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椰壳提金活性炭生产及应用研究 胡勇 ( 唐山建新活性炭有限公司，唐山0 6 3 0 3 0 ) 摘要 本论文针对椰壳提金活性炭，从活性炭企业产品生产者和黄金行业使用者两个角度，对 该产品的技术性能、生产工艺方法、设备以及产品使用和再生进行了较深入、系统和完善性 的研究。为生产同时具有高吸附性能和高强度的椰壳提金活性炭产品，重点从原料选用、活 化l 艺调整及控制到产品精制多方面的工艺及设备进行实验研究。较突出地解决了活性炭吸 附能力与强度的矛盾关系，有效地采用新的工艺方法及设备，进一步提高了产品的强度。同 时还针对黄金企业，进行了吸金活性炭再生的工艺及设备研究。 本论文的实验和研究均在实际生产的环境和工艺条件下进行，所有研究结果都在实际生 产过程中得以运用。实践证明，在本研究结果的指导下，能够生产出达到国际先进水平的椰 壳提金活性炭产品。 关键词：活性炭椰壳提取黄金生产工艺再生应用 r e s e a r c ho np r o d u c t i o na n d a p p l i c a t i o n o fc o c o n u ts h e h g o l d e x t r a c t i n g a c t i v a t e dc a r b o n h u y o n g ( t a n g s h a n g j i a n x i na c t i v a t e dc a r b o nc o 。l t d 。0 6 3 0 3 0 ) a b s t r a c t t h i st h e s i s ，b e i n ga i m e da tc o c o n u ts h e l la c t i v a t e dc a r b o nf o re x t r a c t i n gg o l d ， f r o mt w o a s p e c t s ，a c t i v a t e dc a r b o np r o d u c e r sa n d t h eu s e r so f g o l dl i n e ，c a r r i e so u ta m o r et h o r o u g h ，s y s t e m a t i ca n dp e r f e c tr o s e a r c ht ot h et e c h n i c a lp r o p e r t i e so ft h e p r o d u c t s ，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n dm e t h o d ，e q u i p m e n t ，u s i n ga n dr e g e n e r a t i o no f t h e p r o d u c t s t h i st h e s i s a l s oc a r r i e so u tt h ee x p e r i m e n ta n ds t u d y , f r o ml a wm a t e r i a l s e l e c t i n g ，a d j u s t m e n ta n d c o n t r o lo fa c t i v a t i o np r o c e s s ，t ov a r i o u s r e f i n i n gt e c h n o l o g y a n de q u i p m e n ta st h e e m p h a s i s ，s o t h a tt h ec o c o n u ts h e l la c t i v a t e dc a r b o nf o r e x t r a c t i n gg o l dw i l lh a v eb o t hh i g ha d s o r p t i v ep r o p e r t i e sa n dh i g hh a r d n e s sa tt h e s a m et i m e t h eo u t s t a n d i n gp o i n to ft h i st h e s i si st h a t ，t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h e a d s o r p t i v ep o w e ra n dt h e h a r d n e s so fa c t i v a t e dc a r b o ni s s o l v e d ，a n dt h ef l e w t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n de q u i p m e n ta r ee f f e c t i v e l yu s e d ，a n dt h eh a r d n e s so ft h e p r o d u c t sf u r t h e ri m p