木質(zhì)材料炭化過程發(fā)生什么變化？

木材、木屑、樹根、果核和果殼等木質(zhì)材料的炭化，是把它放在炭化設備內(nèi)加熱，進行熱分解。在熱解過程，發(fā)生一系列復雜化學反應，產(chǎn)生很多新生產(chǎn)物，木質(zhì)材料發(fā)生了變化。

根據(jù)熱分解過程的溫度變化和生成產(chǎn)物的情況等特征，炭化過程大體上可分為如下四個階段。

1. 干燥階段

這個階段的溫度在120—150攝氏度，熱解速度非常緩慢，主要是木材中所含水分依靠外部供給的熱量進行蒸發(fā)，木質(zhì)材料的化學組成幾乎沒有變化。

2. 預炭化階段

這個階段的溫度為150—275攝氏度，木質(zhì)材料熱分解反應比較明顯，木質(zhì)材料化學組成開始發(fā)生變化，其中不穩(wěn)定的組分，如半纖維素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質(zhì)。

以上兩個階段都要外界供給熱量來保證熱解溫度的上升，所以又稱為吸熱分解階段。

3. 炭化階段

這個階段的溫度為275—400攝氏度，在這個階段中，木質(zhì)材料急劇地進行熱分解，生成大量分解產(chǎn)物。生成的液體產(chǎn)物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油，生成的氣體產(chǎn)物中二氧化碳含量逐漸減少，而甲烷、乙烯等可燃性氣體逐漸增多。這一階段放出大量反應熱，所以又稱為放熱反應階段。

4. 煅燒階段

溫度上升到450—500攝氏度，這個階段依靠外部供給熱量進行木炭的煅燒，排出殘留在木炭中的揮發(fā)性物質(zhì)，提高木炭的固定碳含量。這時生成液體產(chǎn)物已經(jīng)很少。

應當指出，實際上這四個階段的界限難以明確劃分，由于炭化設備各個部位受熱量不同，木質(zhì)材料的導熱系數(shù)又較小，因此，設備內(nèi)木質(zhì)材料所處的位置不同，甚至大塊木材的內(nèi)部和外部，也可能處于不同熱解階段。

炭化對原料的要求

炭化的原料很多，薪材、森林采伐剩余物、森林撫育時消除的雜木、木材加工廠的剩余物，如木屑等都可以進行炭化。除木屑為粒狀，需采用特殊炭化爐炭化外，其他原料多以木段為主，都適合大多數(shù)炭化爐或炭窯炭化原料的要求。

炭化原料樹種可分為三類：第一類為硬闊葉材，如水青岡、麻櫟、苦櫧、榆等；第二類為軟闊葉材，如楊、柳、椴等；第三類為針葉材，如馬尾松、南亞松、濕地松等。要生產(chǎn)出高質(zhì)量的木炭，以適合冶金工業(yè)和二硫化碳工業(yè)等工業(yè)部門使用，炭化原料應選用硬闊葉材，而針葉材常用來生產(chǎn)松木炭，用于制造活性炭。

炭化材最好大小均勻，一般要求直徑不大于10厘米，若直徑太大，應把它劈開，劈裂線長度要求小于12厘米。炭化材的長度以炭化爐或炭窯的高度決定，若大材不劈開，因木材的導熱性差，炭化時產(chǎn)生的氣體混合物，由木材內(nèi)部通向外部，所需通過的路徑很長，炭化時間也長。會導致木材機械強度下降。

供炭化的薪材多屬萌芽林，故最好在秋冬季采伐，此時，樹木處于休眠階段，樹液停止流動，根部貯存物質(zhì)，不受損害，利于來年萌芽更新；而且秋季天氣晴朗，相對濕度小，木材含水量低，伐下的薪材易干燥，可縮短炭化時間，減少燃料消耗，生產(chǎn)的木炭裂縫少，質(zhì)量高。

此外，腐朽木、病害枯死的木的木材，均不宜作炭化原料，因為腐朽木材炭化時，木炭疏松、易碎和容易自燃，大大降低木炭質(zhì)量。

怎樣進行筑窯燒炭？

炭窯修筑前，都要進行窯址選擇，對窯址有如下要求：

1. 附近資源豐富，原料和木炭的運輸比較方便；

2. 靠近水源，但又不會受到地表水沖刷淹沒，或積聚雨水；

3. 土質(zhì)堅實，最好是能耐火燒的粘土；

4. 坡度較小，又有堆放原料和木炭的地方；

5. 如果是山坡地，選擇的山坡方向要使筑成的炭窯燃燒室通風口朝向常風的方向，有利于通風和燃燒。

現(xiàn)以豬頭窯為例子，說明炭窯的筑造過程。

在選好的窯址上，畫一個等邊三角形，其中一個頂角，用于聯(lián)接燃燒室，這個頂角應朝常風方向。三角形邊長約2.1米并修成弧形，在線內(nèi)向下挖1米深左右，即為炭化室。在燃燒室對面炭化室后下方正中挖煙道腔和排煙孔，孔高14厘米，寬18厘米，炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形頂角打一排橫向木楔后即進行裝柴，薪材直立裝入炭化室中，質(zhì)量好的上等薪材裝在后面，中等的裝在中間，質(zhì)量差的下等材裝在最前面，裝材細頭向下，粗頭向上，中心略高于四周，使薪材堆成拱形。上面蓋上一層稻草，在炭化室的后面兩個邊角上放上二個藤圈，在炭化室的中前部近邊線上也放上二個藤圈，這四個藤圈作為煙孔。然后沿四周鋪泥土，筑窯蓋，邊鋪土，邊打緊，錘打得越緊越好，窯蓋筑好后，將煙孔中的泥土挖去，并鋪上松土。

在炭化室前面筑燃燒室，燃燒室前端低于后端。

筑好窯型后就可進行烘窯，烘窯時，在燃燒室點火，火力不要太猛。如果烘窯速度太快，炭窯將不夠堅實，火燒去木楔，形成通道，逐漸燒入炭化室，待煙孔松土發(fā)白時，把松土挖去，從煙孔冒出白煙，當煙色轉(zhuǎn)青時，將煙孔蓋上，打開煙道口，使煙氣從煙道口冒出，煙色變青時，將所有孔口堵塞，進行悶窯，經(jīng)2天冷卻后，炭窯即成型固定，在窯的側(cè)面開一個出炭門，進行出炭，以后可以繼續(xù)裝柴燒炭，其過程和前面烘窯相同，只是燒炭時間較短，正常的燒炭周轉(zhuǎn)時間約3—4天。

移動式炭化爐怎樣燒炭？

移動式炭化爐用2毫米厚的薄鋼板焊接，由爐下體、上體和頂蓋疊接而成。爐下體為空心圓臺體，距離下端20毫米高的弧面上，間隔等距離地開通風口和煙道各4個，通風口和煙道上分別裝有通風管和煙囪，爐下體的內(nèi)部設有4塊扇形爐柵，中央豎立一個點火通風架。爐上體直徑比下體略小，性狀相同。爐頂蓋中央設一個點火口，用點火口蓋來封閉它。爐體全高1525毫米，有效容積2.75立方米，一次處理原料量2.2層積立方米。

移動式炭化爐對原料的要求為：炭材長1米，直徑3—8厘米；點火材長25厘米，直徑5厘米；燃料材長50厘米，直徑5厘米，含水率要求在25%以下。

燒炭時，將爐下體放在平地中心，裝入4塊扇形爐柵，爐上體放在爐下體的凹槽上，點火通風架豎立在爐柵中央，煙囪和通風管分別插在煙道口和通風口上。

點火材呈井字形平放在點火通風架上；制炭材直立地裝在爐內(nèi)，大頭向上，大徑級和含水率較高的裝在爐體中央；制炭材的頂端橫鋪一層燃料材。

爐頂蓋放在爐上體的凹槽上，為了密封，各層的凹槽內(nèi)均用沙土填滿，爐下體外緣填一層厚250毫米的泥土并夯實。

用明子等易燃材料點火，從爐頂蓋上的點火口投入爐內(nèi)，將點火材和制炭材頂端的燃料材點燃，并不斷地添入燃料材；當煙囪口溫度達到60攝氏度，蓋上點火口，并用沙土填入凹槽內(nèi)密封。

當炭化進行4—5小時，爐內(nèi)制炭材的干燥階段結(jié)束。當煙囪口煙氣由白色變黃色時，逐步關閉通風口插板。

當通風口出現(xiàn)火焰，煙囪口冒青煙，煙囪內(nèi)發(fā)出嗡嗡響聲，預示炭化過程結(jié)束。立即用泥土封閉通風口，再過30分鐘，將煙囪除去，封閉煙道口。爐內(nèi)溫度冷卻至40攝氏度時；開爐出炭。木炭得率為25%左右，木炭含水率為6%。

