СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНО-МИНЕРАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК B01J20/20 

Изобретение относится к области получения углеродно-минеральных материалов на пористой основе методом пропитки и может быть использовано в сорбционной технике, очистке и осушке газов, металлургии и др.

Известен способ получения осушителя газов на основе активного угля путем пропитки его 10%-ным раствором хлорида кальция и сушку продукта (см. пат. ФРГ 3129848, кл. B 01 D 53/26, опубл. 1983 г.).

Недостатком известного способа получения углеродно-минерального материала является неоднородность готового продукта и неравномерность распределения соли в пористой структуре активного угля.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения углеродно-минерального материала, включающий пропитку высокопористого активного угля раствором бромистого лития в две стадии, причем на первой стадии раствор бромистого лития берут с концентрацией 300-500 г/л, а на второй стадии с концентрацией 800-1100 г/л, при этом соотношение основа:раствор на обоих стадиях составляет 0,6: (1,5÷1,0), а сушку осуществляют при 400-700^oC со скоростью подъема температуры 5-40^oС/мин (см. пат. РФ 2071677, кл. C 01 B 31/08, B 01 D 53/02, опубл. 10.01.97).

Недостатком прототипа является низкая прочность материала и слабость закрепления минеральной соли на поверхности, приводящие к его измельчению в процессе транспортировки и подготовки к применению в различных процессах, особенно в металлургии для цементации изделий из стали.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение прочности углеродно-минеральных материалов, полученных методом пропитки. Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление водного пропиточного раствора минеральной соли, нанесение его на пористую углеродную основу, сушку и рассев готового продукта, причем в качестве основы используют полукокс, а в качестве минеральной соли - карбонат бария, перед введением ее в воду добавляют крахмал, а нанесение раствора производят при весовом соотношении основа:раствор, равном (2,8÷3,2):1,0, и сушку осуществляют при температуре 140-250^oС; при этом соотношение компонентов в пропиточном растворе в весовом соотношении вода: соль: крахмал составляет 1,0: (1,7÷2,0): (0,05÷0,07).

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве основы используют полукокс, а в качестве минеральной соли - карбонат бария, перед введением ее в воду добавляют крахмал, а нанесение раствора производят при весовом соотношении основа:раствор, равном (2,8÷3,2): 1,0, и сушку осуществляют при температуре 140-250^oС; при этом соотношение компонентов в пропиточном растворе в весовом соотношении вода: соль:крахмал составляет 1,0:(1,7÷2,0):(0,05÷0,07).

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен способ получения углеродно-минерального материала на пористой углеродной основе, в котором в качестве основы используют полукокс, а в качестве минеральной соли - карбонат бария, перед введением ее в воду добавляют крахмал, а нанесение раствора производят при весовом соотношении основа:раствор, равном (2,8÷3,2): 1,0, и сушку осуществляют при температуре 140-250^oС; при этом соотношение компонентов в пропиточном растворе в весовом соотношении вода: соль:крахмал составляет 1,0:(1,7:2,0):(0,05÷0,07).

В процессе многочисленных экспериментальных исследований было показано, что хотя активные угли и являются высокопористыми материалами (суммарный объем пор V_Σ равен 0,8-1,5 см³/г, способными вместить в своей пористой структуре большое количество минеральной соли, однако при этом значительно снижается прочность зерен. Поэтому лучше стремиться к синтезу основы, имеющей небольшой обгар с V_Σ = 0,10-0,30 см³/г.

Сам карбонат бария имеет больший размер молекул и поэтому слабо закрепляется на углеродной поверхности, однако это можно существенно повысить, используя определенные растворимые органические вещества, являющиеся поверхностно-активными соединениями и улучшающими прилипание молекул ВаСО₃ к углеродной поверхности. Исследования показали, что наилучшие результаты получаются при использовании добавки крахмала.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор заливается технологическая вода и при перемешивании дозируется крахмал, причем температура в реакторе поддерживается в пределах 95-100^oС. Перемешивание ведут до образования однородного раствора без сгустков, после чего в реактор загружают карбонат бария и производят его растворение в течении 35-40 мин. Плотность готовой суспензии должна быть 1,65-1,80 г/см³.

Затем берут полукокс длиннопламенного каменного угля (ТУ 0772-002-22931414-99), имеющего основной размер зерен 3,5-10,0 мм с содержанием летучих 9-15 мас.% и влаги не более 12 мас.%, загружают его в обмазочный аппарат и заливают определенным количеством суспензии углекислого бария. Соотношение основа:раствор при этом составляет (2,8÷3,2):1,0, а соотношение в пропиточном растворе компонентов вода:соль:крахмал 1,0:(1,7÷2,0): (0,05÷0,07). Закрывают люк аппарата и производят перемешивание в течение 10-12 мин, в результате чего ВаСО₃ глубоко впитывается в поры полукокса. Затем сырой углеродно-минеральный материал выгружают в емкость и подают на сушку на сетчатый транспортер, заключенный в металлический кожух. Сушку ведут горячим воздухом с температурой 140-250^oС и давлением 500-600 кгс/м². Для улучшения процесса сушки над сеткой транспортера устанавливают рыхлители, предназначенные для перемешивания слоя материала при его движении. Сухой продукт рассеивают через сито с размером отверстий 3 мм, отделяя мелкую фракцию. Готовый продукт упаковывают в бумажные мешки БМ, ВМ или НМ по ГОСТ 2226-88. В готовом продукте содержание влаги не более 6 мас.%, углекислого бария 10-14 мас.%.