r o v e d a n dm o r e o v e r , b e i n ga i m e da tt h eg o l de n t e r p r i s e s ，t h i s t h e s i sc o n d u c t sas t u d yo dt h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n de q u i p m e n tu s e d f o rt h e r e g e n e r a t i o no f t h eg o l de x t r a c t i n ga c t i v a t e dc a r b o n s t h e e x p e r i m e n ta n dr e s e a r c hi nt h i st h e s i sj sb e i n gc a r r i e do u tu n d e rt h ea c t u a l m a n u f a c t u r i n gc i r c u m s t a n c ea n dp r o c e s sc o n d i t i o n ，a n da l lo ft h er o s e a r c ho u t c o m e h a sb e e nu s e di nt h ea c t u a lp r o d u c t i o np r o c e s s i ti sc e r t i f i e db yp r a c t i c et h a t u n d e r t h ei n s t r u c t i o no ft h i sr e s e a r c ho u t c o m e ，t h ec o c o n u ts h e l lg o l de x t r a c t i n ga c t i v a t e d c a r b o nc o m i n gt ot h ei n t e m a t i o n a la d v m a c e dl e v e lc a nb e p r o d u c e d k e yw o r d s ：a c t i v a t e d c a r b o n c o c o n l i t s h e l l g o l d e x t r a c t i n g t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s r e g e n e r a t i o na p p l i c a t i o n 型塞丝全适堡壅兰主丝些里型塑 一 三 1 绪论 1 1 椰壳活性炭的生产及应用概况 活性炭( a c t i v a t e d c a r b o n ) 是碳素材料中的一种，由于其具有大量的微孔结构、巨大的 比表面积、以及稳定的物理化学性能，所以活性炭作为一种优良的吸附剂，广泛虑用于各个 工业领域和民用生活之中。 活性炭产品由矿物、植物等多种原料制成。椰壳活性炭( c o c o n u ts h e l la c t i r a t e d c a r b o n ) 是植物原料中的一大品种。其原料取之于椰子的坚壳。全_ f f f = 界椰子壳的原料产地t 要集中在菲律宾、马来西亚、印度尼西亚、越南和泰国等东南亚地区。中国生产椰壳活性炭 所用的原料也大都从上述地区进口。椰壳活性炭的i i 业c e - 产通常采瑚物理法。即以水蒸汽作 为活化剂，在8 5 0 c 左右的温度下活化制成“o ”j 。椰壳活性炭的生产一i 艺流样一般包括以 下几个主要过程： i ! i 圄圆一厦j i i i 因一圆一匠垂垦i 噩圃一腼受亘委至i ! i 囫 椰壳活性炭属于一种高等级活性炭，它与其他种类活性炭相比。具有无与伦比的机械强 度和纯度，同时具有十分发达的微孔结构，所以椰壳活性炭的应用既有广泛性、义有独特性。 椰壳活性炭普遍用于涉及人类生命健康和高科技、高经济要求的：l ：业及民州领域。在气相吸 附应用中，被用作人类生活的气体净化，如食品保鲜、脱臭。香烟过滤嘴：以及高纯气体的 提纯如制氢、制氧等。在液相吸附应用中被用作为人类饮川水的净化，高纯水的精制，搓 药医疗中的净化血液，制药解毒：食品脱色提纯及硫酸盐、柠檬酸、谷氨酸等有机和无机化 学品的精制，电偶层电容器的电极材料及黄金生产中的提取黄金( r e c o v e r i n gg o l d ) 。在触 媒应用中，作为触媒或触媒载体，如汽油的脱硫醇：纺织的维尼纶和1 i 油化l 行业的有机合 成反应( 合成氨、氧化、碳酰化、向乙炔上加成、氢化、脱氢反应) 中各种载钯、载铂等催 化剂：核工业中的钚及放射性碘的吸附剂等等。在当今世界，椰壳活性炭作为不可缺的吸附 材料，越来越深入地应用于工业、科研、民用、国防及环保各个领域， 椰壳活性炭的生产主要集中在原料产地，如菲律宾、印尼、马来西亚等地。全世界目前 椰壳活性炭的总产量大约在8 0 0 0 0 吨年左右，约f 与全球活性炭总量的1 0 。中国椰壳活性 炭的产量大约在5 0 0 0 吨左右，约占国产活性炭总砉| 的5 - 6 。