多槽炭化爐怎樣進行木屑炭化？

木屑是一種多孔隙松散的物料，在炭化時，特別要注意木屑是熱的極不良導體這一性質(zhì)，所采用的設備形式，應考慮如何加快傳熱和傳熱均勻的問題。否則炭化將不能完成。多槽炭化爐是根據(jù)木屑特性而設計的專用木屑炭化設備。

多槽炭化爐每臺爐有14個立式炭化槽，每個炭化槽的兩側(cè)為煙道，一臺爐內(nèi)共有15個煙道，爐的內(nèi)部用耐火磚，外部用青磚砌成，爐長7米，寬4.5米，每爐設五個燃燒室，每一燃燒室與爐內(nèi)的3個煙道相通，燃燒煙氣在爐內(nèi)煙道中分5層曲折上升至頂部，與煙囪連通，煙囪高10米，高溫煙氣在運動中將熱量通過隔墻間接地傳給炭化物料。炭化產(chǎn)生的蒸汽氣體通過房頂排氣罩排空，爐頂設加料室，原料由此加入炭化槽，每個炭化槽均有一個卸炭口，卸炭口設在與燃燒室相反的一面。

生產(chǎn)時，首先在燃燒室點火，加熱炭化槽，待溫度升至300攝氏度時開始投料，直至加滿為止，每個炭化爐第一次投料可投下松木屑1400—1700公斤，待部分木屑炭化后，在各炭化室內(nèi)上下攪動一下，以免炭化室內(nèi)木屑之間存有空隙引起灰化，在攪動時，被木屑阻留在炭化室內(nèi)的氣體往往會連同煙火一齊上揚，灼傷人體，應特別注意安全。對炭化室進行攪動后，便可進行第二次投料，投料量600—800公斤。在炭化過程中，當炭化槽冒出青煙或無煙，加料口和出炭口外部沒有火焰冒出，炭化槽內(nèi)物料呈暗紅色，不冒火星時，表明炭化結(jié)束，即可出炭。出炭時，把出炭門打開，用長柄鐵耙把炭粉耙入鐵桶內(nèi)，立即用濕炭粉蓋上，以防炭粉灰化。

每爐投料量為2—2.5噸木屑，爐溫約700攝氏度，炭化時間隨原料含水率而異，約4—8小時，每爐可得木屑炭300—400公斤，耗煤1.5—1.7噸。

這種炭化爐結(jié)構(gòu)簡單，容易砌造，操作易掌握；但耗煤量大，炭得率低，質(zhì)量不夠均勻，高溫操作，勞動強度大。

木炭的性質(zhì)

1. 木炭的外部形態(tài) 質(zhì)量高的木炭斷面具有黑色光澤，敲打時發(fā)出響亮清脆的金屬聲。在不同的溫度下燒制的木炭，其外部形態(tài)是不同的。在低于250攝氏度時燒制的炭，表面帶褐色，不易敲斷，燃燒時有火焰；300—350攝氏度燒制的木炭表面呈黑色，當燒制溫度達500攝氏度時，敲打時，木炭發(fā)出響亮金屬聲。

2. 木炭的固定碳 固定碳是一個假定的概念，它是在規(guī)定的高溫，一般為850—950攝氏度下，不通入空氣進行煅燒時的無灰分的木炭。一般的木炭可能含70%—80%的固定碳。隨煅燒溫度升高，木炭中固定碳的相對含量增加。

3. 木炭的揮發(fā)分 木炭在高溫下煅燒時放出一氧化碳、二氧化碳、氫、甲烷和其他碳氫化合物等氣態(tài)產(chǎn)物稱為揮發(fā)分。

燒制木炭的溫度在300—700攝氏度以內(nèi)時，隨著溫度的升高，木炭煅燒時所分出的揮發(fā)分的組成發(fā)生下列變化：二氧化碳、一氧化碳和甲烷的含量逐漸降低，而氫的含量逐漸增加。燒炭的溫度升高時，木炭的發(fā)熱量增高，而氣體的發(fā)熱量降低。

4. 木炭的機械強度 木炭的機械強度表示它對壓碎和磨損的抵抗能力，它在木炭的轉(zhuǎn)裝和運輸上以及在冶金工業(yè)應用上有很大意義。轉(zhuǎn)載的次數(shù)愈多，在熔鐵爐的爐胸中，木炭受到上部爐料強大壓力，而由上向下移動時，則受到爐料塊和爐胸壁的強烈摩擦，如果木炭變成碎屑，氣體難以通過爐料，熔鐵爐的操作就會發(fā)生故障。

木炭強度沿縱向較高，徑向較低，而弦向最低。當燒制木炭最終溫度相同時，木炭強度隨燒炭時間的增加而增加。

5. 木炭的比重和孔隙度 木炭的比重因樹種、木材的質(zhì)量、炭化的最終溫度和升溫速度而不同。一般比重大的木材燒成的木炭比重也大。木炭孔隙度決定木炭大部份性質(zhì)，如反應能力、導熱性、吸附性等。

6. 木炭的發(fā)熱量 木炭的發(fā)熱量與炭化溫度有關，炭化溫度高，木炭碳素含量大，發(fā)熱量也較高。

7. 木炭的灰分 木炭燒完后成為白色或淡紅色的物質(zhì)稱為灰分。木炭中灰分含量隨燒制溫度、樹種、被炭化木塊和樹皮的比例、樹木的立地條件、砍伐季節(jié)、運材和燒制方法而不同。一般燒制溫度愈高，灰分含量愈大，由闊葉材燒制的木炭其灰分含量比針葉材高；樹皮含灰量比木材高。

木炭的用途

1. 冶金工業(yè)

以前木炭就用來冶煉鐵礦石，木炭與焦炭熔煉的生鐵，即使化學組成相同，其結(jié)構(gòu)與機械性質(zhì)仍不相同。木炭冶煉的生鐵一般具有細粒結(jié)構(gòu)，鑄件緊密，沒有裂紋的特點，用木炭生產(chǎn)的生鐵含雜質(zhì)少，適于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼。

在有色金屬生產(chǎn)中，木炭常用作表面助熔劑，當有色金屬熔融時，表面助熔劑在熔融金屬表面形成保護層，使金屬與氣體介質(zhì)分開，既可減少熔融金屬的飛濺損失，又可降低熔融物中氣體的飽和度。

大量木炭還用于結(jié)晶硅生產(chǎn)，生產(chǎn)結(jié)晶硅用的木炭不應含有生炭頭和過多的灰分。

2. 滲碳劑的制造

凡是要求表面具有較高的硬度和耐磨性，而中心具有良好韌性的所有鋼制品都要進行滲碳。用來對鋼制品進行滲碳作用的含碳混合物稱為滲碳劑。單純木炭的滲碳效果較差。因此常用木炭作為原料，再加入一定數(shù)量的接觸劑，制成滲碳劑。

3. 二硫化碳生產(chǎn)

木炭是制造二硫化碳的最好原料，用來制造二硫化碳的木炭，應當是堅硬、容積重大、灰分和水分含量小，固定碳含量高。

生產(chǎn)1噸二硫化碳約需0.5噸的木炭。

4. 木炭磚的壓制

碎木炭運輸很不方便，而且用途也受到限制，用壓制木炭磚的方法能使價值很小的碎木炭變成優(yōu)質(zhì)燃料。木炭磚具有吸濕性和吸水性小、比重大和熱值高的優(yōu)點，而且在使用過程有很高的機械強度。煅燒過的木炭磚在燃燒時無煙，不產(chǎn)生炭塵。木炭磚可用于冶金、移動式氣化爐等。

活性炭的種類和用途

活性炭是具有發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)、有很大比表面積和吸附能力的炭。每克活性炭的總表面積可達1500平方米以上。

活性炭的種類很多，按原料不同可分為植物原料炭、煤質(zhì)炭、石油質(zhì)炭、骨炭、血炭等等；按制造方法可分為氣體活化法炭、即物理活化法炭；化學活化法炭，即化學藥品活化法炭；化學——物理法活性炭；按外觀形狀可分為粉狀活性炭、不定型顆?；钚蕴俊⒍ㄐ皖w?；钚蕴?、球形炭、纖維狀炭、織物狀炭等；按用途可分為氣相吸附炭、液相吸附炭、糖用炭、工業(yè)炭、催化劑和催化劑載體炭等。

