальнейшей его обработки нужен процесс химической активации солями (нитратами, сульфатами, карбонатами) или кислотами (фосфорной, азотной, серной). Активация древесного угля этими веществами происходит при температурах от 260 до 650⁰С. Именно под воздействием солей или кислот резко увеличивается пористость кусочков древесного угля, а сами частички могут значительно увеличиться в объеме. Площадь пор такова, что всего в 3 граммах готового продукта она сопоставима с площадью игрового поля в футбол. Такое количество микропор и делает уголь активным сорбентом, и, в зависимости от размеров пор, он поглощает и задерживает в себе огромное количество разных вредных веществ.

Химико-физические показатели и свойства

Размер пор, а значит, и способность активного адсорбента поглощать те или иные вещества, принято разделять по следующей классификации:

  • микропористый уголь с размерами пор меньше 2 нанометров;
  • уголь с мезопорами, размер которых от 2 до 50 нанометров;
  • макропористый уголь с порами размером от 50 нанометров.

Наиболее востребованные активированные угли имеют размер пор от 2 до 50 нанометров. Уголь с такими размерами фильтрующих и адсорбирующих канальцев способен очистить самый широкий круг растворов от молекул загрязнителей как очень маленького размера ( с чем справляются микропоры 2 и даже меньше нанометров), так и большего, когда в работу включаются мезопоры до 50 нанометров, задерживающие на своих поверхностях большие и разветвлённые органические молекулы.

Градация мезопор от 2 до 50 проявляет свою эффективность и в случаях, когда молекулы веществ-загрязнителей помимо основного компактного ядра имеют ещё и «хвосты» в виде свободных радикалов. Действие мезопор хорошо иллюстрируют микроснимок и схема работы такого кусочка угля, представленные на рисунке:

 

Массивное ядро втягивается макро- и мезопорами, а свободные радикалы осаживаются в микропорах, размером 2 и менее нм. Удержание молекул всех размеров в лабиринтах пор происходит благодаря действию межмолекулярных сил, открытых в своё время химиком Ван-дер-Ваальсом.

Несколько иной механизм очистки работает в случае обесцвечивания растворов в тех случаях, когда это необходимо. Тогда микрочастицы цветных примесей не удаляются, оставаясь в толще адсорбента, а только обесцвечиваются, то есть молекула превращается в обесцвеченную благодаря связыванию активного красителя сложным карбоновым соединением, образованным в активном угле обработкой кислотами или солями.

Превращение угля, или секреты технологии

Если брать все процессы переработки, начиная от древесины, технологическую цепочку можно разбить на следующие этапы:

  1. Дробление сырой щепы лиственных пород до состояния размеров частиц в 3-5 мм.
  2. Размещение сырья в барабанной сушилке. Где под воздействием высокой (но не выше 100 градусов) температуры щепа избавляется от избытка влаги.
  3. Пиролиз щепы при температуре 400-600 градусов в предназначенных для этого печах.
  4. Обработка карбонизированного угля в печи активации в парогазовой среде с температурой от 800 до 950⁰С.
  5. Охлаждение угля, прошедшего активацию.
  6. Дополнительное дробление (при необходимости), рассев и сортировка полученного материала.
  7. Дополнительная обработка кислотами, солями для получения разных сортов угля.
  8. Измельчение, досушивание, расфасовка готовой продукции.

Парогазовая активация может проходить и при более высоких температурах, вплоть до 1000 градусов. В роли окислителей в процессе выступают перегретый водяной пар и СО2. А ускорение взаимодействия водяного пара с диоксидом углерода происходит при помощи карбонатов и оксидов щелочных металлов. Такая методика применяется при выпуске микропористого угля с порами размером менее 2 нм, и позволяет получить адсорбирующий материал с площадью поглощения вредных веществ до 1500 м2/на 1 грамм вещества.

Применение активированного угля в разных сферах

Помимо упомянутого использования в пищевой промышленности угля марки Бау-А, есть ещё и марки

  • Бау-Ац – для наполнителей ацетиленовых баллонов. Такой активный уголь характерен наличием массовой доли влаги не более 10% и прочностью не менее 60%. Массовая доля золы в нём не превышает показателя в 7%.
  • ДАК. Этот активный уголь применяют в случаях, когда нужно очистить паровой конденсат от масляных примесей.
  • Бау-МФ. Очищает питьевые и сточные воды на предприятиях Водоканала во всех видах фильтровальных установок.

Уголь в его разных сочетаниях и с разной пропускной способностью может, кроме того, использоваться в медицине для очищения крови и организма в целом от бактериального заражения и токсинов, в косметологии, в добыче драгоценных металлов и в рекуперации – возврата части энергии или сырья для вторичного использования в производственных процессах. В решении экологических проблем применяют инновационные волокнистые угольные фильтры со специально разработанной линейно-волокнистой структурой. В частности, используют их в сменных стаканах многоступенчатых бытовых фильтров водоочистки.

В химической промышленности активный уголь используют для связки катализаторов в самых разных химических процессах. А в отдельных реакциях и сам уголь может выступать в качестве каталитического реагента.

Заключение

Как видим, процесс производства активированного угля достаточно сложный и многоступенчатый и требует постоянного контроля качества на каждом этапе его выпуска. Такой контроль обеспечивается достаточной теоретической проработкой всех протекающих в производстве активированного угля процессов и применением созданной надёжной контрольно-измерительной аппаратуры. Впрочем, отработанная технология позволила автоматизировать многие процессы, а также масштабировать их в соответствии с требованиями потребителей.

Многоступенчатость и сложность выпуска химически чистого продукта, сложность оборудования для его производства диктует и его цену на рынке: качественный активированный уголь стоит не менее 1 200 долларов США за тонну, а отдельные категории этого продукта в цене доходят и до 2 000 долларов за тонну. Дело усугубляется ещё и тем, что не существует мини-оборудования для выпуска активированного угля – как это было бы оптимально для небольших партий. Разработать и выпустить полноценную оснастку для полного цикла будет стоить больших денег и вряд ли окупится в силу сложности и уникальности такого оборудования. А себестоимость партии угля возрастёт в 2-3 раза.

Достоинством производства активного угля является возможность вторичной переработки отходов деревообрабатывающей промышленности. Единственная проблема в использовании технологической щепы – сортировка отходов от лиственных и хвойных пород деревьев. Ибо в смеси отходы от разных видов древесины не используют из-за разности технологий производства угля из них.

Заказать активированный уголь Бау-А от производителя в Санкт-Петербурге по выгодным ценам можно на нашем сайте в компании "БауСПб"