广东华一活性炭股份有限公司

文章来源：华一股份技术部 发表时间：2015年3月2日

 

用氯化锌和其他化学药物作为活化剂生产活性炭的方法，称为化学药剂活化法，简称化学法。常用的化学药物有氯化锌、磷酸，也有用硫酸钾和硫化钾的，国内主要用氯化锌作为活化剂。

氯化锌的活化作用主要是：

1. 氯化锌对植物原料中的纤维素起润胀、胶溶以致溶解作用，药液渗透到原料内部，溶解纤维素而形成孔隙。

2. 氯化锌在高温下具有催化脱水作用，使原料中的氢、氧原子以水的形式分离出来，使更多的碳保留在原料中，提高了活性炭的得率。用氯化锌作活化剂，能降低活化温度，活化时产生的焦油颜色明显变浅，这说明木屑的活化过程与通常的热解反应有所不同。

3. 氯化锌在炭化时能起骨架作用，即它们在原料被炭化时给新生的碳提供一个骨架，让碳沉积在它的上面。新生的碳具有初生的键，有吸附力，能使碳与氯化锌等锌化物结合在一起。当用酸和水把氯化锌等无机成分溶解洗净之后，碳的表面便暴露出来，成为具有吸附力的活性炭内表面积。这种作用最明显的体现是：活性炭的孔隙总容积随锌屑比的增大而增大。而且当锌屑比大时，可以制得过渡孔较发达的活性炭，锌屑比小时，又可制得微孔较发达的活性炭。

 

氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程如下：

1. 木屑的筛选和干燥

木屑由斗式提升机送到振动筛筛选，选取6—40目木屑，由鼓风机输送到旋风分离器，分离后的木屑落如贮仓中。然后进行气流干燥，木屑由贮仓下面圆盘加料器定量连续地落入螺旋进料器，加入热风管，由热风炉来的热空气高速气流带走及干燥，木屑含水率由原来的40%左右下降到15%—20%，干木屑在旋风分离器分离后落入干木屑贮仓。

2. 氯化锌溶液的配制

氯化锌溶液的配制是根据生产的要求，配制规定浓度的氯化锌溶液。配制时，将回收工序回收的浓度约40波美度的锌液，用泵泵入配锌池中，再加入固定氯化锌和盐酸，配制成规定浓度和酸碱度的氯化锌溶液，或直接用水配制亦可，然后用泵泵入浓锌池备用。

3. 捏和

用泵将浓锌池的氯化锌液泵入浓锌液高位槽，由于木屑贮仓下部落下的木屑用斗式提升机提升至计量槽，一定量的木屑放入捏和机，同来自高位槽的定量浓锌液拌和后，倒入回转炉的料斗中。

4. 炭、活化

由料斗下部的圆盘加料器和螺旋进料器将木屑加入回转炉，从炉的另一端通入热烟道气，将木屑炭化和活化，活化料落入出料室，定期取出，用小车推到回收工序的斗式提升机加料处。

5. 回收、漂洗

开动斗式提升机，将活化料加入回收桶回收氯化锌。先用25—30波美度的氯化锌溶液洗涤，得到的浓锌液送往配制氯化锌溶液，再用较稀的锌液洗涤，洗涤时加入适量盐酸，并将溶液加热到70摄氏度以上，使氧化锌转变为氯化锌。最后要求洗涤液的浓度降至1波美度以下。回收过的炭用水冲入漂洗桶中，用90摄氏度以上的热水漂洗，第二次漂洗时加入适量盐酸，并加热至沸腾，以除去炭中的铁质，直至洗液不含铁为止。

6. 离心脱水、干燥和粉磨

活性炭在离心机中脱水，然后在外热式回转干燥器中干燥至含水率4—6%，再送往球磨机磨粉即为成品。

另外附设专门的废气、废水处理系统，以回收烟气中的氯化锌和盐酸，消除公害。

 

氯化锌活化对原料的要求

氯化锌法生产粉状活性炭的原料主要是木屑，生产糖用炭时，最好使用杉木屑和松木屑，纯杉木屑更好。新鲜的松木屑含松脂较多，不利于氯化锌溶液的渗入，如果存放一段时间，使挥发成分自行挥发和氧化后再使用则较为有益。但存放时间不宜过长，以免木屑腐烂变质。当生产其它活性炭品种时，可使用多种树种的混合木屑。对木屑要求为：粒度6—40目，不含板皮、木块、泥沙和铁屑等，含水率为15%—20%。