活性炭具有吸附性能、催化性能，它不溶于水和其他溶劑，具有物理和化學上的穩(wěn)定性。除了高溫下同氧接觸、同臭氧、氯、重鉻酸鹽等強氧化劑反應外，在實際使用條件下都極為穩(wěn)定。由于活性炭作為吸附劑的優(yōu)異特性，所以活性炭的用途非常廣泛。

我國活性炭目前多在葡萄糖、醫(yī)藥和味精生產(chǎn)中使用，在環(huán)境保護、作催化劑和催化劑載體中的應用還不夠廣泛。

我國粉狀活性炭使用情況如下：

用于醫(yī)藥 占59.8%

用于口服葡萄糖 占26.6%

用于食品工業(yè) 占10.8%

用于其他方面 占2.8%

我國顆?；钚蕴渴褂们闆r如下：

用于合成纖維載體 占51.2%

用于聚氯乙烯載體 占13.0%

用于空氣、水凈化 占23.5%

用于合成脫硫 占7.7%

用于其它 占4.6%

值得注意的是，不同方法制得的活性炭，它的選擇吸附性會不同，各有一定適用范圍，使用不當則效果不佳。

活性炭生產(chǎn)的發(fā)展情況

1. 國外活性炭生產(chǎn)的發(fā)展概況

八十年代，世界活性炭生產(chǎn)能力約70萬噸/年。主要生產(chǎn)國為：美國15萬噸/年，原蘇聯(lián)9萬噸/年，日本7萬噸/年，德國7萬噸/年，英國6萬噸/年，法國5萬噸/年，荷蘭4萬噸/年，意大利2萬噸/年。預計近年來還有較大幅度增長。

活性炭生產(chǎn)之所以有如此迅速的發(fā)展，這應歸功于應用領域的擴大和活性炭本身的不可替代性。活性炭被廣泛用于液相和氣相中起吸附、脫色、精制、分離、催化及催化劑載體等。在發(fā)達國家活性炭在環(huán)境治理方面用量約占總量的1/3，主要是水源、飲水凈化及工業(yè)廢水、生活廢水處理。

近年來，國外在新產(chǎn)品開發(fā)方面，一是采用多種原料，多種工藝研制出具有特殊性能的活性炭。二是采用對活性炭進行二次加工的方法研制出多種高效能、多功能的活性炭制品，使活性炭呈現(xiàn)新的活力。

2. 國內(nèi)活性炭生產(chǎn)的發(fā)展概況

我國活性炭生產(chǎn)在黨中央改革開放的總方針指引下有了很大發(fā)展。1981年產(chǎn)量為1.2萬噸，1982年上升到了3萬噸，1983年達3.5萬噸，1987年為4.5萬噸，1991年為6萬噸，1995年產(chǎn)量已突破8萬噸，全國出口量達到5.3萬噸，我國已成為活性炭生產(chǎn)大國。

近年來，許多企業(yè)進一步開發(fā)產(chǎn)品品種的原材料來源，向著產(chǎn)品的高、精、尖方向發(fā)展，成為外銷產(chǎn)品的基地；無論在設備引進、消化吸收、改造或制造工藝方面。近年來均有長足的進步；在品種研究上，不僅形成系列多品種，而且在炭纖維、炭分子篩、高比表面積、高吸附值活性炭的研究方面也取得了較大進展；不少廠家在降低能耗、治理污染、提高社會效益和經(jīng)濟效益方面做了大量工作，取得了較好的成效。

活性炭的吸附特性

活性炭與其他吸附劑如硅膠、沸石、活性白土等相比較，具有許多特點。

1. 有較發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積大

活性炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，除了活性分子篩以外，孔徑分布范圍較廣，具有孔徑大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的各種物質(zhì)。同時具有大量的微孔，因而比表面積很大，吸附力也大。活化方法對制得活性炭的孔隙大小有很大影響。

2. 活性炭的表面特性

活性炭的表面性質(zhì)因活化條件而不同，高溫水蒸汽活化的活性炭，表面多含堿性氧化物，而氯化鋅活化的活性炭，表面多含酸性氧化物，后者對堿性化合物的吸附能力特別大?；钚蕴烤哂械谋砻婊瘜W性質(zhì)、孔徑分布和孔隙形狀不同，是活性炭具有選擇性吸附的主要原因。

3. 催化性質(zhì)

活性炭作為接觸催化劑用于各種異構(gòu)化、聚合、氧化和鹵化反應中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。

活性炭在化學工業(yè)中常用作催化劑載體，即將有催化活性的物質(zhì)沉積在活性炭上，一起用作催化劑。這時，活性炭的作用并不限于負載活化劑，它對催化劑的活性、選擇性和使用壽命都有重大影響，它具有助催化的作用。

4. 化學性質(zhì)穩(wěn)定、容易再生

活性炭的化學性質(zhì)穩(wěn)定、能耐酸、耐堿，所以能在較大的酸堿度范圍內(nèi)應用；活性炭不溶于水和其他溶劑，能在水溶液和許多溶劑中使用；活性炭能經(jīng)受高溫高壓的作用，由于它的催化活性，在有機合成中常作為催化劑或載體。

活性炭使用失效時，可用各種方法多次反復再生，使其恢復吸附能力，再用于生產(chǎn)。如果再生得法，可達到原有的吸附水平。

活性炭在國防建設及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域的使用情況

活性炭作為吸附劑具有優(yōu)異特性，現(xiàn)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技以及人民生活各個領域中廣泛使用，成為國民經(jīng)濟不可缺少的重要物質(zhì)。

1. 氣相吸附方面的應用

（1）廢氣凈化和回收 用于凈化工業(yè)上排放的有害氣體，如廢煙氣的脫硫等；回收揮發(fā)散失的溶劑如丙酮、酯類、苯、汽油等。

（2）防御毒氣和有害氣體 在國防和民用工業(yè)中用活性炭裝填各種防毒面具，制造防御放射性物質(zhì)的紡織品。

（3）原子能設施中的應用 用于捕集和去除泄漏的放射性物質(zhì)。

（4）其它 用活性炭填充氣體鋼瓶，增加貯存氣體的容量；用于香煙濾嘴濾除尼古丁等。

2. 液相吸附方面的應用

（1）食品工業(yè) 用于葡萄糖、飴糖、味精、油脂、酒等的脫色精制，除去色素、膠質(zhì)和其它雜質(zhì)。

（2）醫(yī)藥工業(yè) 用于抗菌素、解熱藥、維生素、注射用針劑等除去色素、雜質(zhì)等。

（3）化學藥品 用于各種有機和無機藥品，如酯類、酚類、檸檬酸、草酸等的脫色精制。

（4）環(huán)境保護 用于凈化用水，處理廢水等。

（5）其它 在冶金工業(yè)中用于回收金、銀、鈀等貴重金屬。

3. 作為催化劑和催化劑載體

活性炭本身有各種催化活性，可單獨作催化劑，應用于鹵化、氧化脫氫等化學反應中。某些活性炭也是優(yōu)良的催化劑載體，應用在醋酸乙烯酯合成、鹵化、氧化、聚合等反應中。

4. 在醫(yī)藥方面的應用

活性炭作為外用藥，用于爛瘡、化膿化創(chuàng)傷，也可用于內(nèi)服藥治療腹瀉?；钚蕴磕芪讲《尽⒓毦舅?、藥物等，可用于治療中毒或過量服藥的病人。

5. 在農(nóng)業(yè)和其它方面的應用

活性炭施用于土壤中，能促進氮的生物固定作用，除去農(nóng)藥對作物的毒害等。此外，活性炭還用作制造鋅—空氣電池的電極。

什么叫化學藥劑活化法？氯化鋅為什么能使炭活化？

用氯化鋅和其他化學藥物作為活化劑生產(chǎn)活性炭的方法，稱為化學藥劑活化法，簡稱化學法。常用的化學藥物有氯化鋅、磷酸，也有用硫酸鉀和硫化鉀的，國內(nèi)主要用氯化鋅作為活化劑。

氯化鋅的活化作用主要是：

1. 氯化鋅對植物原料中的纖維素起潤脹、膠溶以致溶解作用，藥液滲透到原料內(nèi)部，溶解纖維素而形成孔隙。

2. 氯化鋅在高溫下具有催化脫水作用，使原料中的氫、氧原子以水的形式分離出來，使更多的碳保留在原料中，提高了活性炭的得率。用氯化鋅作活化劑，能降低活化溫度，活化時產(chǎn)生的焦油顏色明顯變淺，這說明木屑的活化過程與通常的熱解反應有所不同。

