СПОСОБ РЕАКТИВАЦИИ АКТИВНОГО УГЛЯ Российский патент 2003 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к области сорбционной техники и охраны окружающей среды и может быть использовано для регенерации (реактивации) зерненых активных углей (а.у.), отработанных при очистке различных жидких сред в процессах сорбции золота и серебра из растворов и пульп золотоизвлекательных фабрик.

Известен способ реактивации (регенерации) активного угля путем предварительного насыщения его водой до влажности 60-70% и последующей обработки окислительным газом (воздухом или смесью воздуха и водяного пара) при 760-1040^oС со скоростью подъема температуры 100-400^oС/мин, при этом водяной пар подают в количестве 0,1-2,0 кг на 1 кг угля (см. пат. Швейцарии 539580, кл. С 01 В 31/08, заявл. 06.03.72). Недостатком этого способа является невысокая адсорбционная способность реактивированного угля при очистке жидких сред от паров органических веществ. Кроме того, процесс реактивации очень сложен и требует высоких энергозатрат, т.к. термообработка ведется при температурах 760-1040^oС.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ, включающий сушку угля, термообработку в присутствии водяного пара в соотношении (2-4/: 1 кг а.у.) при температуре 660-700^oС со скоростью ее подъема 30-60^oС/мин и охлаждение со скоростью падения температуры 60-100^oС/мин (см. пат. РФ 2167103, кл. С 01 В 31/08, B 01 J 38/00, опубл. 20.05.2001 г.).

Недостатком известного способа является низкая адсорбционная способность реактивированного угля по сорбции золота из растворов и пульп.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной способности получаемого активного угля по сорбции золота из растворов и пульп выхода готового продукта.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим сушку влажного активного угля при температуре 450-560^oС со скоростью нагрева 25-40^oС/мин, термообработку при температуре 620-720^oС со скоростью нагрева 8-12^oС/мин, охлаждение в среде перегретого водяного пара до температуры 120-200^oС.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что сушку влажного активного угля проводят при температуре 450-560^oС со скоростью нагрева 25-40^oС/мин, термообработку осуществляют при температуре 620-720^oС со скоростью нагрева 8-12^oС/мин, а охлаждение ведут в среде перегретого водяного пара до температуры 120-200^oС.

Из патентной и научной литературы авторам не известен способ регенерации отработанного угля, включающий сушку при температуре 450-560^oС со скоростью нагрева 25-40^oС/мин, последующую термообработку при 620-720^oС со скоростью нагрева 8-12^oС/мин.

Неизвестен и способ охлаждения а.у. в среде перегретого водяного пара до температуры 120-200^oС.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В процессе многоцикловой работы в режиме сорбции-десорбции при извлечении золота из растворов и пульп происходит блокировка пористой структуры угля высокомолекулярными органическими примесями, находящимися в рабочих растворах (масло, солярка, флотоагенты и др.) Необходимо подобрать такой режим разблокирования пористой структуры а.у., чтобы с одной стороны эффективно восстановить его адсорбционные свойства, а с другой - избежать больших потерь, вызываемых обгоранием угля и его растрескиванием при интенсивной термообработке. Проведенными многочисленными экспериментами было установлено, что наиболее важной стадией технологического процесса реактивации является окисление перегретым водяным паром рыхлого аморфного углерода, образовавшегося в порах при пиролизе органических загрязнителей. При этом надо произвести такое удаление влаги (20-40%) сушку угля, чтобы не разрушить механическую структуру гранул и не снизить выход готового продукта.

Выявлено также, что наряду с термообработкой стадия охлаждения является важной для окончательного формирования адсорбционных и прочностных свойств реактивируемого угля за счет исключения перекристаллизации и деформирования гранул. Было показано, что более эффективно охлаждение идет, если использовать атмосферу перегретого пара более низкой температуры, чем в зоне термообработки.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут отработанный в процессе извлечения золота из пульп или из раствора, с влажностью 20-40% и загружают его во вращающуюся ретортную печь, имеющую 3 независимые зоны нагрева.

Загрузку отработанного угля поддерживают в пределах 30-70 кг/час и в 1-й зоне устанавливают температуру 450-560^oС; путем изменения скорости подачи угля шнековым питателем поддерживают скорость нагрева, равную 25-40^oС/мин.

Во II-й зоне устанавливают температуру 620-720^oС и регулированием угла наклона и скорости вращения барабана задают скорость подъема температуры на этой стадии, равную 8-12^oС/мин.

В III-й зоне устанавливают температуру 450-500^oС и регулированием скорости отсоса водяного пара из реторты (осуществляемой вентилятором, устанавливаемым на выгрузочном патрубке) добиваются температуры выходящего из зоны охлаждения продукта, равной 150-200^oС. Продукт принимают в герметичную емкость (бидон, барабан, бочку), охлаждают до комнатной температуры и направляют на стадию адсорбции в адсорбционный аппарат (пачук, агитатор, адсорбер).

Качество реактивированного угля определяют по эффективности сорбции цианида золота из стандартного раствора при комнатной температуре.

Адсорбционная емкость по золоту реактивируемого угля составляет 12,0-17,5 мг/г а. у. , в то время как у исходного (свежего, не использованного угля) она также составляла 12-17,5 мг/г, т.е. восстановление (регенерация) адсорбционных свойств осуществлено на 99-100%.

Выход готового продукта, определенный как отношение сухого реактивированного угля (после предварительного отсева мелочи менее 0,5 мм) к массе загруженного угля (с пересчетом на влагу) по предлагаемому способу составляет 95-97%.

