CC BY
52
УДК 630.283:630.866
ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ОТХОДОВ ОКОРКИ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ. 3. ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ
© И.Н. Беседина', Ю.Я. Симкин, В.С. Петров
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия) e-mail: re@sibstu.kts.ru
В работе представлены результаты изучения влияния давления прессования, фракционного состава на микроструктуру, механическую прочность и сорбционные свойства активных углей из брикетов отходов сухой окорки лиственницы сибирской.
Введение
В предыдущем сообщении 2 [1] приведены результаты получения брикетов сухой окорки лиственницы сибирской и пирогенетической переработки, установлено влияние на плотность, механическую прочность «сырых» брикетов давления прессования. Приведена микроскопическая структура брикетов и угля из него. Показано, что угли из брикетов имеют перспективу использования в качестве угольных материалов.
В дальнейших исследованиях изучалась возможность получения из брикетов окорки лиственницы сибирской активных углей, влияние на свойства брикетов и углей из них фракционного состава отходов сухой окорки и давления прессования при брикетировании.
Обсуждение результатов
Угли из брикетов окорки лиственницы сибирской были проактивированы водяным паром при температуре 850°С на вращающейся лабораторной печи активации. Было рассмотрено влияние пара на микроструктуру полученных активных углей. Результаты проведенных опытов показывают, что водяной пар оказывает значительное воздействие на поверхность составных частей угольных брикетов. На рисунке 1 приведены снимки срезов, сделанные на электронном микроскопе РЭМ 100У, целых проактивированных угольных брикетов при увеличении 500, 4000 кратности.
На снимках хорошо видны «бахромчатые» края угольных осколков, подвергшихся особенно интенсивному воздействию водяного пара. Переугленные стенки каменистых клеток (рис. 16) и волокнистая часть угольного брикета (рис. 1е) имеют «бархатистые» поверхности, образующиеся в результате процесса физической активации. Здесь же необходимо отметить, что воздействие водяного пара существенно отразилось также на прочности внутренних связей в брикете, в результате чего механическая прочность брикетов при активации снизилась в 11-12 раз.
В связи с тем, что отходы окорки имеют большую полидисперсность, которая может значительно изменять качество получаемых брикетов и товарных углей из них, было изучено влияние фракционного состава на прочность активных углей и их сорбционные свойства.
Автор, с которым следует вести переписку.
Рис. 1. Микрофотографии срезов активированных углей из брикетов отходов окорки лиственницы сибирской
Как видно из результатов, представленных в таблице 1, самые непрочные активные угли получаются из брикетов, сформованных из мелких фракций отходов сухой окорки. Вместе с тем механическая прочность активных углей, полученных из неразделенных на фракции отходов окорки, мало уступает прочности активных углей из брикетов крупных фракций.
Фракционный состав отходов окорки также оказывает влияние и на сорбционные свойства активных углей, полученных из брикетов (табл. 2). Интересно отметить, что активные угли, полученные из брикетов мелкой фракции (табл. 2), в сравнении с углями, полученными из брикетов крупных фракций, наряду с меньшей кажущейся плотностью имеют и более низкие адсорбционные свойства.