3. 氯化鋅在炭化時能起骨架作用，即它們在原料被炭化時給新生的碳提供一個骨架，讓碳沉積在它的上面。新生的碳具有初生的鍵，有吸附力，能使碳與氯化鋅等鋅化物結(jié)合在一起。當用酸和水把氯化鋅等無機成分溶解洗凈之后，碳的表面便暴露出來，成為具有吸附力的活性炭內(nèi)表面積。這種作用最明顯的體現(xiàn)是：活性炭的孔隙總?cè)莘e隨鋅屑比的增大而增大。而且當鋅屑比大時，可以制得過渡孔較發(fā)達的活性炭，鋅屑比小時，又可制得微孔較發(fā)達的活性炭。

氯化鋅連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程

氯化鋅連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程如下：

1. 木屑的篩選和干燥

木屑由斗式提升機送到振動篩篩選，選取6—40目木屑，由鼓風機輸送到旋風分離器，分離后的木屑落如貯倉中。然后進行氣流干燥，木屑由貯倉下面圓盤加料器定量連續(xù)地落入螺旋進料器，加入熱風管，由熱風爐來的熱空氣高速氣流帶走及干燥，木屑含水率由原來的40%左右下降到15%—20%，干木屑在旋風分離器分離后落入干木屑貯倉。

2. 氯化鋅溶液的配制

氯化鋅溶液的配制是根據(jù)生產(chǎn)的要求，配制規(guī)定濃度的氯化鋅溶液。配制時，將回收工序回收的濃度約40波美度的鋅液，用泵泵入配鋅池中，再加入固定氯化鋅和鹽酸，配制成規(guī)定濃度和酸堿度的氯化鋅溶液，或直接用水配制亦可，然后用泵泵入濃鋅池備用。

3. 捏和

用泵將濃鋅池的氯化鋅液泵入濃鋅液高位槽，由于木屑貯倉下部落下的木屑用斗式提升機提升至計量槽，一定量的木屑放入捏和機，同來自高位槽的定量濃鋅液拌和后，倒入回轉(zhuǎn)爐的料斗中。

4. 炭、活化

由料斗下部的圓盤加料器和螺旋進料器將木屑加入回轉(zhuǎn)爐，從爐的另一端通入熱煙道氣，將木屑炭化和活化，活化料落入出料室，定期取出，用小車推到回收工序的斗式提升機加料處。

5. 回收、漂洗

開動斗式提升機，將活化料加入回收桶回收氯化鋅。先用25—30波美度的氯化鋅溶液洗滌，得到的濃鋅液送往配制氯化鋅溶液，再用較稀的鋅液洗滌，洗滌時加入適量鹽酸，并將溶液加熱到70攝氏度以上，使氧化鋅轉(zhuǎn)變?yōu)槁然\。最后要求洗滌液的濃度降至1波美度以下。回收過的炭用水沖入漂洗桶中，用90攝氏度以上的熱水漂洗，第二次漂洗時加入適量鹽酸，并加熱至沸騰，以除去炭中的鐵質(zhì)，直至洗液不含鐵為止。

6. 離心脫水、干燥和粉磨

活性炭在離心機中脫水，然后在外熱式回轉(zhuǎn)干燥器中干燥至含水率4—6%，再送往球磨機磨粉即為成品。

另外附設專門的廢氣、廢水處理系統(tǒng)，以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸，消除公害。

氯化鋅活化對原料的要求

氯化鋅法生產(chǎn)粉狀活性炭的原料主要是木屑，生產(chǎn)糖用炭時，最好使用杉木屑和松木屑，純杉木屑更好。新鮮的松木屑含松脂較多，不利于氯化鋅溶液的滲入，如果存放一段時間，使揮發(fā)成分自行揮發(fā)和氧化后再使用則較為有益。但存放時間不宜過長，以免木屑腐爛變質(zhì)。當生產(chǎn)其它活性炭品種時，可使用多種樹種的混合木屑。對木屑要求為：粒度6—40目，不含板皮、木塊、泥沙和鐵屑等，含水率為15%—20%。

為了使工藝操作穩(wěn)定，木屑需用振動篩進行篩選，選取符合要求的木屑顆粒，并除去雜質(zhì)，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量。

篩選好的木屑含水率約40%。一般采用氣流干燥器進行干燥。它由熱風爐、風機和干燥管組成。干燥管由鋼板制成，直徑300毫米，高20米左右。木屑送入干燥管，由熱風爐送來的120—150攝氏度的熱空氣帶動木屑，以8米/秒的速度通過干燥管，干燥后的木屑含水率降到15%—20%，經(jīng)旋風分離器回收。

木屑的干燥，有的工廠采用回轉(zhuǎn)爐。木屑間接被煙道氣加熱而干燥。生產(chǎn)時，木屑由加料口一端進入筒體內(nèi)，隨著筒體的轉(zhuǎn)動及一定的坡度慢慢向前移動，烘干的木屑連續(xù)由出料口卸出。由燃燒室燒煤產(chǎn)生的煙氣先在筒體外面流過，加熱筒體，然后進入筒體內(nèi)部的煙管，以便充分進行熱交換，最后排入煙囪。操作時，應根據(jù)爐溫情況，控制好加料量。同時爐溫不能太高，以防木屑燃燒。

氯化鋅溶液的配制

氯化鋅溶液的濃度因生產(chǎn)活性炭的品種而異，氯化鋅溶液的配制是指配制成規(guī)定濃度的氯化鋅溶液，它是保證鋅屑比的一個重要因素。應選用潔白、易吸水潮解、含量96%以上的工業(yè)氯化鋅。

因活性炭用途不同，使用氯化鋅制炭時，要求也不同，簡述如下：

糖用活性炭的配方要求是：

氯化鋅溶液在60攝氏度時，濃度為50—57波美度，溶液的pH值為3.0—3.5。

藥用活性炭的配方要求是：

氯化鋅溶液在60攝氏度時，濃度為45—47波美度，溶液的pH值為1.0—1.5。

配制時，在配鋅池中，將固體氯化鋅溶于回收工序回收的氯化鋅溶液中。若回收的鋅液不夠用時，也可用水進行配制，當達到要求的波美度時，再用鹽酸調(diào)整溶液的pH值。

波美濃度是氯化鋅法生產(chǎn)廠中廣泛使用的表示溶液濃度的一種方式。用波美比重計浸入溶液中所測得的度數(shù)表示濃度。用⁰Be?FONTEN-US">" LANG="ZH-CN">作符號。如50波美度可寫成50⁰Be?FONTEN-US">" LANG="ZH-CN">。

氯化鋅溶液的波美濃度與溫度有一定的關系，當百分濃度一定時，隨著溫度的升高，波美濃度降低。所以對于氯化鋅溶液的波美濃度，必須注明溶液的溫度。例如，要配制60攝氏度下的45—46波美濃度的氯化鋅溶液，若在30攝氏度下，就應配成46—47波美濃度。

氯化鋅溶液的波美濃度（⁰Be?FONTEN-US">" LANG="ZH-CN">）與溫度（攝氏度）的關系、氯化鋅溶液的波美濃度與相對密度和百分濃度的關系，可從有關圖表中查得。

捏和工序的目的和工藝條件

捏和工序的目的，是為了將木屑與氯化鋅溶液，借助捏和機中一對之字形攪拌槳不停攪拌，反復揉壓，使它們混合均勻，加速氯化鋅溶液向木屑內(nèi)部滲透。

捏和在捏和機中進行。捏和機用耐酸鋼制成，為臥式半圓形槽，槽內(nèi)有一對之字形的攪拌器，容積一般采用0.5立方米，間歇操作。捏和機設有一個傳動機構(gòu)，按下這一機構(gòu)的按紐，能使捏和機半圓形槽轉(zhuǎn)動一個角度，以便把鋅屑料傾倒入回轉(zhuǎn)爐的料斗中。

為了操作方便，捏和工序還設立木屑計量裝置和氯化鋅溶液高位槽和計量裝置。木屑計量裝置由運送木屑的斗式提升機、磅秤和料斗組成，它能準確控制每次捏和木屑的重量。氯化鋅溶液高位槽下部有一條管子連到捏和機上部，以便把定量氯化鋅溶液均勻噴射到捏和機中，與木屑進行混合。

