Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО АКТИВНОГО УГЛЯ

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способам получения гранулированных активных углей, и может быть использовано для получения активных углей (АУ), применяемых для очистки газов и жидкостей от вредных примесей. Особенно актуальна проблема очистки от остатков флотационных реагентов оборотных вод обогатительных фабрик, что, с одной стороны, увеличивает эффективность выделения концентрата руды, а с другой стороны, решает проблемы экологического плана.

Известен способ получения гранулированного активного угля, включающий смешение измельченного каменноугольного сырья и смоляного связующего, гранулирование полученной композиции, охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул сначала со скоростью нагревания 10-25°C/мин в течение 12-24 минут, а затем со скоростью нагревания 2-5°C/мин до температуры 450-650°C и их активацию при температуре 850-950°C до развития суммарного объема пор 0,6-0,9 см³/г (см. а.с. СССР №1836288, кл. C01B 31/08, опубл. 03.09.91 г.).

Недостатком известного способа является низкая механическая прочность гранул и низкий выход готового продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является выбранный за прототип способ получения гранулированного активного угля (ГАУ), включающий измельчение каменноугольного сырья, смешение его со смоляным связующим и легирующей добавкой неонола в количестве 0,8-3,5% масс., гранулирование композиции, охлаждение гранул до комнатной температуры, карбонизацию гранул со скоростью нагревания 10-25°C/мин в течение 12-24 мин, а затем со скоростью нагревания 2-5°C/мин до достижения температуры 450-650°C, после чего ведут активацию смесью водяного пара и углекислого газа при температуре 850-950°C; полученный АУ охлаждают, высевают фракцию 1,5-3,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта (см. Пат. РФ №2162056, кл.C01B 31/08, опубл. 20.01.2001 г.).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная способность получаемого ГАУ при очистке воды от флотационных реагентов, таких как бутиловый ксантогенат калия (измеренная нами динамическим способом адсорбционная способность по БКК при извлечении его из воды не превышала 35 мг/г).

Задачей изобретения является получение ГАУ с высокой адсорбционной способностью по флотационному реагенту - бутиловому ксантогенату калия (БКК).

Легирующие добавки широко применяются в технологии пластмасс, существенно улучшая те или иные их эксплуатационные характеристики. Так, в частности, известно, что полиметилфенилсилоксаны широко применяются в качестве связующего при приготовлении пластических масс, позволяя создавать нужную структуру материала.

Поставленная задача достигается предложенным способом, включающим измельчение каменноугольного сырья, смешение его со смоляным связующим и легирующей добавкой, гранулирование композиции, охлаждение гранул, их карбонизацию при 450-650°C и парогазовую активацию при 850-950°C, где дополнительно содержится в качестве легирующей добавки в угольно-смоляную композицию тристриметилсилоксифенилсилан (ТМСФС) в количестве 2,3-4,0% масс.

Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что в качестве легирующей добавки в угольно-смоляную композицию вводят тристриметилсилоксифенилсилан (ТМСФС) в количестве 2,3-4,0% масс.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ получения ГАУ, в котором в качестве легирующей добавки в угольно-смоляную композицию вводят ТМСФС в количестве 2,3-4,0% масс.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что ТМСФС, являясь кремнийорганическим гетероцепным полимером со следующей формулой: C₆H₅-Si=[-O-Si=(CH₃)₃]₃, улучшая реологию паст, уплотняет структуру «сырых» гранул при их охлаждении до комнатной температуры. В результате на стадии карбонизации формируется большое количество кристаллитов, и лишь незначительная часть углерода остается в аморфной форме. Это при проведении активации в тех же стандартных условиях позволяет развить в активном угле большую долю микропор в суммарном объеме пор и, следовательно, повысить адсорбционные свойства ГАУ по высокомолекулярным органическим примесям в оборотных и сточных водах.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут каменный уголь марки СС (ГОСТ P 51588-2000) и измельчают его в шаровой мельнице до размера частиц (тонина помола) менее 100 мкм. Полученную угольную пыль дозируют в смеситель-гранулятор и включают перемешивающие лопасти. Затем туда же дозируют одновременно смоляное связующее - каменноугольную смолу (КУС) (ТУ 14-7-100-89) марки A и легирующую добавку ТМСФС (ТУ 6-02-1233-82).

При этом выдерживают следующее соотношение компонентов:

Перемешивание продолжают 12-15 мин при температуре 40-60°C. Полученную композицию гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм. Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25°C), измельчают до частиц с соотношением длины к диаметру гранул, равным 3-6, и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся электропечи. При карбонизации сначала скорость нагревания поддерживают равной 10-25°C/мин в течение 12-24 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 2-5°C/мин до достижения температуры 450-650°C. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 850-950°C до суммарного объема пор 0,8-1,2 см³/г. Активный уголь охлаждают, отсеивают фракцию 1,0-2,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта.

Для оценки адсорбционной способности выбран бутиловый ксантогенат калия (БКК), т.к. он имеет нейтральный заряд и поэтому плохо сорбируется из воды при малых концентрациях.

