AO "ЭНПО "НЕОРГАНИКА"

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ. НАУКА И ПРОИЗВОДСТВО.

Новые активные угли на основе антрацита.

 

Мухин Виктор Михайлович, начальник лаборатории активных углей ОАО «ЭНПО «Неорганика», д.т.н., профессор экологии, Лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, академик МАНЭБ.

Статья из Межотраслевого альманаха  Деловая слава России №1 за 2013 год 

 

Окончание эпохи «холодной войны» в огромной степени было обусловлено тем обстоятельством, что на нашей планете грозила взорваться «экологическая бомба». Резко возросшее загрязнение окружающей среды стало приносить человечеству вред, соизмеримый с последствиями применения оружия массового поражения, в том числе и химического.

 

 Необходимо особенно подчеркнуть степень воздействия загрязнения биосферы на здоровье человека в ряду влияющих на него по данным Всемирной организации здравоохранения (2002 г.) факторов: питание и образ жизни (51 %), экология (39 %), медицина (10 %). Результаты исследований, охватывающих почти полувековой период (1945-1993), свидетельствуют, что в военных конфликтах в мире погибло 23 млн. военнослужащих и гражданских лиц, а от малярии, туберкулеза, СПИДа и других инфекционных заболеваний умерло 150 млн. человек. По данным Высшей школы экономики (Новая газета, 2008, № 8) из-за сильного загрязнения воздуха в Москве ежегодно умирают 11 тыс. человек, а смертность жителей из-за нездоровой экологической обстановки в 2-3 раза выше, чем от дорожно-транспортных происшествий. Эти факты убедительно свидетельствуют о том, насколько важна санитарная чистота окружающей среды, непосредственно связанная с возможностью, как распространения названных заболеваний, так и прямого негативного влияния на всё живое.

Еще более катастрофическая ситуация связана с питьевым водоснабжением. Несмотря на огромные запасы пресной воды на нашей планете, дефицит питьевой воды на Земле постоянно растет. В настоящее время из 6 млрд. человек населения Земли 1,5 млрд. (т.е. одна четверть) испытывают недостаток питьевой воды (есть данные, что к 2025 г. это число достигнет 2,5 млрд. человек). Особенно это сказывается в странах Северной Африки и Юго-Восточной Азии, а также в Китае и Индии. В 2020 г. ожидают гибель 76 млн. человек из-за грязной питьевой воды (радио «Маяк», август 2002 г.). И, даже если очисткой воды и займутся, то все равно из-за нехватки качественной питьевой воды погибнут 36 млн. человек, что сопоставимо с числом умирающих от СПИДа. Прогнозы футурологов говорят, что третья мировая война может начаться не из-за энергоресурсов (нефти и газа), а из-за пресной воды.

Активный уголь (АУ) является единственным типом сорбента, имеющего высокую адсорбционную способность при извлечении токсичных органических загрязнений из воды. Все питьевое водоснабжение и глубокая (ниже ПДК) очистка сточных вод базируются на использовании порошковых и зерненных АУ. На эти цели расходуется 30 % мирового производства АУ.

АУ не снижают своей адсорбционной емкости до влажности паровоздушного потока 90%. Вследствие этого в большинстве реализованных технологических процессов влажность ПВС, очищаемых АУ, практически не оказывает влияния на эффективность извлечения примесей.

Общие объемы производства АУ в мире составляют в настоящее время 1 млн. 250 тыс. тонн и характеризуются ежегодным приростом объема производства около 5%.

Максимальная производительность по АУ предприятий СССР достигала в 1989 г. 40 тыс. т/год. В 2000 г. в России по разным оценкам было произведено 10-12 тыс. тонн активных углей, а в 2008 г. – всего лишь 4-5 тыс. тонн, а в  настоящее время 2,5-3 тыс. тонн в год. Говоря об объемах производства и потребления этой продукции, следует  подчеркнуть важность таких показателей, как удельное производство и удельное потребление активных углей на человека в год. В СССР величины этих показателей были равны  и  составляли  0,15 кг на человека. В настоящее время в Российской Федерации они сократились до 0,02 кг на человека. В странах же Западной Европы, Японии и США удельное потребление АУ находится на уровне 0,5 кг на человека, причём в Голландии, находящейся в устье Рейна – в недавнем прошлом одной из самых загрязнённых рек Европы, величина этого показателя составляет 2,5 кг на человека. То есть наша экология в 25 раз хуже мировой.

Таким образом, вышеизложенное говорит об острейшей проблеме организации новых производств АУ с желательным использованием простых технологических приемов переработки исходного углеродсодержащего сырья.

В различных регионах России широко представлены антрациты, как ископаемое каменноугольное сырье. Потенциальные запасы и объемы этого типа каменноугольного сырья составляет 35 млн. тонн. Наибольший интерес представляют антрациты Донецкого бассейна, Кузнецкого бассейна и Магаданской области, то есть для организации на их основе новых производств активных углей будет потребляться не более 0,2 % их запаса.

Особо важно отметить низкое содержание летучих веществ (менее 5 %), что позволяет подвергать такой материал непосредственно активации без проведения операции карбонизации и обезлетучивания, а также малая зольность.

Полученные положительные результаты лабораторных исследований позволили поставить вопрос об изготовлении укрупненной опытно-промышленной партии активного угля на основе антрацита марки АУА в условиях опытного завода ОАО «ЭНПО «Неорганика». При этом технологический регламент на изготовление данной партии угля на основе антрацита включал всего четыре технологические операции, в то время как производство АУ на каменноугольной основе марки АГ-3 требует 11 операций.