为了使工艺操作稳定，木屑需用振动筛进行筛选，选取符合要求的木屑颗粒，并除去杂质，以免影响产品质量。

筛选好的木屑含水率约40%。一般采用气流干燥器进行干燥。它由热风炉、风机和干燥管组成。干燥管由钢板制成，直径300毫米，高20米左右。木屑送入干燥管，由热风炉送来的120—150摄氏度的热空气带动木屑，以8米/秒的速度通过干燥管，干燥后的木屑含水率降到15%—20%，经旋风分离器回收。

木屑的干燥，有的工厂采用回转炉。木屑间接被烟道气加热而干燥。生产时，木屑由加料口一端进入筒体内，随着筒体的转动及一定的坡度慢慢向前移动，烘干的木屑连续由出料口卸出。由燃烧室烧煤产生的烟气先在筒体外面流过，加热筒体，然后进入筒体内部的烟管，以便充分进行热交换，最后排入烟囱。操作时，应根据炉温情况，控制好加料量。同时炉温不能太高，以防木屑燃烧。

 

氯化锌溶液的配制

氯化锌溶液的浓度因生产活性炭的品种而异，氯化锌溶液的配制是指配制成规定浓度的氯化锌溶液，它是保证锌屑比的一个重要因素。应选用洁白、易吸水潮解、含量96%以上的工业氯化锌。

因活性炭用途不同，使用氯化锌制炭时，要求也不同，简述如下：

糖用活性炭的配方要求是：

氯化锌溶液在60摄氏度时，浓度为50—57波美度，溶液的pH值为3.0—3.5。

药用活性炭的配方要求是：

氯化锌溶液在60摄氏度时，浓度为45—47波美度，溶液的pH值为1.0—1.5。

配制时，在配锌池中，将固体氯化锌溶于回收工序回收的氯化锌溶液中。若回收的锌液不够用时，也可用水进行配制，当达到要求的波美度时，再用盐酸调整溶液的pH值。

波美浓度是氯化锌法生产厂中广泛使用的表示溶液浓度的一种方式。用波美比重计浸入溶液中所测得的度数表示浓度。

氯化锌溶液的波美浓度与温度有一定的关系，当百分浓度一定时，随着温度的升高，波美浓度降低。所以对于氯化锌溶液的波美浓度，必须注明溶液的温度。例如，要配制60摄氏度下的45—46波美浓度的氯化锌溶液，若在30摄氏度下，就应配成46—47波美浓度。

氯化锌溶液的波美浓度与温度的关系、氯化锌溶液的波美浓度与相对密度和百分浓度的关系，可从有关图表中查得。

 

捏和工序的目的和工艺条件

捏和工序的目的，是为了将木屑与氯化锌溶液，借助捏和机中一对之字形搅拌桨不停搅拌，反复揉压，使它们混合均匀，加速氯化锌溶液向木屑内部渗透。

捏和在捏和机中进行。捏和机用耐酸钢制成，为卧式半圆形槽，槽内有一对之字形的搅拌器，容积一般采用0.5立方米，间歇操作。捏和机设有一个传动机构，按下这一机构的按纽，能使捏和机半圆形槽转动一个角度，以便把锌屑料倾倒入回转炉的料斗中。

为了操作方便，捏和工序还设立木屑计量装置和氯化锌溶液高位槽和计量装置。木屑计量装置由运送木屑的斗式提升机、磅秤和料斗组成，它能准确控制每次捏和木屑的重量。氯化锌溶液高位槽下部有一条管子连到捏和机上部，以便把定量氯化锌溶液均匀喷射到捏和机中，与木屑进行混合。

捏和时，工艺木屑的重量与氯化锌溶液的重量之比，称为料液比，有时又称浸渍比。

捏和的工艺条件为：

1. 生产工业用活性炭

木屑含水率（%） 15—20

60摄氏度时氯化锌液浓度（波美度） 45—47

氯化锌液pH值 1—1.5

料液比 1：3

捏和时间（分钟）10—15

2. 生产糖用活性炭

木屑含水率（%） 15—20

60摄氏度时氯化锌液浓度（波美度） 50—57

氯化锌液pH值 3—3.5

料液比 1：4—5

捏和时间（分钟）10—15

 