国内生产椰壳活性炭的企业大 约- 二十家左右。绝大多数企业都是将椰壳活性炭作为生产的补充品_ f l l j ，并且实际生产j ! i 【模维 持在3 0 0 吨以下。而完全生产椰壳活性炭或以其为主的企业只有五、六家。可见我国椰壳活 性炭的生产水平和能力还处于发展时期， 1 2 椰壳提金活性炭的应用及生产状况 椰壳提金活性炭是椰壳活性炭产品中的一个重要应用的品种之一。采用活性炭提取黄金 r 艺自1 9 7 3 年在美国南达科地州的霍母斯特克金矿成功问世以来，很快发展成为美国、南 非、澳大利亚等主要产金国以及中国，及至全世界黄金生产 j ：业的主要的捉金方法。提金用 活性炭产品在金矿的应用也经历过采用不同原料、不同生产方法的不断提高发展过程。时至 ： 塞! ! 签些查堂三堡堡圭堂垡丝苎 一一 今日，全世界黄金产量中的8 0 都采用活性炭提金l 艺。提金用活性炭的生产主要以椰壳原 料为主，椰壳提金活性炭的用量占总用量近9 0 以上，它是提金活性炭的主流和方向性品种。 有着难以替代的市场地位。其次是一些采用杏壳、棕榈壳、橄榄壳及核桃壳等原料生产的提 金活性炭。全世界椰壳提金活性炭的总量达3 0 0 0 0 吨年左右。我国继1 9 8 5 年建成首条用活 性炭提金的工艺生产线以来，经过短短十多年的发展，全国已建成日处理矿石1 0 0 吨以上规 模的活性炭提金生产金矿2 0 0 余家，其活性炭用量达到3 0 0 0 吨年左右“1 。 我国椰壳提金活性炭产品生产和研究始于1 9 9 0 年前后。在此之前国内市场所需的椰 壳提金活性炭主要依靠进口。当时国内只有二、三家活性炭企业生产杏壳提金活性炭，其产 品的性能指标远远满足不了金矿的使用要求。在国家黄金管理部门的支持下，唐山建新活性 炭有限公司于1 9 9 3 年完成了椰壳提金活性炭的开发研究。国内生产的椰壳提金活性炭产品 实现了替代进口。彻底结束了高价进口的时代。此后，月静旨这项产品技术的推广目前全国 大大小小约有四十多家企业生产提金活性炭。其生产工艺普遍采用水蒸汽活化方法，生产设 备( 活化炉犁) 以斯列普( s l e p ) 炉为主也有一些小型企业采用平板炉、转炉或焖烧窑生 产。生产企业的布局除华北( 京唐及承德地区) 、内蒙赤峰地区和海南相对集中外，其他企 业均散落在全国各地。从理论上讲，国内提金活性炭的生产能力已远远超过市场的需求。 目前国产提金活性炭的产品品种五花八门。按所用原料分，椰壳提金活性炭仍为主导品 种，约t 1 ，总产量的6 0 以上。同时还有采用杏壳、橄榄壳、核桃壳为原料生产的提金活性炭。 从总产量来讲，虽然能够满足黄金企业的需要，但从产品质量和性能技术指标上来讲，绝大 多数企业的产品都还难以达到金矿使用的技术要求。由于我国黄金行业长期存在着的企业规 模小，管理水平低，地方和私人采矿现象普遍的局面，致使许多质次价低、生产手段简陋的 小型活性炭企业能够得以生存。许多企业以半停半开，临时拼凑的经营方式生产提金活性炭。 生产量只维持在3 0 一5 0 吨年的无规模水平，绝大多数企业的实际生产规模都局限在1 0 0 2 0 0 吨年以r 。这与国外年产数干吨规模的企业相比，其差距存在于各个方面。而作为黄金生 产的重要材料，要生产出优质的提金活性炭，必须有经过十多道工序的生产工艺过程、一些 专门的i ：艺设备及严格的工艺技术方能实现。可见，我国提金活性炭的总体生产水平远远不 能适应黄金生产行业的笈展要求。更难与国外同类企业和同类产品竞争。随着中国加入i r i 0 市场的进程。如果不能尽快提高国产提金活性炭的质量性能和生产技术水平，那么不要说想 进入国际市场就连过去已经扭转的替代进口的局面又会重新退回到依赖进口的历史中去。 1 3 活性炭提金工艺及吸附金的机理 活性炭提取黄金_ ：艺主要包括炭浆法( c i p ) 、炭浸法( c i l ) 和堆浸法( c o l u 口n ) 。炭浆 法工艺是先将矿浆中的金氰化浸出，然后在矿浆中加入活性炭吸附金。炭浸法是在浸出槽中 加入活性炭，浸出与吸附同时进行，它是在炭浆法基础上发展起来的“j ”- u lo 堆浸法是将 矿石破碎成定粒度后堆积，在矿堆上喷淋氰化，得到浸出液在用活性炭吸附金。活性炭 住提金 艺中的作j = | _ j 主要为以_ f 几个方面： 椰壳提金活性炭生产及应用研究 ( i ) 从氰化矿浆或浸出溶液中吸附a u ( c n ) z ，成为载金活性炭； ( 2 ) 载金活性炭上的金通过解吸( 或洗脱) 处理重新回到溶液中，此时的溶液称为 含金贵液； ( 3 ) 含金贵液中的络合金通过电解等方法转化成单体金，从而被回收； ( 4 ) 解吸的贫炭通过酸、碱处理和热再生后恢复活性，重新投入使用。 活性炭提金的工艺过程如下： 提金活兰茎r 氟蠢i 1 - - 】 载金活性炭 碎炭 一i 堕型堡垒彗一j 塑! 竺! ! ：坚堕i 取0 旷0 刚趣p 图l ，3 - ia u ( o n ) t 与o h 交换模型 ( 2 ) a u ( c n ) z 在活性炭表面吸附后。形成局部负电荷，在静电作用下，溶液内的正离子 ( 如n a 、m g 、g a 一等) 产生定向运动，并与a u ( c n ) ：一形成双电层，见图1 3 - 2 。 