Применение древесного  угля.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Из чего производят древесный уголь?.

    Где применяется древесный уголь?.

В качестве топлива для каминов, мангалов.

В основном древесный уголь применяется в промышленности

Антикоррозионные  порошки и смазки.

Производство дымных посохов.

Производство электроугольных изделий.

Древесный уголь как наполнитель  пластмасс.

Как сырье для производства активированных углей;

Области применения  активных   углей.

Об активных углях.

Применение активированных углей в народном хозяйстве. Свойства и технология активных углей.  

Из чего производят древесный уголь?

Из любых пород древесины и отходов ее переработки. Для получения качественного угля используются твердые сорта древесины (береза, дуб, бук, ясень, граб, акация и другие).

Древесный уголь является производным экологически чистого сырья древесины и отходов ее переработки.

Древесный уголь соответствует ГОСТу 7657-84. В свою очередь данный ГОСТ разделяется по маркам (А, Б) и сортам (1,2,3).

Кратко технический анализ древесного угля, произведенного по нашим технологиям, сырьевым материалом является дуб:

 

Влажность (не менее) 4 %

Зольность (не менее) 3 %

Плотность  (не менее) 0,37 г/см³

Содержание углерода (не менее)  85 %

Где применяется древесный уголь?

В качестве топлива для каминов, мангалов

и т.п. устройств, так как в отличие от обычного топлива (например: дров), древесный уголь практически не образует дыма и открытого пламени, если правильно производить розжиг. Древесный уголь дает только необходимую температуру - жар. Причем для приготовления различных блюд не требуется ждать, когда дрова перегорят - ведь древесный уголь это уже готовое топливо.

Древесный уголь в частности прекрасно подходит для приготовления блюд на гриле, мангале и т.д.

В промышленности:

Применяется древесный уголь в цветной металлургии (например, для получения алюминия, бора и т.д.); в производстве чистого кремния, который используется для получения полупроводников; в химической промышленности; как каминное топливо (за рубежом) и т.д. В металлургии, например, как восстановитель (в древесном угле большое содержание углерода). В производстве стекла, хрусталя, красок, электродов, пластмасс.

 

При получении древесного угля образуются жидкие побочные продукты в виде древесной смолы (дегтя), из которой получают: скипидар, пищевую уксусную кислоту, канифоль, метиловый спирт, спиртовые растворители и т.д.

Как кормовая добавка в животноводстве;

Как изоляционный материал при строительстве, так как древесный уголь очень гигроскопичен и хорошо поглощает запахи;

Для производства антикоррозионных  порошков и смазок

Древесный уголь находит применение в приборостроении и в полиграфическом производстве, где он используется для шлифовки и полировки деталей и форм. Наиболее пригоден для этих целей уголь из мягколиственных пород .древесины (сосна, тополь и тд.), получаемый         по специальному технологическому режиму. В машиностроении в ряде случаев употребляется твердая смазка, главным образом графитовая. Древесный    уголь вследствие малого содержания в нем золы и загрязнений также может быть использован для производства указанной смазки. Для этого уголь смешивается с осадочной смолой,, прокаливается при температуре 1400-1500°С, а затем обрабатывается марганцово-кислым калием, серной кислотой или танином.

Производство дымных порохов

В производстве дымных порохов применяется уголь преимущественно из древесины ольхи или крушины с содержанием углерода 72-80%. Порохи, приготовленные на основе углей из других пород древесины, труднее воспламеняются, поэтому использование иных видов угля не практикуется. На скорость горения пороха влияет количество угля и содержание в угле углерода. При увеличении количества угля скорость            горения пороха снижается, а при увеличении содержания углерода в угле - возрастает.

В состав порохов древесный уголь входит в количестве от 12 до 20%. Так, охотничьи порохи содержат угля  14-16%,  шнуровой порох -  12%,  бессерный -20% и т.д.

Производство электроугольных изделий

Электроугольные изделия изготовляют из чистых углеродистых материалов, таких, как нефтяной и пековый кокс, графит сажа, древесный уголь и т.п., смешением с каменноугольной смолой или пеком. Эти изделия применяются во многих отраслях народного хозяйства. Они используются в электрооборудовании различных двигателей, в электрических машинах, для термических целей, в электровакуумной технике и т.д. Сюда относятся все виды угольных сопротивлений, различные контакты, щетки, изделия для техники связи и многие другие предметы.

