对我国活性炭工业发展的几点思考

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1、对我国活性炭工业发展的几点思考对我国活性炭工业发展的几点思考 摘 要 对我国活性炭工业的历史和现状进行了回顾。对发展我国活性炭事业提出了若干意 见和建议。 关键词 活性炭 我国的活性炭工业经过半个世纪左右的发展,无论在产品总产量、品种、质量和生产技术等 方面都取得了长足的进步。到 1995 年活性炭年产量已突破 9 万 t,仅次于美国(1517 万 t), 超过俄罗斯(前苏联 8.5 万 t)、日本和德国(7 万 t)14,居世界第二位,根据我国海关统计, 1994 年出口活性炭 3.6 万 t,1995 年出口 5.3 万 t,超过美国和日本3,5,居世界首位。但是 与发达国家相比,我国的活

2、性炭工业仍然存在很大差距。主要表现在:科学技术基础薄弱,生 产装备落后,企业数量多且分散、生产规模小、产品品种少,劳动生产率不高6。同时在对 外贸易中由于缺乏宏观调控处于无序状况,导致国产活性炭在国际市场的竞争乏力。为了促 进我国活性炭工业的更好发展,谈几点看法与同行们共同商榷。 1 活性炭生产中的几个突出问题 1.1 物理法生产中的节能和降低原料消耗 物理法又称气体活化法。从能量平衡的观点看,一般物理法活化过程中都有 1/21/3 的原料 被气化,而大部分转化成可燃性气体。按照热力学计算,这些气体燃烧放出的能量可以满足活 化反应、反应所需水蒸气以及后处理的湿炭干燥所需能量的总和。不少企业和活

3、性炭工作者 已经在这方面做了一定的工作79,继续深入做好这方面的工作对物理法生产的节能无疑有 很大的作用。我国果壳资源有限,而果壳活性炭应用又相当广泛,果壳炭的活化基本上全采用 物理法,通常物理法活性炭收率对果壳而言只有 8 %10 %,有的还更低。如何提高活性炭收 率,对缓解果壳资源紧缺和企业增加效益具有重要意义。对于木质原料,在炭化前添加一定量 的催化剂可以使炭化收率提高 11.26 %15 %1011。江西某厂用木屑添加 2 %无机酸直接 进行闷烧制活性炭,其收率达 12 %15 %。用炭加适当的金属氢氧化物作催化剂,活化收率可 提高到 50 %70 %。同时,产品的孔隙结构也可以用催化

4、剂适当调整12。 1.2 化学法生产中的污染治理和降低药剂消耗 改革开放以来,我国经济持续高速增长,但是环境恶化也是严重的。活性炭可以治理污染,但 活性炭生产,特别是化学法生产(绝大部分仍是土法),废水废气没有有效处理,可以说中国的 化学法活性炭所取得的不大的经济效益是以沉重的环境代价换取的。化学法活性炭生产企业 已在环境保护中亮出“黄牌”,出路何在?答案只能是治理污染,降低化学药剂消耗。就目前 氯化锌法而言,现有企业应当完善废水和废气处理。就其技术改造而言,外热式薄层移动床很 可能成为化学法主要的活化工艺装置的形式13,日本专家北川睦夫博士 1986 年来华讲学时 谈及了日本氯化锌法生产活性

5、炭是用外热式两段法回转炉。据我国赴日本和美国的进修人员 了解,日本氯化锌法生产活性炭锌耗几乎为零,所采用设备为回转炉;美国磷酸法生产活性炭 酸耗 0.2 以下,所采用炉型亦为回转炉。为此,笔者认为采用间壁加热式回转炉可能行之有效。 这一形式主要有如下几个突出优点: 回转式可使物料搅动均匀,活化质量好; 活化反应尾气量只有内热式的 1/41/5,尾气处理容易,且所得溶液浓度较高,便于回用,尾 气污染容易解决,化学药剂消耗也降低了。 1.3 深入探讨制造条件和微孔结构的关系,有针对性地满足用户的需求 众所周知,活性炭的性质主要决定于孔隙结构。活性炭作为吸附剂,无论是从气体中吸附气体 和蒸气还是从溶

6、液中吸附溶解和分散物质,吸附剂的最可几孔径与吸附质的分子大小都有一 个合适的匹配问题14。国内不少活性炭科技工作者对目前市售的部分活性炭品种的孔分布 及其调变都做了不同程度的研究1516。作者及其同事们在研究工作中也对不同类型的原 料采用相应的活化剂(包括酸、碱、盐)和其他条件相配合,都制得了孔半径 2.010.0 nm 的中孔容积占总孔容 40 %60 %的高吸附性能的活性炭。同时还对高温下(10001200)活性 炭孔隙的调变作了探索,发现高温锻炼时间在 0.54 h 内,孔半径大于 15 nm 的孔在高温下基 本上塌缩,微孔特别是中孔增加了,而总孔容基本保持不变。就总体而言,我国活性炭制

