一种利用半焦制备活性炭的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用半焦制备活性炭的方法，以市场上销售的半焦粒为原料，与经过预热的金属氧化物源球团混合，并一同加入回转窑一步进行半焦的炭化和活化，利用金属氧化物促进和强化炭化和活化反应。半焦与铁矿氧化球团的质量比控制在2.5∶1～5.5∶1，窑内温度控制在850～1100℃，物料在窑内停留时间为1小时～4小时。然后经冷却、干式磁选、筛分，得到活性炭粒(5～15mm)，活性炭产品产率为60‑80％，活性炭产品粒径5～15mm占78.4～81.2％，比表面积220‑310cm2/g，孔容0.22‑0.25cm3/g，灰份8.0～9.8％，碘吸附量520～630mg/g，抗压强度1210～1380N/cm2。活性炭产品质量明显优于商品活性炭。同时副产少量金属化物料。金属化物料的金属化率为92.1～95.0％，铁品位为88.6～89.2％。

Method for preparing activated carbon by using semi coke

The present invention provides a method for preparing activated carbon using semi coke system, semi coke market sales of grain as raw materials, and the preheated metal oxide pellet and mixed source, join the rotary kiln step semi coke carbonization and activation, using metal oxide promote and strengthen the carbonization and activation reaction. The mass ratio of semi coke and iron ore pellet is controlled at 2.5: 1 ~ 5.5: the temperature in the kiln is controlled at a temperature of between 850 and 1100 DEG C, and the residence time of the material in the kiln is from 1 hours to about 4 hours. After cooling, the dry magnetic separation and sieving by activated carbon particle (5 ~ 15mm), the activated carbon product yield was 60 80%, activated carbon particle size 5 ~ 15mm 78.4 ~ 81.2%, the specific surface area of 220 310cm2/g, pore volume of 0.22 0.25cm3/g, ash 8 ~ 9.8%, 520 ~ iodine adsorption capacity 630mg /g, the compressive strength of 1210 ~ 1380N/cm2. The product quality of activated carbon was better than that of activated carbon. At the same time, a small amount of by-product metal materials. The metallization rate of metallized materials is 92.1 to 95%, and the iron grade is from 88.6 to 89.2%.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活性炭制备
，具体涉及一种利用半焦和金属氧化物源制备活性炭的方法。
技术介绍
钢铁工业是我国重要的基础产业，但也是工业污染的大户之一，钢铁行业SO2排放总量为200万吨，占当年全国SO2排放总量的9.4％；钢铁行业NOX排放总量为54万吨，占当年全国NOX排放总量的2.3％。烧结是钢铁生产的重要工序之一，烧结厂SO2排放量占钢铁企业SO2排放总量的40％～60％，NOX排放量占钢铁企业NOX排放总量的48％左右。因此，严格控制烧结生产工艺中SO2和NOX排放量是一项十分迫切的任务。活性炭法是实现同时脱硫脱硝的主要工艺之一，太原钢铁有限公司及宝钢湛江钢铁在450m2烧结机上采用活性炭法对烟气进行脱硫脱硝，脱硫率达95％以上，单级活性炭脱硝的脱硝率为40％左右。活性炭法脱硫工艺成熟，脱硫率高，但存在投资大，脱硝率低，活性炭价格相对较高，活性炭因其机械强度低而损耗高，运行费用较高等不足。活性炭一般是以优质煤或果壳为原料，经过加工成型、炭化、活化等工艺过程制成的一种多孔性炭素物质。它具有一定的机械强度，很大的比表面积和极强的吸附性能。能脱色、脱臭、脱硫、脱苯，还能选择性地脱除液相或气相中某些化学杂质和机械杂质。也能吸附某些催化剂，使化学反应速度大大加快，是良好的催化剂载体。因此活性炭在国防、化工、石油、纺织、食品、医药、原子能工业、城市建设、环境保护以及人类生活的各个方面都有着广泛的用途。因此，世界活性炭产业发展迅速，我国平均年增长率15％，出口量已超过美国和日本，居世界首位。目前世界活性炭产量为70万吨，我国已达26万吨。半焦是由煤低温干馏所得的可燃固体产物，产率约为原料煤的50％～70％。色黑多孔，主要成分是碳、灰分和挥发分。其灰分含量取决于原料煤质，挥发分含量约5％～20％(质量)。是很好的高热值无烟燃料，主要用作工业或民用燃料，也用于合成气、电石及硅铁生产等，少量用作铜矿或磷矿等冶炼时的还原剂，此外也用作炼焦配煤。到2012年底，我国半焦产能已达8500万吨，实际产量4800万吨。主要用户电石和硅铁生产厂市场容量仅为2800万吨，导致半焦产量严重过剩，价格低廉。常规活性炭一般是以优质煤或果壳半焦为原料，经过加工成型、炭化、活化等工艺过程制成的一种多孔性炭素物质。它具有一定的机械强度，很大的比表面积和极强的吸附性能。以半焦为原料制备活性炭时，通常还需对半焦进行碱浸预处理除灰，提高其活性，再经加粘结剂成型、炭化、活化等工序制备成活性炭。尽管活性炭法已成功用于烟气脱硫脱硝，但是，活性炭制备工艺还存在以下缺点：(1)生产工艺流程长，需经过加粘结剂成型、炭化、活化等多个步骤，其生产成本高导致活性炭价格目前相对较高；(2)活性炭机械强度低，在吸附、再生、往返使用中损耗大；(3)活性炭挥发分较低，不利于脱硝。