习厂 压 ! 奎j ! 签些查兰三堡坐垡丝兰一 活性炭的微孔表面 j a u ( c n ) z 一 u ( c n ) j 1 a u 【c n ) 2 艇n h 4 m n + h m n 图l ，3 - 2 双电层的彤成 溶液中的正离子只有在a u ( c n ) ：存在对才吸附。因此它 ) 被吸附在扩散层。 ( 3 ) 存在附加的a u ( c n ) 2 - 时，又可以被吸附在扩散层上。 ( 4 )液中的游离氰化物( c n 一) 也可在话性炭表面的氧化活性中心发生离子 交换反应，因而与a u ( c n ) i 争夺吸附位置，降低金、银吸附- 吸附模型见圉1 3 - 3 。 i2 l 一抗衡离子固定层 2 一抗衡离子外扩散层 3 一a u ( c n ) z 4 一n a 、m 8 一、g a ”等 5 一c 盯 6 一h z o 圈1 3 - 3 吸附攫型 1 4 椰壳提金话性炭性能的判定 作为黄金生产行业的重要材料，其产品质量的水平直接决定着金矿企业的经济效益，金 矿资源充分利用和提金工艺技术的水平。提金活性炭品质性能的优劣，主要取决于其产品制 造工艺条件，应用工艺条件及吸金机理三大方恧。从制造提金活性炭产品的焦度上看，主要通 过对其碘吸附值、机械强度、粒度等系列理化指标上来控制调整活性炭的性能。而实际上， 对金矿使用过程来讲，所要求活性炭的性能主要表现在吸附容量、耐磨强度和吸附速率三个 方面。一般就活性炭性能测定的方法( g b t 1 2 4 9 6 9 9 ) 而言提金活性炭的碘吸附值越高 其吸附金的容量越大：四氯化碳吸附值越高，其吸附金的速度越快；其机械强度越高，则活 性炭的耐磨强度亦高。同时，由于活性炭原料的特性和制造工艺的缘赦，提金活性炭在吸附 性能与强度之间是相互矛盾、相互制约的关系。表1 4 l 表明随着活性炭强度的增高，其 吸金速度降低、吸附容量也相应降低“8 “”。 塑壅堡垒亟丝塞生主墨查旦堡塞一5 表1 ，4 - 1 活性炭强度与吸雕牲链的比较 黄金生产过程中。活性炭的吸附性能不高，会导致金矿企业生产效率低，成本增加：活性 炭的强度低，更会引起金的回收率低，金的流失增加所以，如何同时提高活性炭的吸附能力 和强度或在制造过程中往之达到最佳酌结合点是把握捷金活性炭产品佳能的关键。 实际上，根据黄金生产的工艺条件，金矿企业追求提金活性炭优良性能的重要特征为：具 有一定的吸附性能程度下的超高强度。也就是说提金活性炭的吸附能力应当满足提金工艺的 要求。过低的吸附性能吸金全过程延长或不能充分吸附，均会导致由于金的回收睾下降。 产金成本增加。面过高的吸附性能由于矿浆或金液的含金浓度和取金流程局限，达不到饱和 吸金度。而无论吸附性能的要求高或低，强度愈高对吸金工艺愈有利。表1 ，4 - 2 表明目前国 内外椰壳提金活性炭的质量性能水平与金矿用炭标准之闽的满足程度。 表i 4 2 国内外椰壳提金活性炭与金矿用炭标准时间的对比 吸附性能强度 碘吸附( m g g ) c t c 吸附( )强度( )磨耗率( ) 金矿标准1 0 0 0 1 2 0 0 5 0 7 09 96 国外产品永平 1 0 0 0 1 2 0 05 0 - 7 09 83 - 5 国内产品水平8 5 0 1 0 5 0 3 0 - 6 09 5 - 9 86 - 1 0 总的来讲，国产椰壳提金活性炭产品的质量性能水平眈国外同粪产品有一定的差距。尽 管国内个剐企业的产品己接近国外产品水平。但在主要性鹾技术指标方面还需要深入研究， 以适应日益提高的黄金生产技术的发展要求“”7 ，同时对产品其它理化指标的生产控制如 粒度、灰份、水份等也应不断提高。 1 5 提金活性炭的再生技术 括佳炭钓荐生( r e g e n e r a t i o n ) 是指将吸附饱和后失去活性的话性炭通过物理、化学或 生物等方法，除去所吸附的物质，恢复其吸酣能力的工艺过程。无论扶经济角度还是扶环境 保护层角度考虑，开发研究活性炭的再生否是具有重要的现实意义和历史意义。使用后的活 性炭是废弃还是经再生循环剥用已成为一个国家矮姓炭工业瘩平静重要标志“。 活性炭的再生原理包括被吸附物质脱附( d e s o r p t i o n ) 和分解( d e c o m p o s i t i o n ) 两大类。 其再生方法按采用不同的工艺技术分为许多种。一般实骣工业应用中常用的再生方法如 i 5 - 1 所示。 皇奎堑昼些查堂王堡堡兰= 兰垡堡茎 一 表1 5 - 1 常用活性炭再生方法的种类 再生 原理再生方法主要工艺过程 利用抵压( 浓度) 下进行脱附，高压下吸跗的方式进行。适用于气 脱附l 降压脱附相吸附过程。也成压力循环吸附 再生2 升温脱附使用高温气体或水蒸汽进行脱附。也称水蓉气再生 通过化学药品使p h 值发生变化，或使用溶刺降低吸附质和吸附剂 3 化学药品脱附的亲合性进行脱附。前者亦称反应再生，后者称溶剂再生 l 用氧化性气体通过高温( 6 0 0 以上) 被吸附的有机物质分解。也称热再生，常 进行高温分解用于水处理活性炭 分解 2 高温液相氧化 再生 分解 通过1 5 0 2 0 0 和一定压力下进行液相氧化分解。