Таблица 1. Влияние фракционного состава отходов окорки на прочность активных углей из брикетов
Прочность активных углей из брикетов Группа )ракций
I II III IV
На сжатие, МПа 1,5 1,9 2,2 2,0
На истирание, % 54,8 70,3 75,6 72,1
Таблица 2. Влияние фракционного состава отходов окорки на сорбционные характеристики активного
угля из брикетов
Группа фракций Суммарный объем пор по влагоемкости, см3/г Сорбционная активность по йоду, % Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г
I 1,76 67,2 239
II 1,83 70,8 264
III 1,94 76,4 265
IV 1,90 74,0 258
Эта зависимость объясняется, видимо, лучшей регулярностью капиллярно-пористой структуры брикетов крупных фракций, способствующей проникновению активирующего агента внутрь отдельных более крупных кусочков, находящихся в брикете. Отдельные же кусочки угля вследствие их большого количества в брикетах мелких фракций расположены более хаотично и отличаются большими нарушениями капиллярно-пористой структуры, особенно крупных транспортных пор, что затрудняет диффузию водяного пара внутрь брикета и вывод оттуда газообразных продуктов активации. Вместе с тем активные угли, полученные из брикетов неразделенной смеси фракций, близки по сорбционным характеристикам к активным углям из брикетов крупных фракций. Эти обстоятельства, принимая во внимание приведенные выше результаты по влиянию фракционного состава на прочность активных углей из брикетов сухой окорки, позволяют сделать вывод о ненужности предварительного разделения на фракции отходов сухой окорки перед брикетированием, т.е. вся масса отходов окорки размерами менее 20 мм. вполне пригодна для получения активного угля. Прочность активированных углей из брикетов отходов окорки значительно меньше прочности пиролизованных брикетов, мало зависит от давления прессования при брикетировании и остается на уровне 1,8-2,38 МПа на сжатие и 60-75% на истирание (табл. 2), что соизмеримо с механической прочностью промышленных древесных активных углей (активные угли марки БАУ).
Сорбционные характеристики полученных активных углей (табл. 3) равномерно снижаются с увеличением давления прессования. Это объясняется тем, что при увеличении давления прессования происходит повышенное разрушение частиц отходов окорки, что подтверждают приведенные выше снимки срезов пиролизованных брикетов (рис. 1), полученных при разных давлениях прессования. С повышением действия прессования в брикете увеличивается количество мелких частиц размерами 20100 мкм, которые плотнее заполняют промежуточные полости между крупными частицами миллиметровых размеров, затрудняя движение водяного пара при активировании. Сами крупные частицы, подвергаясь большому давлению прессования, также становятся более плотными за счет большого разрушения клеток, образующих капиллярно пористую структуру и менее доступны для молекул водяного пара, что также способствует снижению сорбционных свойств полученных из них активных углей (табл. 4).
Таким образом, результаты исследований показывают, что увеличивать давление прессования при брикетировании отходов сухой окорки более 100 МПа нерационально, так как механическая прочность получаемых активных углей с дальнейшим увеличением давления прессования практически не изменяется, в то время как их сорбционные свойства снижаются.
Таблица 3. Влияние давления прессования на прочность активных углей из брикетов
Прочность активных Давление прессования, МПа
углей из брикетов 60 100 150 200 250 300
На сжатие, МПа 1,8 2,2 2,3 2,35 2,38 2,38
На истирание, % 75 75 70 65 60 60
Таблица 4. Зависимость сорбционных свойств активированного угля из брикетов сухой окорки от
давления прессования
Давление прессования, МПа Суммарный объем пор по влагоемкости, см3/г Сорбционная активность по йоду, % Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г
60 0,98 70,1 302,4
100 0,95 66,4 290,8
150 0, 92 62,3 279,3
200 0,90 58,2 274,2
250 0,78 55,1 267,5
300 0,73 53,7 260,1
Выводы
1. При активировании углей из брикетов отходов сухой окорки воздействие водяного пара изменяет внутреннюю поверхность составных частей угольных брикетов, ослабляет связи между ними, снижает прочность на сжатие в 11-12 раз.
2. Брикеты и угли из них, полученные из крупных фракций отходов окорки, обладают наибольшей прочностью на сжатие и истирание.
3. Предварительное фракционирование отходов сухой окорки не оказывает существенного влияния на сорбционные свойства активных углей.
4. С увеличением давления прессования отходов окорки выше 100МПа прочность на сжатие получаемых из них брикетов активных углей не возрастает, а сорбционные свойства их снижаются.
Список литературы
1. Беседина И.Н., Симкин Ю.Я., Петров В.С. Получение углеродных материалов из отходов сухой окорки лиственницы сибирской. 2. Прессование отходов сухой окорки и пирогенетическая переработка полученных брикетов // Химия растительного сырья. 2002. №2. С. 67-70.
Поступило в редакцию 11 февраля 2002 г.