Технологические операции производства АУ:

Тип АГ-3: 1. Дробление; 2. Размол; 3. Подготовка связующего; 4. Смешение (пастоприготовление); 5. Грануляция; 6. Сушка; 7. Карбонизация;  8. Рассев;         9. Активация; 10. Рассев; 11. Затаривание.

Тип АУА: 1. Дробление; 2 Активация; 3 Рассев; 4.Затаривание.

 

Проведенные исследования показали, что полученный активный антрацит марки АУА имеет более высокую прочность и низкое содержание золы по сравнению с активными углями марок промышленного производства БАУ-А и ДАУ-А.

Адсорбционные показатели по тестовым веществам в жидкой фазе: йоду, метиленовому голубому имеют весьма интересную зависимость: по йоду они находятся на одном уровне (60 - 62 мин), а адсорбция метиленового голубого у промышленных АУ выше. Однако, если обратить внимание на адсорбционную способность по этим веществам приведенным к единице объема адсорбента (мг/см3)* (*- рассчитывается путем умножения адсорбционной активности мг/г на насыпную плотность г/см3), то емкость АУА по сравнению с промышленными  углями по этим веществам становится значительно выше.

Относительно адсорбционной способности по извлечению низкомолекулярных органических веществ, таких как бензол и хлористый этил из паровоздушных смесей (ПВС), антрацит демонстрирует двукратное преимущество, что объясняется тонкой структурой его микропор.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о перспективности активных антрацитов, как сорбентов для использования в процессах защиты окружающей среды.

АУ опытно-промышленной партии был передан в институт НИИКВОВ г.Москва для исследования эффективности очистки воды. В табл. 1 приведены результаты испытаний активированного антрацита, отечественного АГ-3 и бельгийского TL-830 по эффективности удаления формальдегида. Исследования показали, что активированный антрацит вполне может конкурировать с АГ-3 и TL-830 по извлечению формальдегида из воды.

Таблица 1. Эффективность углей по отношению к формальдегиду (данные НИИКВОВ, г. Москва, Л.П. Алексеева)

 

Марки углей

Исходная концентрация формальдегида, мг/л

0,11

0,1

0,06

АГ-3

0,032

0,040

0,016

TL-830

0,042

0,040

0,022

Активир. антрацит

0,033

0,038

0,019

Условия проведения опытов: 1 г угля на 1 л воды, время контакта 0,5 ч

 

Аналогичные исследования по эффективности извлечения плохосорбируемого фенола, как наиболее распространенного антропогенного загрязнителя как в сточных, так и природных водах, были выполнены в ОАО «НИИ ВОДГЕО» г. Москва.

Испытания проводились в одинаковых условиях для двух типов сорбентов АУА и промышленного активного угля КАД-И:

– высота слоя – 120 и 520 мм;

– скорость фильтрования растворов сорбата 2 и 4 м/ч;

– время контакта раствора сорбата с сорбентом – 1,8 и 7,8 мин.;

– концентрация сорбата в рабочих растворах ~ от 5 до 50 мг/дм3

В результате проведенных испытаний установлено, что при фильтровании раствора сорбата (фенола) через слои сорбентов высотой 120 мм «до проскока» сорбционная емкость сорбента АУА составила 9,4 мг/г, сорбционная емкость сорбента КАД-И – 2,15 мг/г. То есть, сорбционная емкость «до проскока» сорбента АУА больше емкости сорбента КАД-И на единицу массы в 4,4 раза

Полученные результаты испытаний свидетельствуют об эффективности использования активированного антрацита в очистке питьевой воды при установке дополнительных адсорберов за слоем кварцевого песка на станциях водоподготовки, а также не исключается возможность замены кварцевого песка на активный антрацит, что значительно упростит эксплуатацию финишной стадии водоподготовки. По предварительным оценкам экономия средств на реконструкцию станций водоподготовки в целом по Российской Федерации может составить несколько десятков триллионов рублей.

Принимая во внимание особую важность Магаданской области, как золотодобывающего региона, мы провели испытание указанного антрацита Омсукчанского месторождения в процессах сорбции цианидного комплекса золота. Результаты испытаний, выполненных в головном институте золотодобывающей промышленности ОАО «Иргиредмет»  (г. Иркутск) показали, что он соответствует требованиям, предъявляемым к АУ в гидрометаллургии благородных металлов. При механической прочности 87 – 92 % активный антрацит имел адсорбционную способность по золоту 14 – 22 мг/г ( при норме  8 мг/г) и не уступал по своим эксплуатационным свойствам активным углям ведущих мировых производителей. На его основе могут быть организованы технологические процессы извлечения золота по схеме «кучное выщелачивание» и даже «сорбент в пульпе».

Проведенные исследования по получению активных антрацитов и их испытанию в реальных многотоннажных технологических процессах очистки воды и гидрометаллургии золота, позволяют ставить вопрос об организации их промышленного производства в различных регионах страны, так как антрациты различных месторождений позволяют получать АУ с близкими качественными характеристиками.

Внедрение разработанной технологии получения АУ с использованием антрацитов различных регионов России позволит с минимальными затратами обеспечить отечественную индустрию качественными углеродными адсорбентами для решения экологических и технологических задач.

Адрес:

144001, г. Электросталь,
Московская область,
ул. Карла Маркса, д.4

Коммерческий отдел:

(496) 575-30-95, (496) 575-30-63
Факс: (496) 575-01-27
kom@neorganika.ru

Copyright © 2013. All Rights Reserved.