也称湿式氧化法 3 用氧化捌进行 波相氧化分解 通过使用过氧化氢、高锰酸钾及臭氧等氧化捌，进行液相分解 4 微生物分解 通过在活性炭上繁殖的礅生物来分解吸附质 把使用过的活性炭在电解质溶液中与用投接触，靠电解产生的氧来 5 电化学分解氧化分解吸附质 提金活性炭在金矿的吸 附工艺流程中。随着吸m 时问 的延长，其吸附活性会逐渐降 芝 低。图1 5 - 1 是从工艺流程中 繁 各点取出炭样，进行动力学活 警 性分析，并与新鲜活性炭的吸 嚣 附活性相比较所绘制的典型誊 动力学活性曲线 2 ：1 4 , 1 6 j 。吝 圈1 5 - 1 工艺流程各点活性炭的动力话性曲线 活性炭经过反复吸附解吸后，其吸附性能降低的原因是多方面的，它主要包括以下几 方面的因素： ( 1 ) 无机物污染。当矿浆p h 值偏高时，矿浆中形成的c a c o 。、m g c 如等，沉积物很容易沉 积于炭表面：矿装中含有石英微粒、粘土或焙砂( 主要含s i o ：、赤铁矿等) 之类的物质，也 会粘附丁炭表面堵塞活性炭的微孔通道，从而降低其吸附活性。 ( 2 ) 育机物污染。矿浆中有时会混有各类油类( 如机械油、挥发油等) 和有机化学药剂 ( 如洗涤剂、絮凝荆、浮选药剂等) ，活性炭的外表面报容易被这些有机物覆盖，堵塞微孔 入口，微孔的内表面也很容易吸附这些物质，从而极大地影响炭的吸附活性。 ( 3 ) 活性炭细孔内的活性点减少以及炭的微孔发生变形( 微孔扩大表面积减小) 。 活性炭的符生技术有多种多样，但对于提金活性炭来讲，当今能够在1 一业生产中采用的 再生技术土要还是酸洗一热再生工艺，如图1 ，5 - 2 。 实际尚中，这种再生工艺的龟霉性、充分性及再生设备的选择对再生效果有极大的影响。 好的再生1 艺，可以提高再生得率，恢复旧炭如新，降低再生成本， 堡查堡垒堡丝鲞生主壁垒旦! ! 窒 一一一- 提高再生次数。国内目前许多金矿企业还不具备热再生条件，而有些企业采用的是电加热炉， 其再生的效果由于能耗高，温度低( 6 d o 以下) ，接触空气多，时阃不充分等原因再生效 果很差。这从经济上和技术上讲都失去了再生的意义和价值。 活性炭( 新) 一吸 再生过程 图l ，5 2 提金活性炭再生工艺条件 由于我国活性炭提金工艺超前晚，发展时间不长，到目前为止，提金活性炭的再生工艺技术 及设备的研究和应用还处于初期阶段。 1 6 研究课题的提出 针对我国提金活性炭产品的生产现状和黄金行业对该产品技术性能的要求，结合国外同 类产品的技术性能水平，本课题选择以挪壳提金播性炭产品、生产及应用为研究内容，根据 该产品的生产和应用过程，从其原料选_ 目；i 、活化控制、产品精制到再生几大工艺环节与椰壳 提金活性炭产品吸附性能和强度提高相关的工艺方法及设备进行重点研究，以期实现产品的 技术性能水平达到国际先进水平。这一课题在国内实属领先。 本课题研究范围及内容具有点多面广。实践性强的特点。如成功完成研究工作，可推动 我国椰壳活性炭产品的技术进步，对活性炭产业黄金生产企业都将带来突出的经济效益和社 会效益。同时也将会对话性炭活化理论、精制工艺技术及再生技术等方法或工艺设备的提高 祈祷提赢、完善和充实的作魍。 ! 查! ! 茎些查堂王堡堡主兰垡堡苎一一一 2 提金用活性炭的原料研究 2 1 原料品种对活性炭产品性能的影响 活性炭作为吸附材料，无论对炭浆法、炭浸法、堆浸法提取黄金工艺还是尾液回收，都 希望提金活性炭有较商的吸附性能( 饱和吸金量) 和较高的机械强度( 湿磨耗) ，以便提高 黄金的收率，降低尾液品位和提金炭反复再生使用。般来讲不同的品种原料天生质地、组 织的不同，导致了相应活性炭产品的使用性能也有所不同，见表2 卜l 。煤质、杏壳由于质 地疏松、易碎，只能用于堆浸、尾液回收等静态吸附场合。橄榄壳、桃壳用于部分矿石含金 品位较低的炭浆法、堆浸法和尾液回收中。而椰壳提金活性炭可用于各种不同的黄金提取工 艺中。可以说活性炭产品的材质直接影响活性炭产品的性能。 表2 卜i 活性炭原料品种与捉金工艺的适用关系 活性炭椰壳杏壳椰壳杏壳 的材料椰壳槭榄壳棕桶壳核桃壳棕榈壳煤质 工艺对炭的较好的吸附性能和较高的吸附和一较好的吸附性能和 要求超高的机械强度定的机械强度一定的机械强度 应用提金炭浆法、炭浸法 工 艺提金堆浸法提金尾液回收金 2 2 椰壳原料与其它原料性能的比较 如前所述，生产活性炭的原料很多，由于原料自身天然结构决定了活性炭产品不同的性 能指标。见表2 2 - l 。 表2 。2 - 1 活性炭及其原料的对比表 | 目标 活性炭炭化料 材质、碘吸附值( m g g )强度( )灰份( )强度( ) 进口椰壳1 0 5 09 9 0 82 1 9 9 2 国产椰壳1 0 3 09 8 8 82 o 9 8 4 橄榄壳9 0 09 8 8 63 1 4 9 8 。6 杏壳9 5 09 5 0 5 4 1 59 6 1 煤质9 3 09 3 0 5 9 2 2 9 5 2 注：1 检铡方法按g b t 1 2 4 9 6 - 9 9 ；2 舌性炭粗度规格均为6 x 1 2 目：3 嶷化辩规格为4 8 目 从表中可以看出，椰壳括性炭无论是碘吸附值、灰份还是强度的性能指标均比其它原料 材质的活性炭要好，椰壳原料强度要明显高于其它原料， 2 3 进口椰壳原料与国产椰壳原料的比较 椰子先的产地主要在东南亚的的印尼、马来西贬、越南、菲律宾等地，而我国主要集中 在海南省- 通过对比研究发现印尼、马来西亚越南、菲律宾等地国外产的椰壳由于日照积 温时间& ，阳光充足，所产椰壳壁厚，结构坚实；而海南国产椰壳由于日照、积温相对要短 椰壳提金活性炭生产及应用研究 些因此椰壳壁薄。