Древесный уголь как наполнитель  пластмасс

Древесный уголь может быть использован в качестве наполнителя пластмасс. К пластикам такого типа, где наполнителем служит порошкообразный углеродистый материал, принадлежат, например, некоторые марки фаолита, прессовочные материалы           специального назначения и др. В этих пластмассах уголь может заменить дорогостоящий и дефицитный графит.

Древесный уголь, как уже отмечалось,      является малозольным материалом, очень чистым по наличию посторонних примесей. Он устойчив в химически агрессивных средах и достаточно теплостоек. Уголь-сырец обладает высоким удельным электрическим сопротивлением. При прокаливании угля его электропроводность быстро возрастает, поэтому, прокаливая уголь до разных температур и используя некоторые добавки, можно получать изделия с заданными диэлектрическими свойствами. Прокаленный древесный уголь приобретает значительную адсорбционную активность, что усиливает его главную служебную функцию кок наполнителя — адсорбционное упрочение изделия. В основе этой функции лежит изменение механических свойств жидкостей вблизи твердых поверхностей. Молекулы  растворенной смолы возле поверхности твердой частицы угля ориентируются под действием адсорбционных сил притяжения. Жидкость вокруг частицы приобретает упорядоченную структуру, ее механические свойства при этом сильно изменяются. При затвердевании эта структура сохраняется и физико—механические свойства

образовавшегося твердого тела улучшаются. В производстве неответственных изделий могут быть использованы отходы древесно-угольного производства, т.е. угольная мелочь и пыль, не везде находившие эффективное применение. Угольная мелочь отличается от  товарного угля несколько повышенной зольностью, но ( это обстоятельство может повлиять только на кислотоупорность изделий, не отражаясь на других    свойствах.

Связуюшим  для древесно-угольных пластиков      могут служить фенолформальдегидная и  фурфуролальдегицная и некоторые  другие смолы. В композицию    пресс материалов может входить и древесно-смоляной пек,       присутствие которого в небольших количествах     улучшает пластичность изделий. 

Техническая   характеристика древесно-угольных пластиков представлена в таблице.

Физико-химические и механические свойства

Материал	Плотность, г/см3	Теплостой­кость по    Мартенсу,  С	Удельная ударная вязкость, кг/см/см2	Предел проч­ности - при из­гибе, кгс/см2
Фаолит  I Древесноугольные пластики	1,50-1,67 1,30-1,38	100 130-170	3,3-3,5 3,0-3,8	400-600 500-570

 

В условиях лесопарковых хозяйств древесный уголь в виде крошки может применяться для внесения в почву, для улучшения ее структуры на участках с высокой стадией рекреационной дигрессии.

 

Как сырье для производства активированных углей;

 

 

 Активные   угли  – пористые углеродные тела, создающие при контакте с газообразной или жидкой средой значительную площадь поверхности для протекания сорбционного процесса.

Области применения  активных   углей.

Химическая промышленность:

Очистка органических кислот

Адсорбция органических соединений из растворов

Рекуперация органических растворителей

Адсорбция паров и газов органических веществ

Очистка минеральных масел

Очистка электролитов, гальванопроизводство

Изготовление электродов

Основа палладиевого катализатора

Основа катализатора для синтеза винилхлорида

Основа катализатора для синтеза винилацетата

Пищевая промышленность:

Очистка ликероводочных изделий

Обесцвечивание сахарных сиропов

Очистка крахмалопаточных растворов

Очистка ксилита и ксилитана

Производство органических кислот (лимонная, молочная и др.)