回转炉怎样操作？其炭化、活化的工艺条件怎样？

回转炉是锌屑料炭化、活化制取活性炭的一个关键设备。回转炉为卧式，内径1米，长13米。筒体为钢板制成，内衬耐火砖。在筒体中部外面装有大齿轮，借以推动筒体转动。两端各有一对托轮，支承筒体重量。炉头和炉尾均有密封装置。安装的倾斜度为2—5度。

回转炉为连续操作，锌屑料由圆盘加料器和螺旋送料器送入炉尾。物料借助筒体转动和倾斜度缓慢地向炉头移动。在炉头设有燃烧室，燃烧原油或煤气，产生的高温烟气直接进入炉中，由炉头向炉尾流动，与物料逆流直接接触。在炭化过程中，形成带粘性的塑性物料，粘附在炉壁上，结块成痂，堵塞炉膛。为了防止堵塞，在炉内装有链条串连好的星形刮刀，让它随着筒体的转动，不停地撞击炉壁，将粘在炉壁上的结块物料刮下。

活化好的物料称活化料，从炉头落入出料室，并定期取出，送往回收工序。废烟气从炉尾经烟道进入废气回收系统。

开炉时，先启动转炉，再点火升温，待炉尾温度升至300摄氏度左右，开始加料。如果需要停炉，先停止进料，继续保持一定的炉温，待炉内物料全部排出后，方熄火停炉。热炉未完全冷却之前，每隔数分钟至20分钟转动筒体一次，防止筒体变形。

回转炉炭化、活化的工艺条件如下：

活化区物料温度（摄氏度） 500—600

炭化、活化时间（分钟） 约40

炉内充填系数（%） 15—20

筒体转速（转/分钟） 1—3

炉内压力 略带负压

炉头烟气温度（摄氏度）700—800

炉尾烟气温度（摄氏度）200—300

出料间隔时间（分钟）20

 

氯化锌法生产活性炭回收工序的目的

在活化料中含有70%—90%的氯化锌和含锌化合物。回收的目的就是将这部分氯化锌和含锌化合物收回，降低活性炭生产时氯化锌的消耗，以降低产品的成本。

氯化锌的回收操作属于浸提方法，即用不同浓度的氯化锌溶液（简称锌水）和少量工业盐酸加入活化料中溶解氯化锌和氧化锌，再过滤分离。

回收是在回收桶中进行。回收桶是由钢板制成，为圆筒体。桶的壳体内外均用辉绿岩胶泥涂刷。在桶的内侧衬上辉绿岩板。桶的下部有用钢筋和辉绿岩粉浇铸的过滤板。

操作时，将活化料加入回收桶中，先用浓度较高的回收锌水加入活化料中，并加入约为活化料重量5%的盐酸，使活化时生成的氧化锌转变为氯化锌。

在反应过程中，要充分搅拌。反应完成后静置数分钟，开启真空抽气阀，将回收桶内的氯化锌溶液抽入真空桶，然后再放入耐酸缸。一般第一次回收的氯化锌溶液浓度可达40波美度以上，可送往配制氯化锌溶液。经第一次回收后，依次将低浓度的锌水用泵打入回收桶中，使锌水盖过炭面，这样进行多次回收，得到浓度高低不同的回收锌水，分别放置于耐酸缸中，供下次回收用。直至上次留下的各种浓度的锌水用完后，再用热水洗涤，洗涤液也收入耐酸缸内。直至炭中的氯化锌含量低于1%为止。

 

漂洗的目的是什么？怎样漂洗？

漂洗的目的是除去来自原料和加工过程中的各种杂质，使活性炭的氯化物、总铁化物、灰分等含量和酸碱度都达到规定的指标。漂洗分两个步骤进行，首先是加入盐酸除去铁类化合物，因此称为酸洗，又称酸处理或叫“煮铁”；其次是加碱中和酸，除去氯根，并用热水反复洗涤，故叫水洗。

漂洗的两个步骤都在同一个漂洗桶中进行。漂洗桶由钢板制成，圆筒体状。桶的壳体内外都用环氧树脂泥粘贴数层玻璃纤维布，内侧再衬一层耐酸瓷砖，在桶的底部装有过滤板。

漂洗时，利用回收桶与漂洗桶的安装位差，将活性炭用水由回收桶冲入漂洗桶中。放出部分水后，关好底部放水阀门，然后加入活化料量5%左右的盐酸，通入开口蒸汽，煮沸2小时。这时，混在炭中的杂质与盐酸发生反应，原来不溶于水的氧化铁和氧化钙等杂质，变成氯化铁和氯化钙的水溶物，随水除去。