因此二者所产的提金用椰壳活性炭强度指标优于国产椰壳所产活性炭。 其炭化料的强度也高于国产炭化料，参见表2 2 一l 。 2 4 结论与分析 2 4 1 原料材质的不同导致了活性炭产品性能指标有所不周： 2 4 2 在不同材质的活性炭中，椰壳活性炭碘吸附值、强度、灰份等质量指标优于其它材质 的活性炭： 2 4 3 由于地理位疑不同，国外东南驱等地由于日照、积温时间长，阳关充足所产椰壳壁厚、 结构坚实，对应炭化料的强度性能指标明显高于国产捶壳炭化料： 2 4 4 由于黄金生产行业的特殊性，提金用活性炭原料选用椰壳最好。尤其是东南亚等地的 椰壳最佳。 竺查! ! 苎些查堂三篓堕圭堂鱼堡苎 3 椰壳提金活性炭活化工艺的研究 就提金炭的生产过程和工艺控制而言，与其它活性炭品种有共性，但也有其自身的特点 虽然从椰壳原料至合格入炉料的生产加工过程与其它炭种基本一致，但由于提金用活性炭的 使用工艺及特点，决定了“活化”生产过程和“后处理精制加工”过程有其突出特点a 3 1 活化设备 目前国内活性炭厂家几乎都是从海南或国外采购炭化料后，经过破碎筛分等工艺处理后 生产合格入炉料进行活化生产。因此对话性炭生产中的一个重要环节一炭化就很难控制其生 产工艺条件和产品质量。对于先天的不足只有靠后天的努力去弥补。这直接影响了活性炭生 产厂家产品的质量、生产工艺控制的难度和经济效益。认识到这一点，从源头抓质量、抓效 益，在国外建立原料基地，选择较好的优质椰壳为原料。并派人员负责监督指导炭化生产工 艺，保证了炭化料的炭化质量，降低了炭化深度不够或温度过高不稳定，使炭石墨化的倾向。 同时避免了聚冷聚热、温度不均导致椰壳炭产生裂纹、结构遭破坏，影响强度的情况。不同 炭化料质量见表3 一i 。在炭化科预处理的破碎、筛分过程控制中，粒度的控制将直接关系后 续活化过程中活化质量的均匀性等效果。 表3 - i 不同产地的椰壳炭化料指标对比 挥发份水分灰份砂石含量强度粒度 品种 ( 鬻)( )( )( 焉)( )( 目) 唐山建新 1 81 21 2159 9 8 54 8 海南【7 堪2 ，3z 9 6 8 8 4 8 国外 2 22 01 539 7 8 64 8 椰壳活性炭的活化生产设备有很多种。有典型的新列普活化炉、焖烧炉、土耙炉及盘 式炉、转炉等。这些炉各有优缺点如斯列普活化炉它突出的优点是产品质量稳定、产量大、 质量好，事宣于大规模批量生产。丽且不需要辨加热深能利用活化产生的可燃气体燃烧释 放的热量维持自身的热平衡；但它的缺点也比较突出，那就是设备投资大，开炉、停炉操作 难度大、时间妊、费用高。而焖烧炉、土耙炉及盘式妒目前国内的小厂用的比较多，它突出 的特点是投资少，操作简单，但也存在能耗高、产晶质量不稳定、得率低，特别是炭的强度 低，较难进行商吸尉指标炭生产的特点；而转炉目前主要是韩国、台湾等地在使用在国内 也有使用。它主要优点是设备开、停方便，投资也不大，但存在产量低一次生产产品吸附 性能差的特点t 此种转炉一般最事宣再生或姆特种适性炭的生产。综上所迓；再结合我稍静 生产经验，黄金生产用的活性炭特别是高要求的炭浆法提金用活性炭，为了保证有较强的 吸附性能，既有较人的饱和吸金量和较快的吸金速率，使炭保持较高耐磨强度，以保证金的 收率、炭的反复使州和再生，提金j 悄活性炭的活化生产较适台的坟备是斯列瞥活化炉。 塑塞堡叁亟堡壅生主墨鏖旦堕塞 一韭 3 2 提金用活性炭的活化机理 活化是活性炭生产中赋予炭活性的重要环节，活性炭比表面积、孔径分布情况、孔容等 性能的好坏主要取于活化的效果，也就是说活化过程主要决定了活性炭的吸附性能和机械强 度、使用效果等。因此，活化过程工艺控制在提金活性炭的生产中，如同其它作为催化荆和 催化剂载体的炭种生产一样梵为重要。活性炭话化的机理是：( 1 ) 使炭中躁有的孔睬扩大， 孔壁被烧出；( 2 ) 使原有被堵塞的孔开放；( 3 ) 选择性的产生新孔，原有的孔在活化过程中 主要起活化介质和反应气体通道的作用，而使活性炭具有强吸附功能和具有较大的比表面积 的还是选择性产生新孔和原闭塞的孔这部分新孔孔径的大小、分布情况决定了活性炭的应 用领域和使用效果。因此针对不同的应用领域必须使活化产生不同孔“。“。由此看来针对 椰壳提金用活性炭的活化生产工艺控制宗旨就是活化出一种适合黄金行业全氰络合物 a u ( c n ) ，吸附所需孔径的炭。并且使炭保持较好的耐磨强度。 在黄金行业对提金炭的实际生产应用中，除了要求活性炭对络台金有较强的吸附性能、 较快的吸金速率和提金炭本身具有较高的耐磨强度外，还要考虑吸金炭的解吸效果。要求吸 金炭有较好的解吸功能。因此提金活性炭的7 l 不仅较好地使用吸附a u ( c n ) z 一分子，而且在解 吸时，又能很好地释放。