摘要：灰分對(duì)煤基活性炭的生產(chǎn)及其產(chǎn)品性能、價(jià)格具有一定的影響，降低活性炭灰分是迫切需要解決的問(wèn)題。闡述了目前常用的脫灰處理工藝，包括高溫氯化法脫灰、加壓酸堿洗法脫灰、前期脫灰、中期脫灰、后期脫灰、深度脫灰，其中深度脫灰是在高溫還原氣氛下，通過(guò)脫灰介質(zhì)和催化劑的作用，使活性炭中的礦物質(zhì)與脫灰介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)物排出爐外，脫灰率可達(dá)80%以上。提高活性炭的品質(zhì)，須從多方面入手，既要保證生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭的優(yōu)良原料，加強(qiáng)對(duì)原煤的降灰處理，同時(shí)還要綜合考慮用戶要求、設(shè)備投資及現(xiàn)有工藝的改進(jìn)難度等因素，選擇較佳脫灰工藝。

0 引言

由于原料煤煤種的不同，使煤基活性炭灰分不同，灰分的主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O等。灰分對(duì)活性炭的生產(chǎn)及產(chǎn)品性能均有一定的影響，在活性炭生產(chǎn)過(guò)程中，灰分中大部分無(wú)機(jī)質(zhì)對(duì)活化過(guò)程中的造孔產(chǎn)生不利影響；在氣相吸附時(shí)，灰分是惰性物質(zhì)，液相吸附時(shí)，灰分也會(huì)對(duì)活性炭產(chǎn)品產(chǎn)生不同程度的影響。此外，灰分對(duì)活性炭的價(jià)格也會(huì)有一定的影響，因此，降低活性炭灰分是眾多活性炭生產(chǎn)廠家追求的目標(biāo)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)出一些新的物理或物理化學(xué)選煤方法，這些方法通過(guò)原料煤細(xì)磨工藝，使分選后原料煤的灰分降至3%以下，甚至可得到灰分為1%~2%的精選煤。但其生產(chǎn)成本高，工藝復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)中很難被采用。

酸洗脫灰工藝是在活性炭活化后，將其用一定濃度的鹽酸溶液清洗，然后堿液中和，將pH值調(diào)到需要的范圍，再進(jìn)行干燥脫水。該工藝一般能脫除3%~9%的灰分，但工藝過(guò)程中有污染，脫灰效果不理想。

深度脫灰新工藝是將高灰分活性炭放置于密封的反應(yīng)爐內(nèi)，在高溫還原氣氛下，通過(guò)脫灰介質(zhì)和催化劑的作用，使活性炭中的礦物質(zhì)與脫灰介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)物排出爐外。

1 深度脫灰工藝

將95%保利煤和5%北山煤混合制粉，進(jìn)行壓塊、氧炭化、活化試驗(yàn)，炭化溫度550℃，炭化時(shí)間150min，活化溫度920℃，以水蒸氣為活化劑（110滴/min）�；罨�試驗(yàn)結(jié)束后，檢測(cè)指標(biāo)，然后將活化料脫灰，溫度1100℃，時(shí)間45min。保利煤和北山煤的工業(yè)分析見(jiàn)表1，不同添加劑活化料的活化與脫灰結(jié)果見(jiàn)表2，添加A+B后活化料脫灰前、后的變化見(jiàn)表3。試驗(yàn)使用的添加劑以無(wú)機(jī)堿性化合物A為主，B為堿性助添劑。添加劑的降灰作用機(jī)理是轉(zhuǎn)化礦物質(zhì)的晶體形態(tài)，使性質(zhì)穩(wěn)定的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變成易發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，從而達(dá)到滿意的脫灰效果。在添加A、A+B時(shí)，活化速率及活性炭的吸附性有所提高，脫灰率也顯著提高。這表明添加劑不僅起到催化作用，還具有脫灰劑的作用。從脫灰效果和活性炭吸附性能綜合考慮，復(fù)合添加劑A+B比單一添加劑A的效果好。脫灰后的碘吸附值下降，這可能是因?yàn)樵诿摶疫^(guò)程中較高的溫度可能對(duì)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)造成影響，脫灰過(guò)程中，礦物質(zhì)與脫灰介質(zhì)的生成物沒(méi)有完全揮發(fā)，殘留部分堵塞了活性炭的孔隙，導(dǎo)致碘吸附值下降。

表1 煤樣的工業(yè)分析%

煤樣	水分	灰分	揮發(fā)分
保利煤	4.27	3.02	37.79
北山煤	18.64	5.99	29.58

表2 不同添加劑活化料的活化脫灰效果

編號(hào)	添加劑	活化時(shí)間/min	得率/%	灰分1/%	灰分2/%	碘吸附值1/(mg·g-1)	碘吸附值2/(mg·g-1)
1	無(wú)添加劑	300	39.5	9.65	4.65	1054	1032
2	添加劑A	350	37.6	10.26	3.15	1068	1041
3	添加劑A+B	350	38.5	10.87	1.76	1077	1053

注：灰分1、灰分2分別為活化料脫灰前、后的灰分；碘吸附值1、碘吸附值2分別為活化料脫灰前、后的碘吸附值。

表3 添加A+B后活化料脫灰前、后的變化

成分	脫灰前		脫灰后		脫灰率
	實(shí)際含量	計(jì)算含量	實(shí)際含量	計(jì)算含量
灰分	10.87	12.35	1.76	1.83	86.75
Al2O3	23.30	4.78	15.30	0.39	91.80
Fe2O3	5.24	1.08	4.94	0.12	88.90
MgO	2.50	0.51	1.58	0.04	92.20
CaO	11.14	2.29	6.38	2.16	93.00