Очистка и отделка растительного и животного масла и жиров

Фармацевтическая промышленность:

Очистка ликероводочных изделий

Слабоалкогольных и газированных напитков

Очистка крахмалопаточных растворов, глюкозы, глюкозо-галактозных сиропов, лактулозы

Осветление и дезодорация пищевых масел и жиров

Производство лимонной, молочной, пропионовой и др. органических кислот

Обесцвечивание сахарных сиропов, ксилита

Производство карамели

Очистка растворов при производстве мед препаратов

Производство синтетического каучука и поливинилхлоридных смол

Основа при изготовлении катализаторов

Очистка паров и газов

Сероочистка и очистка технологических растворов при добыче и переработке газа

Очистка растворов, паров, газов при переработке нефти

Производство минеральных масел, химреактивов и лакокрасочных изделий

Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов

Извлечение золота из цианистых пульп и других растворов

Очистка парового конденсата и котловых вод

Очистка промышленных газов и вентвыбросов

Гемосорбент для медицинской промышленности

Носитель БАВ

Производство антибиотиков

Производство кровезаменителей

Производство угольных таблеток

Производство глюконата кальция, хлористого натрия

Производство таблеток «Аллохол»

Производство церебролизина

Производство гепарина

Производство стекловидного тела

Топливно-энергетическая промышленность:

Очистка парового конденсата

Очистка оборотных вод

Нефте-газодобывающая и перерабатывающая промышленность:

Сероочистка и очистка технологических растворов при добыче и переработке газа

Очистка растворов, паров, газов при переработке нефти

Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов

Металлургическая промышленность:

Флотация руд полезных ископаемых

Извлечение драгоценных металлов

Охрана окружающей среды:

Подготовка питьевой воды

Снаряжение фильтров доочистки питьевой воды

Очистка сточных вод

Очистка вентвыбросов и воздуха от вредных газов

 

Об активных углях

Активированный уголь (AC – activated carbon) предназначен для удаления растворенных органических веществ и улучшения вкусовых качеств воды (удаление запахов и привкусов).

 

Углесодержащие вещества активируются высокотемпературным (800-1000°C) паром или обезвоживающими химикатами. Химическая активация заключается в нагреве исходного материала до 400-500°C в присутствии сильного химического обезвоживающего агента (фосфорная кислота, хлорид цинка или др.). Большинство материалов после этого подвергается кислотной промывке. Кислотная промывка удаляет металлы, золу и другие растворимые в воде примеси (например, кремний), которые могут вымываться при эксплуатации.

 

Активированный уголь – это адсорбент. Свойства адсорбента зависят от:

– площади поверхности,

– размера пор,

– структуры распределения пор.

 

Адсорбируемое вещество – это вещество, которое должно быть адсорбировано (удалено из воды). Очень важно знать характеристики адсорбируемого вещества, так как по ним можно установить размеры и конфигурацию молекул адсорбируемого вещества. Знать размеры молекул важно по трем причинам: с ростом размеров молекул падает растворимость вещества; с ростом размеров молекул падает адсорбция, так как молекулы не могут проникнуть в поры адсорбента; чем больше молекулы, тем больше требуется времени для их прохождения в поры.

Применение активированных углей в народном хозяйстве. Свойства и технология активных углей

Активированные угли находят широкое применение в народном хозяйстве. Они используются при обработке и очистке всевозможных жидкостей и растворов, при разделении газовых смесей или очистке газов и воздуха, нередко служат носителями катализаторов          в различного рода химических реакциях. Возможность применения активированного угля для очистки паточных, глюкозных сиропов находится            в прямой зависимости от его обесцвечивающей способности и адсорбционных свойств по отношению к растворимым белкам. Обесцвечивающие свойства угля при этом могут значительно колебаться - от 70 до 150% по отношению к стандартным. Не менее важным показателем является зернение угля и особенно отсутствие в нем коллоидных частиц, способных проходить через фильтр вместе с сиропом. Общий расход стандартного активированного угля на очистку сиропа составляет  0,4-0,6% к массе вырабатываемой патоки. В случае применения угля с низкой обесцвечивающей способностью его расход может возрастать в два—три раза,

В технологии сахарного производства активированные угли используются для обесцвечивания сахарных соков и особенно рафинируемых масс и желтых песков.