捏和時，工藝木屑的重量與氯化鋅溶液的重量之比，稱為料液比，有時又稱浸漬比。

捏和的工藝條件為：

1. 生產(chǎn)工業(yè)用活性炭

木屑含水率（%） 15—20

60攝氏度時氯化鋅液濃度（波美度） 45—47

氯化鋅液pH值 1—1.5

料液比 1：3

捏和時間（分鐘）10—15

2. 生產(chǎn)糖用活性炭

木屑含水率（%） 15—20

60攝氏度時氯化鋅液濃度（波美度） 50—57

氯化鋅液pH值 3—3.5

料液比 1：4—5

捏和時間（分鐘）10—15

回轉(zhuǎn)爐怎樣操作？其炭化、活化的工藝條件怎樣？

回轉(zhuǎn)爐是鋅屑料炭化、活化制取活性炭的一個關鍵設備?；剞D(zhuǎn)爐為臥式，內(nèi)徑1米，長13米。筒體為鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚。在筒體中部外面裝有大齒輪，借以推動筒體轉(zhuǎn)動。兩端各有一對托輪，支承筒體重量。爐頭和爐尾均有密封裝置。安裝的傾斜度為2—5度。

回轉(zhuǎn)爐為連續(xù)操作，鋅屑料由圓盤加料器和螺旋送料器送入爐尾。物料借助筒體轉(zhuǎn)動和傾斜度緩慢地向爐頭移動。在爐頭設有燃燒室，燃燒原油或煤氣，產(chǎn)生的高溫煙氣直接進入爐中，由爐頭向爐尾流動，與物料逆流直接接觸。在炭化過程中，形成帶粘性的塑性物料，粘附在爐壁上，結(jié)塊成痂，堵塞爐膛。為了防止堵塞，在爐內(nèi)裝有鏈條串連好的星形刮刀，讓它隨著筒體的轉(zhuǎn)動，不停地撞擊爐壁，將粘在爐壁上的結(jié)塊物料刮下。

活化好的物料稱活化料，從爐頭落入出料室，并定期取出，送往回收工序。廢煙氣從爐尾經(jīng)煙道進入廢氣回收系統(tǒng)。

開爐時，先啟動轉(zhuǎn)爐，再點火升溫，待爐尾溫度升至300攝氏度左右，開始加料。如果需要停爐，先停止進料，繼續(xù)保持一定的爐溫，待爐內(nèi)物料全部排出后，方熄火停爐。熱爐未完全冷卻之前，每隔數(shù)分鐘至20分鐘轉(zhuǎn)動筒體一次，防止筒體變形。

回轉(zhuǎn)爐炭化、活化的工藝條件如下：

活化區(qū)物料溫度（攝氏度） 500—600

炭化、活化時間（分鐘） 約40

爐內(nèi)充填系數(shù)（%） 15—20

筒體轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分鐘） 1—3

爐內(nèi)壓力 略帶負壓

爐頭煙氣溫度（攝氏度）700—800

爐尾煙氣溫度（攝氏度）200—300

出料間隔時間（分鐘）20

氯化鋅法生產(chǎn)活性炭回收工序的目的

在活化料中含有70%—90%的氯化鋅和含鋅化合物?；厥盏哪康木褪菍⑦@部分氯化鋅和含鋅化合物收回，降低活性炭生產(chǎn)時氯化鋅的消耗，以降低產(chǎn)品的成本。

氯化鋅的回收操作屬于浸提方法，即用不同濃度的氯化鋅溶液（簡稱鋅水）和少量工業(yè)鹽酸加入活化料中溶解氯化鋅和氧化鋅，再過濾分離。

回收是在回收桶中進行?；厥胀笆怯射摪逯瞥桑瑸閳A筒體。桶的殼體內(nèi)外均用輝綠巖膠泥涂刷。在桶的內(nèi)側(cè)襯上輝綠巖板。桶的下部有用鋼筋和輝綠巖粉澆鑄的過濾板。

操作時，將活化料加入回收桶中，先用濃度較高的回收鋅水加入活化料中，并加入約為活化料重量5%的鹽酸，使活化時生成的氧化鋅轉(zhuǎn)變?yōu)槁然\。

在反應過程中，要充分攪拌。反應完成后靜置數(shù)分鐘，開啟真空抽氣閥，將回收桶內(nèi)的氯化鋅溶液抽入真空桶，然后再放入耐酸缸。一般第一次回收的氯化鋅溶液濃度可達40波美度以上，可送往配制氯化鋅溶液。經(jīng)第一次回收后，依次將低濃度的鋅水用泵打入回收桶中，使鋅水蓋過炭面，這樣進行多次回收，得到濃度高低不同的回收鋅水，分別放置于耐酸缸中，供下次回收用。直至上次留下的各種濃度的鋅水用完后，再用熱水洗滌，洗滌液也收入耐酸缸內(nèi)。直至炭中的氯化鋅含量低于1%為止。

漂洗的目的是什么？怎樣漂洗？

漂洗的目的是除去來自原料和加工過程中的各種雜質(zhì)，使活性炭的氯化物、總鐵化物、灰分等含量和酸堿度都達到規(guī)定的指標。漂洗分兩個步驟進行，首先是加入鹽酸除去鐵類化合物，因此稱為酸洗，又稱酸處理或叫“煮鐵”；其次是加堿中和酸，除去氯根，并用熱水反復洗滌，故叫水洗。

漂洗的兩個步驟都在同一個漂洗桶中進行。漂洗桶由鋼板制成，圓筒體狀。桶的殼體內(nèi)外都用環(huán)氧樹脂泥粘貼數(shù)層玻璃纖維布，內(nèi)側(cè)再襯一層耐酸瓷磚，在桶的底部裝有過濾板。

漂洗時，利用回收桶與漂洗桶的安裝位差，將活性炭用水由回收桶沖入漂洗桶中。放出部分水后，關好底部放水閥門，然后加入活化料量5%左右的鹽酸，通入開口蒸汽，煮沸2小時。這時，混在炭中的雜質(zhì)與鹽酸發(fā)生反應，原來不溶于水的氧化鐵和氧化鈣等雜質(zhì)，變成氯化鐵和氯化鈣的水溶物，隨水除去。

酸處理后，將桶內(nèi)酸水放出，用熱水連續(xù)漂洗數(shù)次，水溫要保持在60攝氏度以上。由于過量鹽酸不容易被水洗凈，故加入適量的純堿中和，并調(diào)整桶內(nèi)水溶液的pH值在7—8。再用開口蒸汽加熱15分鐘左右，將水放出。再用熱水連續(xù)洗滌，至炭中氯根含量小于0.16%為止?？偟乃磿r間為4—6小時。

離心脫水、干燥和粉磨？

離心脫水

漂洗好的炭用水從漂洗桶沖入貯炭槽中。采用臥式活塞推料離心機使活性炭的含水率降到60%—65%。操作時，先開動砂泵，將貯炭槽中的漂洗炭和水一起泵入高位炭槽中，然后開動高位炭槽的攪拌機，使炭與水混合。再開動離心機，待離心機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，打開高位槽底部閥門，讓炭水進入離心機進行脫水。炭送往干燥，而甩出的水含有許多細炭，經(jīng)沉淀回收細炭后再排放廢水。

干燥

干燥的目的是使活性炭的含水率降低到10%以下。干燥的方法很多，較常用的是回轉(zhuǎn)干燥爐。回轉(zhuǎn)體由鋼板制成，圓筒體直徑約1米，長7米，安裝于加熱爐內(nèi)，用煙道氣間接加熱。濕炭由加料口的一端進入筒體內(nèi)，由于筒體的傾斜度和轉(zhuǎn)動使物料向前移動，至出料口連續(xù)卸出。回轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)的料溫要求在120—130攝氏度。操作時，要根據(jù)爐溫控制加料量，防止干炭出現(xiàn)火星。這種干燥爐因炭粒能在筒體內(nèi)翻動，干燥速度較快。另外，干燥爐采用間接加熱，避免了炭與干燥介質(zhì)直接接觸，因而減少了炭被污染的可能性。

粉磨

粉磨的目的是為了增加活性炭的外表面積。常用球磨機粉碎到120目—200目。定型的球磨機是連續(xù)進料和出料，一般根據(jù)產(chǎn)品的顆粒度來調(diào)整進料量。為了避免活性炭在球磨過程中增加鐵含量，一般球磨機內(nèi)鑲襯一層硬木板，并采用卵石或瓷球粉碎。有些工廠，也采用雷蒙粉碎機進行粉磨。

氯化鋅間歇式生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程

現(xiàn)以某生產(chǎn)廠為例，其工藝流程如下：

原料木屑經(jīng)皮帶運輸機送入振動篩經(jīng)8—16目篩網(wǎng)進行篩選，合格木屑落入加料斗中，再由另一架皮帶運輸機送入回轉(zhuǎn)干燥機進行干燥，干燥后木屑含水率為10%—15%。干木屑由送料風機輸送到旋風分離器，木屑落入貯料倉中備用。