Прочность готового продукта составляет по ГОСТ 16188-70 62-75%.

Пример 1. В реактор объемом 1,2 м³ заливают 0,50 м³ воды и засыпают 28 кг крахмала, включают перемешивание и поднимают температуру до 95-100^oС. Перемешивание в течение 35-40 мин ведут до образования однородного раствора без сгустков, после чего добавляют BaCO₃ в количестве 900 кг.

Соотношение компонентов вода:соль:крахмал в готовом растворе составляет 1,0: 1,8: 0,06. Затем берут полукокс в количестве 680 кг с размером зерен 3,5-10,0 мм и загружают в обмазочный аппарат, куда заливают через мерник 227 кг раствора, при этом соотношении основа:раствор ВаСО₃ составляет 1:3 в весовом соотношении. Производят перемешивание в течение 10-12 мин, после чего сырой материал выгружают и направляют на сушку, которую ведут горячим воздухом при 140-250^oС. Сухой продукт рассеивают через сито с отверстиями 3 мм и упаковывают.

Прочность готового продукта составила 75% по ГОСТ 16188-70.

Пример 2. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением того, что в реактор заливают 0,48 м³ воды, и засыпают 32 кг крахмала, и добавляют BaCO₃ в количестве 938 кг, при этом соотношение вода:соль:крахмал в готовом растворе составляет 1,0: 2,0: 0,07, а в аппарат для пропитывания вводят 690 кг полукокса и заливают 215 кг раствора, при этом соотношении основа:раствор составляет 3,2:1,0, а сушку осуществляют при 250^oС.

Прочность готового продукта составила 67% по ГОСТ 16188-70.

Пример 3. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением того, что в реактор заливают 0,51 м³ воды, и засыпают 27,9 кг крахмала, и добавляют ВаСО₃ в количестве 880 кг, при этом соотношение вода:соль:крахмал в готовом растворе составляет 1,0:1,7:0,05, а в аппарат для пропитывания вводят 670 кг полукокса и заливают 240 кг раствора, при этом соотношение основа:раствор составляет 2,8:1,0, а сушку осуществляют при 140^oС.

Прочность готового продукта составила 62% по ГОСТ 16188-70.

Прочность углеродно-минерального материала, полученного по прототипу (пат. РФ 2071677), составила 37-42% по ГОСТ 16177-80.

В процессе отработки заявленного технического решения было установлено, что при весовом соотношении основа: раствор, меньшем 2,8, не происходит равномерного покрытия поверхности карбонатом бария, а при соотношении, большем 3,2, имеет место слипание гранул и образование сплошного конгломерата.

Соответственно при соотношении компонентов в растворе вода:соль:крахмал ниже 1,0:1,7:0,05 снижается прилипаемость соли к поверхности частиц полукокса, а при соотношении выше 1,0:2,0:0,07 ухудшается равномерность пропитки и затрудняется перемешивание материала и суспензии.

Оба вышеназванных процесса приводят к резкому снижению прочности продукта.

Температура процесса сушки также чрезвычайно важна для реализации способа и достижения технического результата. При температуре ниже 140^oС снижается прочность закрепления ВаСО₃ на поверхности частиц и большая его часть отсеивается в виде отходов, а при температуре сушки выше 250^oС идет выгорание углерода и озоление частиц, что снижает как прочность, так и выход готового продукта.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей мере влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области создания углеродно-минеральных материалов и может быть использовано в сорбционной технике, очистке и осушке газов, металлургии и др. Предложенный способ включает приготовление водного пропиточного раствора минеральной соли, нанесение ее на пористую углеродную основу, сушку воздухом и рассев готового продукта, причем в качестве основы используют полукокс, а в качестве минеральной соли карбонат бария, а перед введением соли в воду добавляют крахмал, нанесение раствора производят при весовом соотношении основа: раствор, равном (2,8÷3,2):1,0, и сушку осуществляют при температуре 140-250^oС, при этом в пропиточном растворе весовое соотношение компонентов вода: соль: крахмал составляет 1,0:(1,7÷2,0): (0,05÷0,07). Изобретение позволяет получить углеродно-минеральные материалы методом пропитки, имеющие высокую механическую прочность 62-75%. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения углеродно-минерального материала, включающий приготовление водного пропиточного раствора минеральной соли, нанесение его на пористую углеродную основу, сушку воздухом и рассев готового продукта, отличающийся тем, что в качестве основы используют полукокс, а в качестве минеральной соли - карбонат бария, а перед введением ее в воду добавляют крахмал, нанесение раствора производят при весовом соотношении основа: раствор, равном (2,8÷3,2): 1,0, а сушку осуществляют при температуре 140-250^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пропиточном растворе весовое соотношение компонентов вода: соль: крахмал составляет 1,0: (l, 7÷2,0): (0,05÷0,07).