В крахмало - паточном и сахарном производствах кроме обычных обесцвечивающих углей применяются также иониты, являющиеся полярными адсорбентами, в то время как активированные угли обычно неполярны. Однако между этими крайними формами существует целый ряд переходных, у которых могут проявляться в разной степени и те и другие свойство, поэтому апсорбент выбирается в каждом отдельном случае в зависимости от преследуемых целей.

В фармацевтической промышленности обесцвечивающие угли используются для очистки различных растворов. Для этих целей требуются активированные угли особой чистоты, освобожденные от посторонних примесей. Так, содержание железа не должно превышать 0,05%. Такие же высокие требования по чистоте предъявляются углям, используемым в медицине и в ветеринарии, где они принимаются в качестве внутреннего средства для устранения брожения в кишечнике и при других расстройствах деятельности кишечно-желудочного тракта.

Применение древесного угля в качестве добавки к корму животных известно давно. Обычный уголь малоактивен и практически не поглотает паров и газов, т.е. обладает сравнительно невысокими адсорбционными свойствами. Применение такого угля для подкормки животных не может дать требуемого эффекта, для этой цели целесообразнее применять активированный древесный уголь. Введенный в пищевой рацион животных активированный уголь энергично поглотает газы, образующиеся в пищеварительном тракте, уничтожает нежелательные процессы брожения, содействует правильному пищеварению и создает благоприятные условия для повышения массы животных и для увеличения удойности молочного скота.

Потребность в активированном угле для животноводства, вероятно, будет повышаться при увеличении использования концентрированных кормов.

Помимо способности поглощать большие объемы газов, активированный медицинский уголь обладает свойством адсорбировать бактерии и тем самым препятствует распространению их в организме. Он также поглощает бактериальные яды и другие ядовитые вещества, попадающие в кишечник или образующиеся в нем. Будучи погруженным в воду, этот уголь адсорбирует микрофлору, способствуя обезвреживанию воды.

При очистке жиров, масел, нефтепродуктов активированный уголь чаше применяется совместно с активированной отбельной землей. Такое же совместное применение угля практикуется при осветлении плодово-ягодных вин, в водочном производстве, в пивоварении. В этих случаях активированный уголь комбинируется с такими веществами, как, например, бентонит, желатин, танин и цр.

Успешно используются адсорбционные свойства угля для очистки газов и воздуха от вредных примесей, для улавливания паров ценных растворителей и возвращения их в производство.

Большая удельная поверхность и повышенная адсорбционная энергия поверхности делают активированный уголь хорошим материалом для нанесения на его поверхность различного рода катализаторов, совместно с которыми он участвует в катализе многих химических реакций, например в гетерогенном катализе при проведении окислительно-восстановительных реакций, в реакциях полимеризации, гидратации и крекинга.

Большое количество активированного угля используется для очистки природных и сточных промышленных вод.

Адсорбция органических веществ из сточных              вод позволяет удалить из воды соединения, обусловливающие такие показатели, как величина биологической потребности кислорода (ВПК), химической потребности кислорода (ХПК), цветность, запах и т.д.

Известно, что биохимические методы очистки сточных вод эффективны при удалении легко или сравнительно легко разрушающихся органических веществ      и менее   пригодны    для удаления устойчивых        веществ, определяющих величину ХПК.  Рекомендуемые      для этой цели методы:  обратный осмос,        вымораживание, дистилляция и т.п.  не  разработаны  до той          степени,

которая обеспечивала бы эффективное  применение       их для доочистки стоков.   Не во всех случаях можно   при менять и химическое окисление органических веществ. Использование активированного угля в качестве   адсорбента стойких органических веществ позволяет   организовать очистку сточных вод с  достаточно   высокой  экономической эффективностью.

