4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Активные угли получают из разнообразного углеродсодер* жащего сырья в некарбонизованном виде или в форме углей и коксов. Основной принцип активирования состоит в том, что
утлеродсодержащий материал подвергается селективной терми­ческой обработке в соответствующих условиях, в результате которой образуются многочисленные поры, щели и трещины и увеличивается площадь поверхности пор на единицу массы. В технике используются химические и парогазовые способы активирования.

При химическом активировании в качестве исходного сырья используются в основном некарбонизованные продукты (напри­мер, древесные опилки, торф), смесь которых с неорганически­ми активирующими агентами подвергается высокотемператур­ной обработке. К активирующим агентам относятся в первую очередь обезвоживающие вещества: хлорид цинка и фосфорная кислота.

Исходным сырьем для парогазового активирования служат обычно карбонизованные природные материалы: древесный уголь, торфяной кокс, уголь из скорлупы кокосового ореха, материалы типа каменного угля или кокса из бурого угля. Важнейшим фактором, определяющим способность этих про­дуктов к активированию, является доля летучих компонентов. Если она очень мала, то активирование трудноосуществимо или вообще невозможно. Примером этого служит графит. С увеличением содержания летучих можно в первом прибли­жении говорить о пропорциональном повышении реактивности. Однако, если реактивность слишком велика, например, во вспу­чивающихся и спекающихся каменных углях, то возможно сни­жение степени активирования. Реактивность исходного мате­риала в значительной степени связана с присутствием ма — кропор.

Для активирования газами обычно используется кислород (воздух), водяной пар и диоксид углерода. Активирование воздухом имеет избирательный характер, однако существует опасность внешнего обгара гранул. Поэтому предпочтение от­дается водяному пару и диоксиду углерода.

Для достаточно высокой с технической точки зрения скорости реакции при использовании этих газов необходимы температуры 800—1000 °С. Поэтому для ведения процесса необходимо специальное оборудование: шахтные, вращающиеся, много­полочные печи, реакторы с движущимися слоями и различ­ные другие аппараты. Выбор подходящего оборудования зави­сит от степени дробления исходного материала и от того, в какой форме должны быть получены угли —■ порошкообраз­ные, зерненые или формованные. Универсальными являются вращающиеся печи, поэтому они применяются особенно часто.

При активировании углеродсодержащего материала проис­ходит значительное уменьшение массы твердого вещества. В оптимальных условиях это эквивалентно увеличению пори­стости. Отсюда в первом приближении можно простым весо­вым способом оценить увеличение активности угля. Удобным
методом в этом случае является определение насыпной плот­ности.

Важными факторами, позволяющими сделать правильный выбор активных углей для определенных целей, являются гра­нулометрический состав, площадь внутренней поверхности (объема пор), распределение пор по размерам, природа и со­держание примесей. По внешнему виду различают порошковые угли, которые используются преимущественно для обесцвечи­вания, и зерненые угли с неправильной формой зерен, а также формованные угли, которые в большинстве случаев состоят из цилиндрических гранул.

Важное значение для активности угля имеют микропоры; диаметры этих пор (до 2 нм) соизмеримы с размерами адсор­бирующихся молекул. Микропоры обеспечивают развитие ос­новной части внутренней поверхности активного угля. Кроме них в угле присутствуют переходные (мезо-) поры с диаметра­ми 2—50 нм и более крупные макропоры.

При получении активных углей свойства их можно регули­ровать выбором соответствующего сырья, метода активирова­ния, изменением продолжительности и условий активирования; при этом на определенные свойства может влиять целый ряд условий. Так, число и распределение размеров пор зависят, в частности, от природы сырья, вида и условий процесса активи­рования. В процессе химического активирования некарбонизо — ванного исходного материала получают уголь с высокой актив­ностью и относительно широкими микропорами, однако он за­грязнен неорганическими добавками, используемыми в процес­се изготовления. Если тот же исходный материал, например древесину, вначале подвергнуть пиролизу, а затем активиро­вать водяным паром, можно получить продукт, содержащий в основном тонкие поры и не имеющий посторонних примесей.