固體氯化鋅放入地下配鋅池中，用回收來的濃鋅液或水進行溶解，配制成符合要求的氯化鋅溶液，再用泵打入浸料池與木屑相拌。

木屑由貯料倉放入浸料池中，再泵入配好的氯化鋅液，在浸料池內(nèi)均勻的攪拌、浸漬。浸漬好的鋅屑料由皮帶運輸機送到炭化爐前，鏟入炭化爐進行炭化。鋅屑料炭化后稱為炭化料由小車推往活化爐進行活化，活化后的物料稱為活化料。

活化料裝入加料斗稱重后，由卷揚機提升倒入回收桶，加入熱水和鹽酸進行回收。首次回收液濃度較高，放入濃鋅水池，由地下溝道流到配氯化鋅溶液工序的地下鋅水池，以作配料用。以后幾次回收的低濃度氯化鋅液，分別放入不同濃度的鋅水缸中，作下次回收之用。把回收好的炭用水沖入浸泡桶，加熱水并通入蒸汽進行蒸煮，稱為“煮鐵”，除去鐵鹽，煮后放出廢酸水流入地下溝，把炭沖入漂洗桶，加熱水并通入蒸汽進行洗滌。

漂洗合格的活性炭放入三足式離心機甩干，甩干后的炭集中于加料斗，經(jīng)皮帶運輸機送到回轉(zhuǎn)干燥機干燥。

干燥后的炭由卷揚機提升倒入球磨機進行粉磨。最后包裝入庫。

浸漬工序的目的是什么？怎樣操作？

氯化鋅法間歇式生產(chǎn)粉狀活性炭，為了減少機械設備投資，木屑與氯化鋅溶液的混合不是采用捏和機進行捏和，而是采用浸料池，用浸漬的方法，將氯化鋅滲入木屑，起到捏和機捏和的作用。

浸漬的操作方法，不同廠家略有差異，但都大同小異。

浸漬一般采用浸漬池，又稱浸料池。它是在地面上，用磚和耐酸水泥砌的池子，池子長3米、寬2米、深1米。池子外表面貼耐酸瓷片，以防腐蝕，池底設置排液管，供浸漬后排出多余的氯化鋅溶液。

浸漬時，將符合要求的木屑投入浸漬池中，然后開動鋅水泵，將已配制好，并經(jīng)檢驗合格的氯化鋅溶液均勻地澆在木屑上，直至氯化鋅溶液蓋過木屑為止，浸漬8—12小時后，打開浸漬池底的排液口，讓多余的氯化鋅溶液流到鋅水池中，2小時后，便可將鋅屑料運往炭化工序炭化。

有些工廠，采用一定固液比進行拌料，混合均勻后淹漬8—10小時，并需不時地翻拌，以求鋅屑均勻混和。鋅屑混和料加鋅液不必過多，以手捏成塊，不滴水為宜。制作不同用途活性炭，其拌料的工藝條件如下：

糖用活性炭

氯化鋅溶液濃度（波美度） 53—54

配制氯化鋅液的溫度（攝氏度） 高于40

氯化鋅溶液的酸堿度（pH值） 3—3.2

木屑與氯化鋅溶液重量比1：4

浸漬時間（小時） 8以上

藥用活性炭

氯化鋅溶液濃度（波美度） 46—47

配制氯化鋅液的溫度（攝氏度） 高于50

氯化鋅溶液的酸堿度（pH值） 1—1.5

木屑與氯化鋅溶液重量比1：3

浸漬時間（小時） 8以上

鋅屑料的炭化

鋅屑料的炭化在敞開式平底炭化爐中進行。這種炭化爐是間歇操作的。

炭化爐是用鑄鐵板或6.5厘米厚的耐火陶瓷板拼接鋪成平底炭化床，因此稱為平板爐。在炭化床的下面，有均勻分布的耐火磚墻作支撐，鑄鐵板或耐火陶瓷板就架設在這些支撐上面。在平底炭化床的下前方有燃燒室，燃料在這里進行燃燒，燃燒后產(chǎn)生的煙道氣，均勻分布于平底炭化床下面加熱鑄鐵板或耐溫陶瓷板，然后由后面集煙道通往煙囪。在平板炭化床正上方，安裝廢氣罩，在炭化過程中產(chǎn)生的廢氣由此罩通往室外。

炭化時，將鋅屑料放入炭化爐中，要求爐溫在400—600攝氏度，料溫在200—300攝氏度，要保持爐火均勻，定時翻料，防止結(jié)塊。當炭化料變得松散，不結(jié)塊，烏黑油光時，即可出料，快速將爐內(nèi)的炭全部扒出。炭化時間為30—60分鐘。

平板爐砌造簡單，但鑄鐵板與氯化鋅接觸，易發(fā)生腐蝕，板面產(chǎn)生凹凸不平、翹起甚至燒穿，使用壽命短。同時，鋅屑與鐵板接觸，會使物料鐵含量增加的缺點。為了避免上述缺點，有的廠家則采用耐火陶瓷板代替鑄鐵板。此外，由于炭化爐是敞開式是，有毒氯化鋅氣體會溢出充滿車間，嚴重影響工作環(huán)境。

炭化的鋅屑料怎樣活化？

活化在普通磚和耐火磚砌的活化爐中進行，為間歇操作。我國某活性炭生產(chǎn)廠活化爐的結(jié)構(gòu)如下：

爐體長7米、寬2.5米、高1.8米?；罨癄t內(nèi)部用耐火板及耐火磚砌成，外部為普通磚結(jié)構(gòu)。爐頭設燃燒室，均用耐火板和耐火磚砌成，采用活動梯形爐排，燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫煙道氣，分成四道進入爐床下部，從下面加熱爐床后，煙道氣經(jīng)爐尾集火道轉(zhuǎn)向上火道時，集中成一道，在爐床上部轉(zhuǎn)折二回，從上面加熱活化室，然后通向煙囪排向室外。這種活化爐，爐床的上面和下面都有高溫煙道氣加熱，保證了活化室的活化溫度。爐床用耐火磚隔成7個活化室，炭化的鋅屑料均勻放在活化室內(nèi)，關緊每個活化室爐門，讓物料在活化室中得到高溫加熱而活化?；罨a(chǎn)生的廢氣從爐門逸出，集中于排氣管，經(jīng)處理后排到大氣。

活化時，將炭化的鋅屑料加入活化室內(nèi)，均勻攤開。一般要求爐溫為700—900攝氏度，料溫為500—600攝氏度，活化時間在2.5—3小時。每隔15—20分鐘翻料一次。翻料要均勻，注意消除死角，動作要迅速，防止熱量散失。當物料變得疏松，開始轉(zhuǎn)為暗紅色，并冒出大量白煙時，即為活化終點，可進行出料，并加入新料再進行活化。

出爐的活化料，要根據(jù)色質(zhì)情況堆放。將“嫩”料、細料放在下面，“熟”料、粗料堆在上面，堆放8—16小時，讓它繼續(xù)自行活化，提高產(chǎn)品等級。

氯化鋅法生產(chǎn)活性炭的優(yōu)缺點

氯化鋅法是化學藥品活化法中應用最廣的一種方法，它有許多優(yōu)點。

1. 產(chǎn)品得率高，每噸活性炭只需消耗2.1—2.5噸絕干木屑。

2. 活化溫度低，一般在500—600攝氏度左右，因而減少了高溫操作帶來的麻煩。

3. 產(chǎn)品的規(guī)格可通過調(diào)整鋅屑比，能調(diào)節(jié)活性炭的比孔容積和孔徑分布。

4. 用氯化鋅法制得的活性炭具有某些獨特的性質(zhì)，是其他方法難以代替的。特別在物理化學性質(zhì)上與用水蒸汽法制得的活性炭有許多差別，使用氯化鋅法的產(chǎn)品更適合于液相的應用，特別對糖液的脫色效果更好。

氯化鋅法的缺點，主要是氯化鋅對環(huán)境的污染和對設備的腐蝕比物理法嚴重。因此，用氯化鋅法時，必須考慮生產(chǎn)過程中廢氣和廢水的處理與設備的防腐蝕問題。