我们知道活性炭的孔隙有两端开放型、平行壁的获缝形孔隙、锥形 管状毛细孔、尖壁形孔隙、细颈孔的大管状或墨水形几种形式，而在吸附过程中这些孔隙在 不同应用领域中不同程度的起作用。而在活性炭的吸附和脱附的过程中存在一个“滞后现 象”，即在吸附和脱附的等温曲线中存在一个“滞后环”，如图3 2 - l 。解决提金用活性炭吸 附帚 解吸闽题：也就是选择挂她形成裂于a u ( c n ：吸髫 幂f 解吸的孔踩“。”。 围3 2 - ! 摔壳撼全用括性炭啜附和鼠附等溢缱 3 3 活化工艺条件与产品吸附性能和强度产品的研究 提金用活性炭活化工艺控制比一般的活性炭的要求较为严格。我们知道。在斯列普活化 炉的活化生产中，影响活化过程的主要因素是：蒸汽量、活化温度、活化时间。而一般在斯 列酱活化炉的活化生产中为了使炉中的炭与水蒸汽充分接触达到良好活化的目的，作为活 化荆蒸汽的流量往往比活化反应实骣需要的大几倍，两且蒸汽流量的调节和控制也比较容易 实现因此活化温度和活化时间，就成了研究和控箭的主要参数。蒸汽量、活化温度、活化 时间三大要素对提金活性炭的质量影响为：蒸汽量大、温度高，利于活化反应的充分、均匀， 旦查! ! 苎些查堂三堡堡主兰垡笙苎 一 对于活性炭孔径的相对扩大、增大活性炭吸金速率有好处，反之则不利于活化，如达到i 司样 效果，则需提高活化的温度和时间，见表3 3 - 1 。 表3 3 - 1 括化参数对吸附性能和强度的关系 活化温度活化时间碘吸附值强度 蒸汽量( )( h ) ( m g g ) ( ) 8 倍b 5 06 01 0 5 29 7 8 6 倍8 8 56 01 0 5 49 7 5 6 倍8 5 06 81 0 5 69 8 0 对活化温度而言，温度越高，活化的反应速度越快，对消除活性炭吸附中墨瓶形孔径对 脱附时产生的滞后环有利，既孔径相对大些但活化的烧失严重，对得率和产量影响较大。反 之活化温度降低。活化反应速度减慢、反应时间就要延长。产生的活性炭孔隙相对发达。孔 径均匀，适合小分子的吸附。一般来说，活化时间的控制与前面豹蒸汽量和活化温度以及活 化产量有关。但有一点可以肯定活化时间越长活性炭的活化深度越高、吸附性能越好，但 过长会影响活性炭的强度和增加炭的烧失。在活化生产的实际操作中，蒸汽量和活化时间的 控制是比较容易操作的。但活化温度的控制显得就相对困难和尤为重要一些。活化温度的控 制一般是活化带的3 1 0 点和上连烟道1 卜1 2 点( 主要控制进入活化炉蒸汽的温度) 。因此控 制好活化产品的质量，必须严格控制好这几个点的温度 34 活化工艺自动控制 为了保证温度点温度控制的精确度，减少人为误差。确保提金用活性炭生产中温度等参 数的执行，我们率先采用计算机对主要活化工艺参数进行控制调节或者是显示监控。具体为： 微机对活化段的3 一1 0 点温度进行显示和自动调整，对燃烧室i - 2 点和蓄热室上连烟道l l 1 2 点温度进行显示对蒸汽压力、蒸汽流量、空气压力、空气流量、左右半炉的炉压、烟道总 抽力进行实时显示和打印记录。自动实现冷热半炉每3 0 分钟一次的蒸汽及烟道切换，并设 有温度超限报警装置。微机的应用提高了活化工艺参数的准确性提高了产品质量；降低了 操作者的劳动强度降低了生产成本和能源消耗。 塑塞堡垒适丝茎生主墨壁旦塑塞 一旦 3 41 微机控制原理 微机的控制原理如下图3 4 - l ，其中a 为电信号，d 为数据信号，接口为检测变重。 一次性元件 p i - - - q 匿卫一匝互+ 匿蛋。_ o 口 。口 圆一圆一囹妄圆 圆一匝圈一 回一匝圃一 圈3 4 - 1 计算机控制原理圈 活化炉运行中各项工艺参数由一次性捡测元件检测，经相应的压力变压器或流量变送器 转化成o - l o m a 的d c 信号，经接口扩展箱的i v 板转化成o - 5 v d c 信号，经d c 板转换成o - o f f l l ， 在微机控制下每秒钟读取一次采样值。经过数据处理得到相应的控制量，在将该控靠4 量d a 板转换成o - 5 v d c ，然后经v i 转换成o - l o , , n a d c 信号送至相应的伺服放大器，以控制执行机 构。实现对被控制量的微机控制显示屏实时出各测量参数的瞬时值、累计值及控焦4 量的输出 值 342 微机的使用功能 ( 1 ) 实时显示、打印和报警功能 在显示屏幕上直观地显示出活化炉各点的温度、左右半炉的炉压、总烟道抽力、给风的 风压利风颦、蒸汽的汽压和流量等工艺参数。当某点温度超过工艺设定的控制范围时，微机 即发出警报、并在屏幕上提示出超控点的位置和温度数值。以便查找原因及时调整，同时引 进记录。打印机也可以随时打印各项工艺参数或根据设定的时间自动打印活化过程中的各项 r 艺参数。 ( 2 ) 活化反应温度的自动调整 e 艺人员根据生产提金活性炭的质摄标准确定蒸汽盈、风压、炉压、切换时间、活化温 度与指令温度进行比较，根据数值的对比情况执行机构自动调整电动螺阕的开启度以增加或 减少该点的送风量，从而增加或减少炉内的氧含量，加快或放慢放热反应的速度( 可燃烧气 体燃烧量) ，适时地对温度进行调整，使妒内的现场温度在很小的波动范围内贴近工艺设定 的温度，达剑对温度参数的控制。 ( 3 ) 冷热半炉的自动切换 旦 壅j ! 