Аналогичные показатели у угля, полученного по известному способу (пат. РФ 2167103).

Составляют:
- активность по сорбции золота - 8,0-9,0 мг/г;
- выход готового продукта - 85-92%, т.е. значительно ниже.

Пример 1. Берут 10,0 кг отработанного в золотоизвлекательной промышленности активного угля (марки АГ-95) с влажностью 20% и подают его во вращающуюся ретортную печь, в I зоне поднимают температуру до 450^oС со скоростью 25^oС/мин, устанавливают во II зоне температуру 620^oС, обеспечивая скорость ее подъема, равную 8^oС/мин, затем из III зоны, имеющей температуру 450^oС, регулированием скоростью отсоса водяного пара из реторты, добиваются температуры выходящего а.у., равной 120^oС.

Охлажденный затем до комнатной температуры а.у. выгружают из емкости и анализируют.

Адсорбционная активность по золоту выгруженного реактивированного угля составляет 12,0 мг/г, выход годного продукта - 97,5%.

Пример 2. Проведение процесса, как в примере 1, за исключением того, что сушку угля в I зоне ведут до температуры 560^oС со скоростью ее подъема 40^oС/мин, а термообработку осуществляют до 720^oС со скоростью подъема 12^oС/мин, охлаждение проводят водяным паром до 200^oС.

Полученный реактивированный уголь обеспечивает адсорбционную активность по золоту 17,0 мг/г, при выходе готового продукта равном 99%.

Пример 3. Проведение процесса, как в пункте 1, за исключением того, что сушку угля ведут до температуры 405^oС со скоростью 32,5^oС/мин, термообработку проводят до температуры 670^oС со скоростью 10^oС/мин, а охлаждение осуществляют в среде перегретого водяного пара до температуры 160^oС.

Адсорбционная активность по золоту получаемого угля составляет 14,5 мг/г, выход готового продукта - 99%.

Эксперименты по влиянию режимов сушки показали, что при скоростях нагрева ниже 25^oС/мин часть влаги остается в тонких микропорах и ухудшает пиролиз органических веществ, что обуславливает снижение адсорбционной активности получаемых углей по сорбции золота, с другой стороны, увеличение скорости подъема температуры выше 40^oС способствует растрескиванию гранул, а следовательно, и снижению выходов годного продукта.

При низкой температуре сушки (ниже 450^oС) нарушается режим термообработки, вследствие того, что гранулы проходят во II зону достаточно холодными (с содержанием значительных количеств органических растворителей).

При температурах выше 560^oС происходит озоление гранул за счет подсоса воздуха из загрузочного края реторты.

При определении оптимальных параметров режима термообработки было найдено, что если скорость нагрева угля до 620-720^oС составляет менее 8^oС/мин, то создаются условия для более плотной конденсации аморфного углерода в порах угля. Это не позволяет эффективно осуществлять реакцию
С_аморф+Н₂О-->СО₂+Н₂,
что в свою очередь, обуславливает снижение адсорбционной активности по золоту. В то же время повышение темпа нагрева выше 12^oС/мин приводит к образованию более крупнопористой структуры из-за выгорания стенок соседних пор, т.е. наблюдается значительное уменьшение объема микропор за счет возрастания объемов балластных пор.

Температурный интервал термообработки 620-720^oC обеспечивает максимальные показатели адсорбционной емкости по золоту без потери продукта на растрескивание и пыление.

В случае понижения температуры второй стадии термообработку ниже 620^oС снижение активности по золоту (менее 12,0 мг/г) обусловлено уменьшением доли разблокированных микропор, а при повышении ее выше 720^oС отмечено снижение выхода готового продукта.

Опыты, выполненные по выбору режима охлаждения реактивированных гранул, показали, что при температуре выше 200^oС имеет место загорание реактивированного угля, а при температурах ниже 120^oС происходит адсорбция высокомолекулярных продуктов процесса реактивации, что существенно снижает активность получаемых а.у. по золоту.

Из изложенного следует, что каждый из признаков в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно: полное восстановление адсорбционных свойств активного угля, отработавшего свой ресурс в адсорбционном процессе (например, извлечения золота из растворов и пульп) при максимальном выходе годного продукта, что обеспечивает его многоразовое эффективное использование.

Предложенный способ позволяет осуществить реактивацию адсорбентов на золотоизвлекательных фабриках без ежегодного завоза свежего угля, что имеет огромное как экономическое, так и экологическое значение.

Изобретение относится к области сорбционной техники и охраны окружающей среды и может быть использовано для реактивации (регенерации) зерненых углей, отработанных при очистке различных жидких сред, а также в процессах сорбции золота из растворов и пульп золотоизвлекательных фабрик. Способ реактивации активного угля, отработавшего свой ресурс в различных адсорбционных процессах, включает сушку влажного угля при температуре 450-560^oС со скоростью ее подъема 25-40^oС/мин, последующую термообработку при 620-720^oС со скоростью нагрева 8-12^oС/мин, охлаждение угля в среде перегретого водяного пара до 120-200^oС. Способ позволяет при минимальных потерях полностью восстанавливать первоначальные свойства адсорбентов, отработанных в различных жидких средах, в том числе и при извлечении золота из растворов и пульп.

Способ реактивации влажного активного угля, включающий сушку угля, его термическую обработку в присутствии водяного пара и охлаждение, отличающийся тем, что сушку ведут при 450-560^oС со скоростью нагрева 25-40^oС/мин, термообработку осуществляют при 620-720^oС со скоростью нагрева 8-12^oС/мин, а охлаждение проводят в среде перегретого водяного пара до 120-200^oС.