技术实现思路
为解决现有活性炭制备流程长、工艺复杂、成本高、且产品机械强度差等技术问题，本专利技术提供了一种利用半焦制备活性炭(活性焦)的方法，旨在简化制备工艺、降低制备成本，提升制得的活性炭的吸附性能及机械强度，提高该工艺的竞争力。一种利用半焦制备活性炭的方法，将质量比为2.5∶1～5.5∶1的半焦、金属氧化物源在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。本专利技术人发现，在所述的焙烧温度、半焦/金属氧化物源质量比的协同下，有助于制备得到具有良好吸附性能和机械性能的活性炭(活性焦)；且所述的活性炭的收率高。本专利技术中，在所述的制备条件下，半焦同步进行炭化和活化，有助于大大缩减制备工艺过程，同时副产的金属化物可循环使用，促进和强化活性炭制备进而明显缩减制备成本。本专利技术人发现，对半焦和金属氧化物源的质量比和焙烧温度进行调控，有助于进一步调控活性炭中的微孔数量及孔径大小；进而进一步提升活性炭的收率、改善制得的活性炭的吸附性能和机械强度。本专利技术人发现，在该优选范围内，配合所述的焙烧温度，制得的活性炭产率、吸附性能最佳。通过研究还发现，所述的质量比过低，例如低于所述的优选范围的下限，活性炭收率低、吸附性能和机械强度下降，活性炭质量均下降。然而，质量比过高，例如高于所述优选范围的上限，活性效果变差、吸附性能下降，活性炭质量也会下降。本专利技术中，焙烧过程优选在回转窑内进行，可使所述的半焦与金属氧化物源充分接触，促进炭化和活化。作为优选，焙烧过程的温度为900～1050℃。本专利技术人发现，在该优选的温度范围内，炭化和活化反应速度更快，炭化和活化程度更高，活性炭产率和收率、吸附性能更佳，活性炭强度更高。若温度偏低，炭化和活化反应速度慢，炭化和活化程度低，活性炭产率和收率、吸附性能差，机械强度下降。若温度过高，微孔兼并，吸附性能反而变差。作为优选，所述的金属氧化物源为可与CO和/或C进行还原反应生成CO2的金属氧化物和/或包含金属氧化物的矿石。还原反应生成的CO2又可通过与炭反应生成CO而加速半焦中炭的活化。作为优选，所述的金属氧化物源为铁、铬、锰、钴、镍、钒、钛中至少一种金属的氧化物，和/或包含所述氧化物中至少一种的矿石。本专利技术中，所述的金属氧化物源为铁的氧化物、铬的氧化物、锰的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钒的氧化物、钛的氧化物中的至少一种；和/或包含铁的氧化物、铬的氧化物、锰的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钒的氧化物、钛的氧化物中的至少一种的矿石。作为优选，所述的金属氧化物源为含Fe2O3、Fe3O4、氧化锰、氧化钒、氧化钛、氧化镍、氧化钴、氧化铬等至少一种的矿石。进一步优选，所述的金属氧化物源为铁的氧化物和/或包含铁的氧化物的矿石。本专利技术人发现，所优选的铁的氧化物以及矿石来源广泛、价格便宜、且易于与活性炭分离。本专利技术中，所述的包含铁的氧化物的矿石可优选含铁的氧化矿，作为优选，所述的包含铁的氧化物的矿石为磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、钒钛磁铁矿、高铁锰矿、铬铁矿、红土镍矿等中的至少一种。本专利技术中，所述的金属氧化物源可选取金属氧化物源的球团。作为优选，所述的金属氧化物源的球团的粒径为5～16mm。本专利技术中，采用所述优选粒径的金属氧化物源的球团有助于焙烧产物的分离。采用的球团的粒径小于所述的下限，例如采用金属氧化物源粉料或小粒径金属氧化物源球团，活性炭分离困难，容易导致活性炭中金属氧化物源夹杂量升高、纯度下降。例如，本专利技术所述的金属氧化物源可选用粒径为5～16mm的商品铁矿氧化球团(铁矿的球团)。作为优选，所述的包含铁的氧化物的矿石(本专利技术也简称铁矿)中铁品位为64.5％以上。本专利技术中，高于所述铁品位的铁矿对炭的活化效果更有利，且金属化物料(直接还原铁)纯度越高、附加值越大，越有利于循环使用。本专利技术中，所述的半焦可为现有的廉价的块状半焦，优选的半焦粒径为5～20mm。作为优选，所述的金属氧化物源焙烧前预热至400～900℃。本专利技术中，所述的金属氧化物源在焙烧前优选在氧化气氛下预热至所述的温度。作为优选，焙烧副产的金属化物料在氧化气氛下预热，随后将预热产物循环套用至焙烧过程。预热所述的金属氧化物源可采用来自回转窑焙烧产生的高温烟气，或通过副产的金属化物料中的金属单质氧化放热而升温，有助于节省能耗，而且金属化物料中的金属重新转变为氧化物，具有良好的还原性，可在炭化和活化过程中加快金属氧化物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用半焦制备活性炭的方法，其特征在于，将质量比为2.5∶1～5.5∶1的半焦、金属氧化物源在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用半焦制备活性炭的方法，其特征在于，将质量比为2.5∶1～5.5∶1的半焦、金属氧化物源在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。2.如权利要求1所述的利用半焦制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为铁、铬、锰、钴、镍、钒、钛中至少一种金属的氧化物，和/或包含所述氧化物中至少一种的矿石。3.如权利要求2所述的利用半焦制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为含Fe2O3、Fe3O4、氧化锰、氧化钒、氧化钛、氧化镍、氧化钴、氧化铬等至少一种的矿石。4.如权利要求1～3任一项所述的利用半焦制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为铁的氧化物和/或包含铁的氧化物的矿石。5.如权利要求4所述的利用半焦制备活性炭的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德庆，潘建，郭正启，李启厚，李紫云，师本敬，梁钟仁，薛钰霄，徐孟杰，刘新奇，田红宇，鲁胜虎，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43