苎些查堂三堡堡主堂垡丝苎一 微机根据工艺人员的指令，对左右半炉的蒸汽、烟道、蓄热室上连烟道的切换系统周 期性地开启或关闭，实现冷热半炉的周期性切换。切换过程如下表3 4 2 - 1 。 半炉 左半炉右半炉 m 垃占r 搏、f 执、 蒸汽开关 上连烟道关 开 半炉分烟道关开 舻 左半炉右半 搬占f 描、f 执1 蒸汽开关 上连烟道关开 半炉分烟道关开 上一周期下一周期 袭3 4 2 - l 半妒之闻的切按程痔 3 4 3 椰壳提金炭活化工艺微机控制结果 通过生产实践证明，应用工业微机控制提金活性炭的活化生产过程不但使炉内温度均 匀，各测点温度温差小，更重要的是确保了活化反应过程的平稳、均匀，从而保证了括化料 质量的优异和稳定。具体控制效果如下： ( 1 ) 冷热半炉的温差 表3 4 3 - 1 两个切换周期左右半炉的温度 温度点6 - 3 0 分平均温度3 0 6 0 分平均温度 左半炉 8 2 6 2 3 8 2 5 5 4 3 、5 、7 、9 点 右半炉 8 2 8 0 2 8 2 6 8 4 4 、6 、8 、1 0 点 从表3 4 3 - l 可以看出，左右半炉在不同状态不同时期的温差很小的。 ( 2 ) 活化段各测温点的温度 表3 4 3 - 2 某切换六分钟后各点的温度 温度点3 点5 点7 点9 点4 点i6 点8 点1 0 点 温度数值( ) 8 3 58 3 08 2 88 2 88 3 6 i 8 2 98 2 78 2 7 半炉平均温度( )8 3 0 2 58 2 9 7 5 由表34 3 - 2 可以看出，左半炉各点的平均温度、右半炉各点的平均温度与工艺设定的 温度相莠甚少。 ( 3 ) 使用微机与未使用微机各点温度点实际控制效果对比 从表3 4 3 - 3 可以看出，未使用计算机控制各点的温度相差较大。而采用微机控制后各 点温度的温差较小且接近设定值。 表3 4 3 - 3 某一周期( 3 0 分钟) 内的平均值 ，骷位- 。3 点 j i 。i 7 点9 点 l i 点4 点n 点8 点 1 0 点1 2 点 髓定情【)8 5 ( )8 5 ( 1 8 5 ( ) l 【) 8 08 5 1 )8 5 1 ) 8 5 08 5 01 0 0 0 使用计算机( )8 4 58 4 98 5 0 8 5 it 0 8 08 4 q b 5 08 5 | 8 4 91 0 1 0 来使j ；i j 计算机( )8 3 88 5 8 8 6 08 6 8l 1 0 08 3 8 8 4 l8 4 08 3 7 9 6 0 塑壅堡垒塑丝壅竺主丝堕旦堕壅 一一旦 3 4 4 椰壳提金用活性炭的活化工艺及控制效果 根据以上的理论探讨和生产实践，并采用计算机对活化工艺惊醒控制，以及格金矿的实 际应用情况得出椰壳提金用活性炭斯列普括化炉最佳工艺条件及此工艺下提金用活性炭的 指标如表3 4 ，4 - i 从表中可以看出优选了括化工艺参数，再采用计算机对温度进行控制，采用斯歹畦普炉 可以生产出优质的椰壳提金活性炭，同时较好地解决了活性炭吸附指标和机械强度之间的矛 盾，找到了提金用椰壳活性炭的质量最佳点。 表3 4 4 - i 黄金炭最佳活化工艺参数 活化工艺理化指标 活化温度活化时间蒸汽量碘吸附值强度灰份c c l ( )( h )( 倍)( m g g )( )( ) 7 8 0 8 8 05 0 - 6 56 81 0 5 0 1 2 0 09 8 2 - 9 9 51 | 2 4 2 6 55 0 - 7 0 3 5 结论与分析 3 5 1 提金用椰壳活性炭用斯列普活化炉批量规模生产较好： 3 5 2 虽然活性炭对 u ( c n ) z 的吸附机理尚无统一定论，但通过优化设备、强化精制就能 生产利于提金的产品： 3 5 3 活化工艺的自动控制对提高和稳定产品质量效果显著； 董5 4 椰壳提金婿活性炭产品活化采用表3 4 4 - l 中的参数为最佳。 竺查! ! 蔓些查堂三堡夔圭堂竺堕生 4 椰壳活性炭的精制工艺研究 4 1 精制工艺过程 活性炭的精制过程也叫活性炭的后处理深加工过程，即经过活化后的活性炭半成品经过 破碎、筛分、除砂、除铁、煮洗、浸渍、干燥等工序使活性炭满足不 司场合、不同应用领域 的使用。对于椰壳提金用活性炭的精制，就是使椰壳半成品经过一系列加工更好地满足黄金 生产的操作过程 4 2 破碎工序及设备的研究 活性炭的破碎筛分主要通过破设备和筛分设备将大颗粒的活性炭处理成事宜于客户使用 需要的颗粒大小。即通常说粒度规格的调整，对于颗粒炭处理而言破碎设备的种类很多，一 般常用锤式破碎机、鄂式破碎机和对辊式破碎机。目前用的较多的是对辊破碎机。其实不同 的粒度规格产品应选用不同破碎机进行破碎生产。一方面能提高破碎筛分的得率，减少细炭 粉，同时也可保证破碎后炭的外观以及减轻破碎部分活性炭破坏、导致耐磨强度的降低。提 金活性炭是一种粒度偏大的产品。经过使用对比、剪切式破碎机的破碎效果为最佳，不但得 率高而且活性炭颗粒外观也饱满、圆润，特别适合黄金行业矿浆中的动态使用。 在实际生产中，采用经过改装的剪切式破碎机用于椰壳活性炭的精制破碎工序，试验检 测得到的强度效果与传统对辊式破碎机对比结果见表4 ，2 - l 。 表42 一i 剪切破碎与对辊破碎方法对强度的影