脫灰時(shí)間及脫灰溫度對(duì)活性炭灰分的影響如圖1所示，脫灰時(shí)間及脫灰溫度對(duì)活性炭碘吸附值的影響如圖2所示�？梢钥闯�，脫灰時(shí)間和溫度對(duì)活性炭的脫灰效果和碘吸附值均有一定影響。

2 其他脫灰方法

1) 高溫氯化法脫灰

Si和Al的氧化物在還原劑炭及較高溫度（600~1400℃）條件下，與氯氣反應(yīng)，生成揮發(fā)性氯化物。隨反應(yīng)溫度升高至800、1000、1200℃，試樣灰分由7.8%分別遞減至6.3%、1.8%和1.4%。經(jīng)高溫氯化法除去灰的活性炭，比表面積由5.4m²/g增至24m²/g。

2) 加壓酸堿洗法脫灰

山西新華化工廠活性炭脫灰采用加壓2步脫灰法：活性炭→加壓堿洗→熱水洗→加壓酸洗→熱水洗→烘干→成品。煤質(zhì)活性炭中不溶于酸和難溶物在加壓、加熱及催化劑的作用下，以鈉堿為主的中等濃度堿液進(jìn)行洗滌后，采用稀鹽酸進(jìn)行酸洗。其較佳工藝參數(shù)為：混合堿液投料量為灰分的1.7倍，混堿洗工藝反應(yīng)壓力0.8MPa，時(shí)間10h；鹽酸投料量為灰分的1.25倍，酸洗溫度120~130℃，時(shí)間3h，在較佳工藝條件下，灰分脫除率達(dá)到94.8%。

3) 前期脫灰

前期脫灰是指在活性炭生產(chǎn)前對(duì)原煤進(jìn)行脫灰處理，將灰分高的原煤處理到符合要求的超純煤，直接生產(chǎn)出低灰炭。若活性炭的灰分低于6%，原料煤的灰分需為1.6%~2.2%。采用傳統(tǒng)的重選和浮選法對(duì)原煤進(jìn)行脫灰，脫灰后精煤的灰分較高（7%~14%），無(wú)法滿足生產(chǎn)低灰優(yōu)良活性炭的要求，要求原煤須進(jìn)行深度的脫灰處理。前期處理工藝的缺點(diǎn)是處理量大、脫灰劑耗量高。對(duì)原煤中含有催化活性的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)成分如鈉、鉀等的脫除，降低活性炭的活化速度。

4) 中期脫灰

中期脫灰是指對(duì)半成品炭化料進(jìn)行脫灰處理，再活化成活性炭產(chǎn)品。波濤活性炭廠家研究了煤與KOH共炭化處理后，用酸洗深度脫灰的方法，研究表明，將堿與煤共同在600℃炭化后進(jìn)行酸洗，可在平和的條件下大幅提高酸洗脫灰率；煤與KOH共炭化后再酸洗，不僅對(duì)煤中的黏土、黃鐵礦等無(wú)機(jī)礦物質(zhì)有很好的效果，尤其適于脫除一般情況下難以除去的石英礦物。研究發(fā)現(xiàn)，采用中期處理法可降低炭化料中50%~60%的灰，且不會(huì)顯著影響活性炭產(chǎn)品的孔徑結(jié)構(gòu)和比表面積。但由于蒸氣活化過(guò)程中，炭的含灰量增加1.0~1.5倍，如果生產(chǎn)灰分＜8%的活性炭產(chǎn)品，中期處理須將炭化料灰分降至4%以下，處理難度較大。

5) 后期脫灰

后期脫灰是用化學(xué)溶劑對(duì)成品炭進(jìn)行脫灰處理，即對(duì)成品炭深加工，是目前活性炭工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的工藝。

3 結(jié)論

1) 在適當(dāng)?shù)墓に噮��?shù)下，深度脫灰工藝的脫灰效果顯著，脫灰率可達(dá)80%以上。在添加A、A+B時(shí)，脫灰率、活化速率、活性炭的吸附性能均有所提高，表明添加劑既具有催化作用又有脫灰劑的作用。從脫灰效果和活性炭吸附性綜合考慮，復(fù)合添加劑A+B比單一添加劑A的效果好。脫灰時(shí)間及溫度對(duì)活性炭的灰分和碘吸附值均有一定的影響。脫灰后活性炭的碘吸附值有所下降，這可能是由于脫灰過(guò)程中較高的溫度對(duì)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)造成影響。

2) 前期脫灰，可將灰分較高的原煤處理成為符合低灰活性炭生產(chǎn)要求的低灰煤，而直接生產(chǎn)出低灰活性炭產(chǎn)品。中期脫灰對(duì)采用硅含量較高的原煤制備活性炭有較強(qiáng)的脫灰能力，但是實(shí)際應(yīng)用較少，工藝還不成熟。后期脫灰工藝比較成熟，是目前活性炭工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的工藝。適當(dāng)?shù)乃崽幚砉に�，可使活性炭灰分下�?5%~40%，但通常會(huì)降低活性炭的比表面積，并改變活性炭的孔徑分布和孔隙率。

3) 提高活性炭品質(zhì)，須從各方面入手，既要保證生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭的優(yōu)良原料，加強(qiáng)對(duì)原煤的降灰處理，同時(shí)還要綜合考慮用戶要求、設(shè)備投資及現(xiàn)有工藝的改進(jìn)難度等因素，選擇較佳的脫灰工藝。