氯化鋅連續(xù)法生產(chǎn)1噸粉狀活性炭，其主要原材料消耗定額如下：

木屑（指原料木屑，含水率小于40%） 3.5噸左右

氯化鋅 0.5噸左右

工業(yè)鹽酸 1噸

煤 5噸

水 60—100噸

水蒸汽 1.3噸左右

氯化鋅間歇式生產(chǎn)粉狀活性炭，其原材料消耗與連續(xù)法基本相近，只是煤耗量較高，每生產(chǎn)1噸活性炭約需7.5噸煤。

什么叫氣體活化法？氣體為什么能使炭活化？

氣體活化法是原料炭用一些氧化性氣體如水蒸汽、二氧化碳、煙道氣、空氣等作為活化劑，在高溫下進行活化制造活性炭的方法。氣體活化法又稱為物理活化法。

木材原料在炭化過程中就形成了表面積和毛細管，它們是活性炭具有吸附能力的原因，不過由于吸附了炭化時生成的一些焦油與碳氫化合物，比表面積變小，失去活性。使用水蒸汽、二氧化碳、煙道氣、空氣等活化劑進行活化，可以使殘留在炭中的焦油和其它含碳化合物氧化分解，清除表面的雜質(zhì)，使原來被堵塞的孔隙重新開放。另外，水蒸汽等活化劑也能侵蝕炭的表面，形成新的孔隙。同時，原來孔隙之間的薄壁有可能被燒毀，使孔隙擴大，從而形成更發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，使比表面積大大增加，從而提高了炭的吸附力。

活化需要的溫度因活化劑種類而異。用水蒸汽活化溫度約800—950攝氏度，用煙道氣活化時約為900—950攝氏度。用空氣作活化劑時，由于在高溫下碳和氧的反應非常劇烈，一般在600攝氏度左右進行活化。

孔隙的生成與炭的氧化程度有密切關系，而炭的氧化必然需消耗炭，因此，常使用燒失率即活化期間炭重量減少的百分率來度量炭的活化程度。有的科學家認為，燒失率小于50%時，得到的是微孔活性炭；燒失率大于75%時，得到的是大孔活性炭；燃燒率在50%—75%時，活性炭具有大孔隙與微孔隙混合結(jié)構(gòu)。

多管爐水蒸汽活化生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程

原料木炭送到雙輥軋機料斗，經(jīng)兩道雙輥軋?zhí)繖C軋碎后，由振動篩進行篩選，選取3—30毫米炭粒作為活化的原料，太粗的炭粒返回再破碎，太細的炭?？勺鳛樯a(chǎn)顆?；钚蕴康脑?。合格炭粒由吊車提升到活化爐爐頂備用。炭每隔一定時間加進活化爐的活化管內(nèi)，與送進的過熱蒸汽反應，炭在逐步下降過程中被蒸汽加熱干燥，補充炭化，然后活化，最后經(jīng)冷卻由最下端卸料口隔一定時間卸出。水蒸汽先經(jīng)預熱室過熱至300—400攝氏度后送進活化管內(nèi)作為活化介質(zhì)，它與炭并流也是由上而下，在流動過程中不斷與炭粒接觸，并起一系列活化反應，在活化管下部變成了水煤氣，水煤氣與活化炭一同進入冷卻段后，在分離段管內(nèi)被分離出來，由煤氣管送到底部活化管外爐膛燃燒，由二次空氣管吸入空氣以滿足燃燒需要，以此產(chǎn)生的熱量來維持爐溫，使活化反應繼續(xù)不斷地進行。

活化好的炭冷卻后，用皮帶輸送機送往球磨機粉碎，利用排風機的吸力將輸送帶上活化料吸入球磨機中，重量較大的沙石等雜質(zhì)留在輸送帶上被除去，粉碎后的細炭由風力吸入分離器中，粗炭由分離器返回球磨機中再碎，合格炭隨風力送往旋風分離器中分離，旋風分離器排出的氣體再經(jīng)袋濾器捕集細炭粉之后排空，由旋風分離器與袋濾器收集的炭，可直接作為成品出售。若用戶對活性炭純度要求較高，則上述所收集的活性炭，還必須經(jīng)過酸洗、水澆和脫水處理，以除去活性炭中鐵鹽和灰分等雜質(zhì)，經(jīng)脫水后的炭含水50%左右，可作為濕活性炭出售。若要求生產(chǎn)干活性炭，還需烘干，使含水率降至10%左右，即為干活性炭成品。

多管爐對原料的要求

多管爐屬移動床活化爐，這種活化爐要求原料有一定粒度并能借助自重逐漸在活化管內(nèi)由上往下移動，在移動的過程中與活化劑作用，而達到活化。

炭的粒度與活化速度、活化均勻度密切相關。粒度小，活化速度大，活化均勻。粒度大，活化反應還要受到活化劑在炭內(nèi)擴散速度的影響。因此，炭大粒的活化速度會慢些。

炭粒的活化過程是由顆粒外表向顆粒內(nèi)部逐步進行，當炭顆粒較大時，常會發(fā)生炭粒外表已經(jīng)完成活化而內(nèi)部尚未達到完全活化，因而影響產(chǎn)品質(zhì)量。而炭粒過小會增加炭層的阻力，活化劑不易均勻通過，也達不到均勻活化的目的。

作為工業(yè)生產(chǎn)的原料，除了要求一定大小的粒度外，還要求原料顆粒大小均勻，防止不同大小的顆粒摻雜，導致活化不均勻現(xiàn)象的出現(xiàn)。

當用圓形多管爐生產(chǎn)粉狀活性炭時，一般要求用松木和松根木炭或樺木炭作為原料，木炭應在450—600攝氏度炭化制得。對原料炭的規(guī)格要求：沙、石等雜質(zhì)不超過5%，未炭化物和腐朽炭不超過5%，水分不超過15%。首先用人工除去木炭中的生炭頭和大塊雜質(zhì)，然后用雙輥軋?zhí)繖C破碎，再經(jīng)振動篩篩選，選取粒度為3—30毫米的炭粒為活化原料。

多管爐怎樣進行炭的活化？

多管爐爐體內(nèi)部用耐火磚，外面用紅磚砌成，長3.48米，寬3.38米，高7.05米。爐體四周用角鋼加固，爐膛截面：長1.95米，寬1.22米。爐膛內(nèi)裝有8條立式活化管，分成兩排，每條活化管由23個管節(jié)堆疊砌成，除頂端和底部各有一節(jié)鋼制管子外，其余各節(jié)均用耐火材料制成。每節(jié)管子內(nèi)徑15厘米，高25厘米，壁厚2厘米，活化管總高5.2米?；罨茼敳坑辛蟼}，活化管下部鋼管連接冷卻套管，煤氣分離器、出炭罐等。煤氣分離器的外側(cè)設有連接管，將煤氣送入爐膛燃燒，爐體一側(cè)的下方設有一燃燒室，燃燒室由爐膛與煙道相連，供烘爐、開爐之用。為了產(chǎn)生過熱蒸汽，在爐膛兩側(cè)壁設有蒸汽預熱室，爐體上有測溫孔、視火孔、清灰孔、二次空氣進口孔等。

進行活化時，對新開的爐，要進行烘爐操作。烘爐是保持活化爐正常運行，延長使用壽命的重要措施。新爐烘爐要嚴格按操作規(guī)程進行，要保持爐溫緩慢均勻上升，防止忽高忽低上下波動。烘爐時間大約30天，當爐溫達800攝氏度后，可開始投料，并通入蒸汽進行活化。始爐炭常?；罨煌耆?，可反復返回再活化，待活化合格后，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，加熱爐停用，封閉爐門。轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)后，爐內(nèi)熱量已達到平衡，不需要外加熱源。

一般每隔30—40分鐘卸料一次，加料一次，過熱水蒸汽在過熱室過熱到300—400攝氏度左右，由活化管上部進汽管導入作為活化劑，與炭一起由上而下流動，不斷與炭接觸，并發(fā)生一系列反應，生成的水煤氣與活化炭一起進入冷卻段，在煤氣分離器中被分離出來，送進活化管外的爐膛中燃燒產(chǎn)生熱量，維持爐溫，保證活化反應必須的熱量。

高溫活化段的爐膛溫度控制在950—1050攝氏度，通入活化管的蒸汽表壓為0.15—0.20兆帕，估計蒸汽用量為炭量的6—8倍。操作時可調(diào)節(jié)煙囪閘板以控制爐溫。

活化料的后處理

活化好的炭稱為活化料。多管爐生產(chǎn)的活化料要進行以下處理，方可成為產(chǎn)品出售。

1. 除雜與粉碎

活化料冷卻后用皮帶輸送機送往粉碎機，一般采用球磨機或萬能粉碎機進行粉碎。利用排風機的吸力將輸送帶上的活化料吸入粉碎機中，重量較大的砂、石和金屬碎片等雜質(zhì)留在輸送帶上被除去。粉碎后的炭粒度要求大于120目的不超過5%—8%，這樣得到的粉炭再進行下一步處理，或根據(jù)用戶要求直接作為成品炭出售。