酸处理后，将桶内酸水放出，用热水连续漂洗数次，水温要保持在60摄氏度以上。由于过量盐酸不容易被水洗净，故加入适量的纯碱中和，并调整桶内水溶液的pH值在7—8。再用开口蒸汽加热15分钟左右，将水放出。再用热水连续洗涤，至炭中氯根含量小于0.16%为止。总的水洗时间为4—6小时。

 

离心脱水、干燥和粉磨？

离心脱水

漂洗好的炭用水从漂洗桶冲入贮炭槽中。采用卧式活塞推料离心机使活性炭的含水率降到60%—65%。操作时，先开动砂泵，将贮炭槽中的漂洗炭和水一起泵入高位炭槽中，然后开动高位炭槽的搅拌机，使炭与水混合。再开动离心机，待离心机运转平稳后，打开高位槽底部阀门，让炭水进入离心机进行脱水。炭送往干燥，而甩出的水含有许多细炭，经沉淀回收细炭后再排放废水。

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，较常用的是回转干燥炉。回转体由钢板制成，圆筒体直径约1米，长7米，安装于加热炉内，用烟道气间接加热。湿炭由加料口的一端进入筒体内，由于筒体的倾斜度和转动使物料向前移动，至出料口连续卸出。回转干燥炉内的料温要求在120—130摄氏度。操作时，要根据炉温控制加料量，防止干炭出现火星。这种干燥炉因炭粒能在筒体内翻动，干燥速度较快。另外，干燥炉采用间接加热，避免了炭与干燥介质直接接触，因而减少了炭被污染的可能性。

粉磨

粉磨的目的是为了增加活性炭的外表面积。常用球磨机粉碎到120目—200目。定型的球磨机是连续进料和出料，一般根据产品的颗粒度来调整进料量。为了避免活性炭在球磨过程中增加铁含量，一般球磨机内镶衬一层硬木板，并采用卵石或瓷球粉碎。有些工厂，也采用雷蒙粉碎机进行粉磨。

 

氯化锌间歇式生产粉状活性炭的工艺流程

现以某生产厂为例，其工艺流程如下：

原料木屑经皮带运输机送入振动筛经8—16目筛网进行筛选，合格木屑落入加料斗中，再由另一架皮带运输机送入回转干燥机进行干燥，干燥后木屑含水率为10%—15%。干木屑由送料风机输送到旋风分离器，木屑落入贮料仓中备用。

固体氯化锌放入地下配锌池中，用回收来的浓锌液或水进行溶解，配制成符合要求的氯化锌溶液，再用泵打入浸料池与木屑相拌。

木屑由贮料仓放入浸料池中，再泵入配好的氯化锌液，在浸料池内均匀的搅拌、浸渍。浸渍好的锌屑料由皮带运输机送到炭化炉前，铲入炭化炉进行炭化。锌屑料炭化后称为炭化料由小车推往活化炉进行活化，活化后的物料称为活化料。

活化料装入加料斗称重后，由卷扬机提升倒入回收桶，加入热水和盐酸进行回收。首次回收液浓度较高，放入浓锌水池，由地下沟道流到配氯化锌溶液工序的地下锌水池，以作配料用。以后几次回收的低浓度氯化锌液，分别放入不同浓度的锌水缸中，作下次回收之用。把回收好的炭用水冲入浸泡桶，加热水并通入蒸汽进行蒸煮，称为“煮铁”，除去铁盐，煮后放出废酸水流入地下沟，把炭冲入漂洗桶，加热水并通入蒸汽进行洗涤。

漂洗合格的活性炭放入三足式离心机甩干，甩干后的炭集中于加料斗，经皮带运输机送到回转干燥机干燥。

干燥后的炭由卷扬机提升倒入球磨机进行粉磨。最后包装入库。

 

浸渍工序的目的是什么？怎样操作？

氯化锌法间歇式生产粉状活性炭，为了减少机械设备投资，木屑与氯化锌溶液的混合不是采用捏和机进行捏和，而是采用浸料池，用浸渍的方法，将氯化锌渗入木屑，起到捏和机捏和的作用。

浸渍的操作方法，不同厂家略有差异，但都大同小异。

浸渍一般采用浸渍池，又称浸料池。它是在地面上，用砖和耐酸水泥砌的池子，池子长3米、宽2米、深1米。池子外表面贴耐酸瓷片，以防腐蚀，池底设置排液管，供浸渍后排出多余的氯化锌溶液。