Сорбционная емкость угля зависит от рH воды и  увеличивается с его понижением. При рН больше 9 она оказывается довольно низкой. Уменьшение размеров пор или их засорение, естественно, оказывает отрицательное действие на сорбционную емкость угля. На этом основании очищаемая вода должна быть достаточно хорошо отделена от механических взвесей. Качество очищенной воды зависит также от продолжительности контакта воды с углем и способа подачи ее в фильтр. В зависимости от требуемого качества очистки рекомендуется принимать период  контакта 15-35 мин. Оптимальный период контакта  определяют, исходя из экономических соображений: меньший период контакта обусловливает повышенные эксплуатационные расходы; наоборот, увеличение длительности снижает расходы на эксплуатацию, но увеличивает капитальные затраты. Эффективность очистки сточных вод с использованием активированного угля повышается в случае включения в схему предварительной очистки воды на фильтрах смешанного типа, заполненных углем        и песком. В свою очередь, уголь должен обладать высокими механическими свойствами, в противном случае    он будет разрушаться при регенерации. В США для очистки сточных вод применяется в основном гранулированный активированный уголь следующих параметров:

 

Общая поверхность,  м2/г  ……………….....     950-1500

Плотность,  кг/м _ ………….……….....…....            0,415

Плотность частиц в воде,  г/см3   …………..         1,3 - 1,4

Средний размер частиц, мм ...………………            1,5 - 1,7

Йодное число,  не  менее  …………………...       900

Абразивное число .........……………………             70

Содержание золы,  %,  не  более ……………            8

Влажность,   %,  не  более ....………………..          2

Сорбционная емкость такого угля при очистке составляет 0,5 кг на килограмм угля.

Снижение содержания органических вешеств при величине ХПК сточной воды, поступающей на очистку,  19-З0 мг/л составляет 50-63%, а по показателю метиленовой сини очистка достигает  60-90%.

Естественно, что в процессе эксплуатации уголь загрязняется и снижает свою активность. Для восстановления рабочей активности он подлежит регенерации.

Известно несколько способов регенерации гранулированного угля: отмывка растворителями, обработка кислотами или щелочами, регенерация паром и, наконец, термическая регенерация.

В первом случае регенерация угля заключается в растворений адсорбированных веществ растворителем, поддаваемом в противоположном направлении движению сточной воды.  Промывка угля растворителем осуществляется до полного удаления поглощенных веществ, поело чего уголь вновь включается в производственный  цикл.

Второй метод в принципе аналогичен первому.           В ряде случаев щелочи и кислоты растворяют загрязнения легче, чем растворители, поэтому применение их оказывается более целесообразным. Если загрязнители имеют низкие температуры кипения, то они могут быть удалены с помощью пара. При этом расход пара достигает  3-5 кг на 1 кг загрязнителей.

В  последнее время получил распространение      метод  термической регенерации, заключающийся  в сушке, обжиге  и активации.

В общих чертах схема регенерации гранулированного активированного угля, внедренная на очистной станции в штате Калифорния (США), заключается в следующем.

Уголь, подлежащий регенерации, в виде шлама поступает в бункер, где обезвоживается до влажности

примерно 50%. Снижение влажности шлама достигается за счет наличия в бункерах боковых сеток, через которые вытекает влага. Частично обезвоженный шлам винтовым конвейером передается в печи, обогреваемой дымовыми газами.

В качестве топлива используется природный газ, сжигаемый непосредственно в печи. Вещества, адсорбированные углем, при повышенной температуре испаряются и затем сгорают. Для улучшения активации угля в печь подают пар из расчета 1 кг на килограмм сухого угля. При таких условиях активность угля восстанавливается практически полностью.

Регенерированный уголь из печи поступает в охладительный резервуар, где он смешивается с водой и в виде пульпы перекачивается в сборник регенерированного угля. Из последнего уголь по мере необходимости расходуется на очистку сточных вод, В сборник регенерированного угля подается и свежий уголь, возмещающий потери его в процессе очистки и регенерации. В зависимости от режима регенерации потери угля составляют от 2 до 12% за один цикл.

Порошкообразный активный уголь, обладающий высокими адсорбционными свойствами, давно используется при очистке природных вод для удаления веществ, придающих воде неприятный вкус и запах. Однако отсутствие простого и экономичного метопа регенерации его не позволило использовать такой уголь при очистке стоков.

В последнее время появились сведения  о применении порошкообразного угля для этой цели. Технология очистки заключается в следующем. Уголь в количестве 240-600 мг/л смешивается с доочишаемой водой, затем в смесь вводятся полиэлектролиты и уголь отделяется от воды в отстойнике. Выделенный уголь регенерируется в паровой среде при 400 С