2. 酸洗、水洗和脫水

炭中含有灰分和鐵鹽等雜質(zhì)，可用鹽酸洗滌除去。酸洗和水洗在酸洗池中進行。酸洗池為長方形，長1.65米，寬1.15米，深約3米，用耐酸水泥制成，再涂環(huán)氧樹脂。酸洗時，先在池內(nèi)放入少量熱水，倒入磨碎炭，再加熱水使炭全部潤濕后，加20%左右的鹽酸，用直接蒸汽加熱并攪拌，使混和均勻，然后利用真空系統(tǒng)將炭料吸入高位槽貯存，待冷卻到60攝氏度以下，放入另一酸洗池，用裝有微孔塑料管吸濾器吸濾，廢酸液通過微孔塑料管吸出，而炭被吸附在吸濾管壁上。再將吸濾器連炭一起轉(zhuǎn)入凈水池中繼續(xù)吸濾。這時，凈水通過炭層，洗去酸液和雜質(zhì)，一直洗至pH值為5—6，得到的濕炭含水分約50%，可作為成品銷售。

3. 干燥、混合與包裝

生產(chǎn)含水率10%以下的干炭時，可用洞道式干燥室干燥。濕炭裝入鋁盤中，放到小車上，推入洞道式干燥室，用70攝氏度熱空氣作為干燥介質(zhì)進行干燥。炭干燥后從另一端出口拉出，每隔兩小時拉出和推入一輛載炭小車。一定批量的干炭混合均勻后進行包裝。

多管爐生產(chǎn)粉狀活性炭的原材料消耗怎樣？多管爐有什么優(yōu)缺點？

多管爐生產(chǎn)粉狀活性炭，每噸活性炭產(chǎn)品的原材料消耗如下：

松木炭 4噸

煤 0.61噸

活化用水蒸汽 6—8噸

鹽酸 0.1噸

多管爐的優(yōu)點是：

1. 操作比較簡單，穩(wěn)定，易于控制，勞動強度小。

2. 生產(chǎn)周期短。

3. 產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，所生產(chǎn)的活性炭適合作藥用炭。

4. 可以利用活化過程中產(chǎn)生的水煤氣燃燒的熱量加熱活化爐，節(jié)約燃料，降低成本。

5. 生產(chǎn)能力大，每臺多管爐年生產(chǎn)活性炭可達150—200噸。

多管爐的缺點是：

1. 多管爐活化松木炭時質(zhì)量好，活化雜木炭時質(zhì)量較差。

2. 水蒸汽過熱的溫度較低，只能達到300攝氏度左右，影響活性炭的質(zhì)量。

3. 由于 原料木炭是通過管壁間接受熱的，因此活化管內(nèi)溫度分布不均，使原料木炭的活化程度不一致。

4. 由耐火材料制成的活化管節(jié)，若受熱不均勻，極易損壞。

燜燒法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程

將木屑炭或木炭經(jīng)粉磨、酸洗、水洗、濾干后的濕炭粉，裝在活化罐里。將含有一定量氧氣的高溫煙道氣作為活化劑，通過活化罐壁上的孔隙與罐內(nèi)木炭直接接觸進行活化，由于炭在封閉活化罐內(nèi)，用高溫煙道氣燜燒，所以習慣上稱為燜燒法。

燜燒法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程如下：

木屑由皮帶輸送機送到振動篩進行篩選，選取合格的木屑再由皮帶輸送機送到立式多槽炭化爐平臺。在炭化爐中，木屑經(jīng)炭化為木屑炭后裝入料桶，倒入球磨機進行粉碎，磨碎到100目左右，然后把磨碎炭粉倒入酸煮池中，加入干料重量15%的工業(yè)鹽酸，并通入蒸汽蒸煮4小時，然后停汽浸泡一段時間，讓炭與鹽酸作用生成的可溶性鹽類從炭中更好的擴散到液體中，把酸洗池的物料移到酸洗桶，酸洗桶下部接真空管進行抽濾，使炭與廢酸水分離。經(jīng)酸洗后的炭化品，呈很強酸性，并附有殘留的部分可溶物，必須用清水進行充分洗滌，洗至炭化品呈中性，并進行脫水。

水洗后的濕炭粉打碎后，裝入活化罐內(nèi)，每10罐一疊，最上面加蓋，用小車送入燜燒爐活化室，裝滿后關好爐門，用耐熱水泥密封，打開煙道閘門，點火升溫，在12—14小時將溫度升高到850攝氏度，在850—900攝氏度下保溫20—48小時，進行保溫活化。溫度要求穩(wěn)定，不得忽高忽低。在活化后期，要取樣化驗脫色力，達到要求后，就可出爐。打開爐門，取出活化罐，放置在空地上自行冷卻后倒出活性炭，經(jīng)混合器混合均勻，即可包裝出廠。

活化罐和燜燒爐是怎樣的？為什么能使炭活化？

活化罐是用耐火粘土50%，燃燒之硬質(zhì)粘土粉末30%，耐火磚粉20%，調(diào)成膏狀，用機械法制成內(nèi)徑140毫米，高140毫米，厚8毫米的小罐。成坯小罐陰干后，按品字形疊放于爐內(nèi)，于700攝氏度左右，經(jīng)50多小時燒成。燒成的活化罐不僅要求有一定的孔隙度，而且要有較好的強度，能經(jīng)受驟冷驟熱的考驗。

燜燒爐內(nèi)用耐火磚，外用青磚砌成，每爐一個燃燒室，用煤燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫煙道氣分成兩股從前往后通過底部煙道，再由爐后兩個火孔進入活化室，然后又由前端兩個火孔通向爐底另兩條煙道，通過整個爐底后經(jīng)垂直煙道送煙囪排空，用閘門控制煙氣流量，可控制爐內(nèi)溫度。一般4—8臺燜燒爐為1組，二組使用1個煙囪?；罨腋?500毫米，寬為1200毫米，長1700毫米，四周由耐火磚砌成，可裝活化罐700個?；罨覡t門上裝熱電偶，以便進行測量溫度。

燜燒法能使炭活化的主要原因，是由于上述配方制成的活化罐罐壁有孔隙，高溫煙道氣能通過罐壁的孔隙與炭直接接觸進行活化。據(jù)試驗，罐的孔隙率一般以30%較好，所謂孔隙率是指氣孔體積占耐火材料體積的百分率。若用鋼鐵制成活化罐，由于這種材料制成的罐壁沒有孔隙，在同樣的活化條件下，則活化效果很差。實驗還證明，煙道氣中含有一定量的氧氣對炭的活化起非常重要的作用。總之，對炭進行活化，要生產(chǎn)出高品質(zhì)和高產(chǎn)量的活性炭，必須首先具有優(yōu)質(zhì)活化罐，同時還要在生產(chǎn)過程中，隨時注意活化溫度、活化時間，以及由煙道氣帶入的空氣總量。

燜燒法的優(yōu)缺點和原材料消耗

燜燒法優(yōu)點：

1. 可使用多種原料，既可采用木屑，也可采用木炭進行生產(chǎn)，而且對材料無嚴格要求，闊葉樹木材、針葉樹木材都可應用。

2. 可生產(chǎn)的活性炭品種多，既能生產(chǎn)粉狀活性炭，又能生產(chǎn)顆?；钚蕴?。

3. 燜燒爐爐體結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，投資少，上馬快。在某些地區(qū)，建立一個規(guī)模不太大的活性炭生產(chǎn)廠，采用此法是比較適合的。

4. 用燜燒法生產(chǎn)的活性炭雜質(zhì)含量少，化學純度高，活性炭的質(zhì)量好。

5. 此法在我國的生產(chǎn)歷史較長，積累了豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗；生產(chǎn)時，可操作自如，產(chǎn)量穩(wěn)定。

燜燒法缺點：

1. 原材料消耗大，特別是煤的消耗，比多管爐活化法大十多倍，鹽酸的消耗量也較大。

2. 勞動強度大，操作條件差，燜燒爐操作屬高溫作業(yè)，體力消耗極大，特別是經(jīng)常需要用眼睛來觀察活化室中活化的情況，活化室的強光，對眼睛有損害。

3. 燜燒爐活化的生產(chǎn)周期長，一般每爐的活化時間少則30—40小時，有的需要60—70小時才能完成活化，生產(chǎn)效率較低。

4. 產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

燜燒法生產(chǎn)粉狀活性炭，每噸活性炭的主要原材料消耗如下：

木屑炭 3.5噸

工業(yè)鹽酸0.5—0.7噸

水 90—100噸

煤 8—10噸

電 900—1000度