浸渍时，将符合要求的木屑投入浸渍池中，然后开动锌水泵，将已配制好，并经检验合格的氯化锌溶液均匀地浇在木屑上，直至氯化锌溶液盖过木屑为止，浸渍8—12小时后，打开浸渍池底的排液口，让多余的氯化锌溶液流到锌水池中，2小时后，便可将锌屑料运往炭化工序炭化。

有些工厂，采用一定固液比进行拌料，混合均匀后淹渍8—10小时，并需不时地翻拌，以求锌屑均匀混和。锌屑混和料加锌液不必过多，以手捏成块，不滴水为宜。制作不同用途活性炭，其拌料的工艺条件如下：

糖用活性炭

氯化锌溶液浓度（波美度） 53—54

配制氯化锌液的温度（摄氏度） 高于40

氯化锌溶液的酸碱度（pH值） 3—3.2

木屑与氯化锌溶液重量比1：4

浸渍时间（小时） 8以上

 

药用活性炭

氯化锌溶液浓度（波美度） 46—47

配制氯化锌液的温度（摄氏度） 高于50

氯化锌溶液的酸碱度（pH值） 1—1.5

木屑与氯化锌溶液重量比1：3

浸渍时间（小时） 8以上

 

锌屑料的炭化

锌屑料的炭化在敞开式平底炭化炉中进行。这种炭化炉是间歇操作的。

炭化炉是用铸铁板或6.5厘米厚的耐火陶瓷板拼接铺成平底炭化床，因此称为平板炉。在炭化床的下面，有均匀分布的耐火砖墙作支撑，铸铁板或耐火陶瓷板就架设在这些支撑上面。在平底炭化床的下前方有燃烧室，燃料在这里进行燃烧，燃烧后产生的烟道气，均匀分布于平底炭化床下面加热铸铁板或耐温陶瓷板，然后由后面集烟道通往烟囱。在平板炭化床正上方，安装废气罩，在炭化过程中产生的废气由此罩通往室外。

炭化时，将锌屑料放入炭化炉中，要求炉温在400—600摄氏度，料温在200—300摄氏度，要保持炉火均匀，定时翻料，防止结块。当炭化料变得松散，不结块，乌黑油光时，即可出料，快速将炉内的炭全部扒出。炭化时间为30—60分钟。

平板炉砌造简单，但铸铁板与氯化锌接触，易发生腐蚀，板面产生凹凸不平、翘起甚至烧穿，使用寿命短。同时，锌屑与铁板接触，会使物料铁含量增加的缺点。为了避免上述缺点，有的厂家则采用耐火陶瓷板代替铸铁板。此外，由于炭化炉是敞开式是，有毒氯化锌气体会溢出充满车间，严重影响工作环境。

 

炭化的锌屑料怎样活化？

活化在普通砖和耐火砖砌的活化炉中进行，为间歇操作。我国某活性炭生产厂活化炉的结构如下：

炉体长7米、宽2.5米、高1.8米。活化炉内部用耐火板及耐火砖砌成，外部为普通砖结构。炉头设燃烧室，均用耐火板和耐火砖砌成，采用活动梯形炉排，燃料燃烧后产生的高温烟道气，分成四道进入炉床下部，从下面加热炉床后，烟道气经炉尾集火道转向上火道时，集中成一道，在炉床上部转折二回，从上面加热活化室，然后通向烟囱排向室外。这种活化炉，炉床的上面和下面都有高温烟道气加热，保证了活化室的活化温度。炉床用耐火砖隔成7个活化室，炭化的锌屑料均匀放在活化室内，关紧每个活化室炉门，让物料在活化室中得到高温加热而活化。活化产生的废气从炉门逸出，集中于排气管，经处理后排到大气。

活化时，将炭化的锌屑料加入活化室内，均匀摊开。一般要求炉温为700—900摄氏度，料温为500—600摄氏度，活化时间在2.5—3小时。每隔15—20分钟翻料一次。翻料要均匀，注意消除死角，动作要迅速，防止热量散失。当物料变得疏松，开始转为暗红色，并冒出大量白烟时，即为活化终点，可进行出料，并加入新料再进行活化。

出炉的活化料，要根据色质情况堆放。将“嫩”料、细料放在下面，“熟”料、粗料堆在上面，堆放8—16小时，让它继续自行活化，提高产品等级。