Адсорбционную способность полученных ГАУ определяли динамическим методом путем пропускания раствора БКК в концентрации 20 мг/дм³ через слой АУ длиной 50 см при диаметре динамической трубки 15 см. Проскок БКК фиксировали хроматографически, после чего рассчитывали адсорбционную способность ГАУ по формуле

,

где A_∂ - адсорбционная способность ГАУ в динамических условиях, мг/г;

C_исх - исходная концентрация БКК, равная 20 мг/дм³;

V - объем пропущенного раствора, дм³;

A - количество АУ в динамической трубке, г.

Адсорбционная способность в динамических условиях для ГАУ, полученного по предлагаемому способу, составила от 150 до 200 мг/г по БКК при извлечении его из воды.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

Берут 2,4 кг каменного угля марки CC и измельчают его в шаровой мельнице до размера частиц <100 мкм. Полученную угольную пыль дозируют в смеситель-гранулятор и включают перемешивающие лопасти. Затем дозируют одновременно 0,96 кг каменноугольной смолы и 0,079 кг (79 г) ТМСФС. Состав композиции: каменного угля - 69,7%, каменноугольной смолы - 28,0%, ТМСФС - 2,3%.

Перемешивание ведут 15 мин при температуре 40°C. Полученную композицию гранулируют через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм. Сформованные гранулы охлаждают до комнатной температуры (15-25°C), измельчают до частиц с соотношением длины к диаметру гранул, равным 3-5, и подают на карбонизацию, которую проводят в барабанной вращающейся электропечи. При карбонизации сначала скорость нагревания поддерживают равной 25°C/мин в течение 12 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 5°C/мин до достижения температуры 450°C. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 850°C до суммарного объема пор 1,2 см³/г. Активный уголь охлаждают, отсеивают фракцию 1,0-2,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта.

Полученный ГАУ имел адсорбционную способность по БКК при извлечений его из воды 150 мг/г.

Пример 2

В последовательности, охарактеризованной в примере 1, в сырьевую композицию вводят каменного угля 2,4 кг, каменноугольной смолы 1,09 кг и 0,145 кг (145 г) ТМСФС, при этом состав композиции следующий: каменного угля - 66,0%, каменноугольной смолы - 30,0% и ТМСФС - 4,0%.

Перемешивание сырья проводят в течение 12 мин при температуре 60°C. Полученную композицию гранулируют, гранулы охлаждают и измельчают, как в примере 1. При их карбонизации в барабанной вращающейся электропечи сначала скорость нагревания поддерживают равной 10°C/мин в течение 24 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 2°C/мин до достижения температуры 650°C. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 950°C до суммарного объема пор 0,8 см³/г. Активный уголь охлаждают, отсеивают фракцию 1,0-2,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта.

Полученный ГАУ имел адсорбционную способность по БКК при извлечении его из воды 180 мг/г.

Пример 3

В последовательности, охарактеризованной в примере 1, в сырьевую композицию вводят каменного угля 2,4 кг, каменноугольной смолы 1,02 кг и 0,098 кг (98 г) ТМСФС, при этом состав композиции следующий: каменного угля - 68,2%, каменноугольной смолы - 29,0% и ТМСФС - 2,8%.

Перемешивание сырья проводят в течение 14 мин при температуре 50°C. Полученную композицию гранулируют, гранулы охлаждают и измельчают, как в примере 1. При их карбонизации в барабанной вращающейся электропечи сначала скорость нагревания поддерживают равной 15°C/мин в течение 18 минут за счет горения летучих веществ и поддержания факела пламени, а затем поддерживают скорость нагревания 3°C/мин до достижения температуры 525°C. Активацию проводят во вращающейся или шахтной печи смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 900°C до суммарного объема пор 1,0 см³/г. Активный уголь охлаждают, отсеивают фракцию 1,0-2,0 мм и проводят определение показателей качества готового продукта.

Полученный ГАУ имел адсорбционную способность по БКК при извлечении его из воды 200 мг/г.

Выполненные нами исследования показали, что ГАУ, полученный по известному способу (Пат. РФ №2162056), имеет адсорбционную способность по БКК при извлечении его из воды, измеренную динамическим способом, в пределах 30-35 мг/г.

Экспериментальные исследования показали, что если количество вводимой добавки ТМСФС менее 2,3% масс, то не происходит значительного уплотнения композиции на стадии грануляции и охлаждения (вылеживания) и в активном угле доля микропор мала и составляет всего 0,20-0,22 см³/г, в то время как в случае оптимального количества добавки ТМСФС доля микропор высока и составляет для ГАУ на каменноугольной основе 0,28-0,32 см³/г, что и приводит к повышению его адсорбционной способности. Если же количество вводимой добавки ТМСФС возрастает более 4,0%, то начинает падать механическая прочность гранул за счет уменьшения связи уголь-смола до 60-64%, а при оптимальном количестве добавки ТМСФС она высока и находится в пределах 87-90%.

Таким образом, из изложенного выше следует, что каждый из признаков в изложенной их совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики решения заявленной задачи изобретения.