7、造基 本上仍然处于“必然王国”的阶段,对制造条件和微孔结构的关系研究还很不够。也就是说, 大部分生产企业仍然处于“我就生产这些炭,用户拿去试试看的思想”,而针对用户需要,有 控制地生产出对口产品还比较困难。因此,广大活性炭工作者系统地深入探讨活性炭制造条 件和微孔结构(包括基团)的关系就显得特别需要和迫切。 1.4 注意现有活性炭原料资源的有效利用和保护,积极开发新原料 我国目前生产的活性炭大体分为木质(包括果壳)和煤质两类。我国是少林国家,生产活性炭 只能采用林业加工废料。有些地区采用成片砍伐林木制取活性炭,已经造成该地区的森林破 环,水土流失,个别从未发生过洪灾的地方也出现了洪水泛滥,这是

8、不可取的,应当引起高度重 视。我国煤炭资源比较丰富,煤炭产量居世界第一位,但是用于生产活性炭的低灰分、弱粘结 类型的资源也并不多,就目前的开采而言,也没有做到分类型开发,若干年后,煤质活性炭原料 紧张的状况也是不可避免的,建议煤炭部门,对活性炭工业用煤作一个规划,以免使活性炭原 料若干年后变为无米之炊。不同的原料制取的活性炭性质不同,应用场合也不同。我国每年 生产 5 万 t 糠醛,每生产 1 t 糠醛有 1012 t 废渣,利用糠醛渣生产的活性炭其硫容量很高, 用于气体脱硫有很好的效果17。如果全部糠醛渣用于生产活性炭最少可以生产 5 万 t。再 如中温煤焦屑也可以生产出净化含酚废水用的廉价

9、的含碳吸附剂(其含碳量只有 30 %70 %) 1819。石油焦也是一种很好的活性炭原料,简单的过热水蒸气加工即可制成印染废水的净 化材料20,笔者曾用催化活化方法制得了亚甲基蓝吸附达 480 mg/g、碘吸附达 2000 mg/g 的高吸附性能的活性炭。 2 积极开拓活性炭的应用领域 活性炭广泛用于各个工农业领域和环境保护。与发达国家相比、甚至与一些发展中国家相比,我 国的活性炭应用还是很落后的。积极开展活性炭的应用是推进我国活性炭发展的重要动力。 以食品工业为例,国外早在 3050 年代活性炭就被制糖工业普遍用于糖的精制。我国是食糖 生产和消费大国,据有关部门统计,每年消费食糖在 600

10、万 t 以上,生产食糖在 400500 万 t, 但是我国的制糖工业仍然采用落后的硫磺薰蒸的脱色精制。而硫脱色存在食糖返色、易潮解 结块的缺点,更重要的是残留在食糖中的硫会引起致癌。随着人们生活水平的提高和自我保 健意识的加强,食糖的活性炭脱色迟早会到来,现在不少中外合资或独资的食品和饮料生产厂 都规定不用硫脱色食糖。按照国外食糖精制的活性炭用量 0.3 %1.0 %计算21,我国食糖 精制每年最少需要 1.24.0 万 t 活性炭。大力开发适合我国食糖精制用活性炭品种和脱色工 艺及装置是一件很有意义的工作。再如环境保护,其活性炭的市场更为诱人。发达国家活性 炭使用量 60 %以上用于环境保护

11、,以 1992 年为例,美国年用量 12 万 t,用于水处理的占 39.2 %, 用于废气处理的占 20%以上24;日本年用量 8.2 万 t,用于水处理的占 43.6 %,用于气体吸 附占 25 %3。我国用于环保的活性炭很少,与这种情况形成鲜明对照的我国环境保护形势 却是异常严峻。最近电视台、报纸不断报道,淮河、太湖、珠江污染严重,再不治理将制约这 些流域的经济发展。美国的奋进号航天飞机在拍摄地球大气层照片时发现,中国的东北、朝 鲜半岛、日本上空大气污染严重。根据国家卫生部门统计我国有 24 %的人口在饮用水质不 良的水,7 亿人饮用超标准含细菌的水。1996 年全国八届人大四次全体会议确

12、定,我国“九五” 期间环境保护投入要从占国民生产总值的 075%提高到 15%,如何围绕环境保护开拓活性 炭的应用,特别是廉价的含碳吸附剂的制备及应用是活性炭工作者义不容辞的责任。活性炭 在其他方面的应用,诸如活性炭制剂用于清除放射性病人的核辐射和人体代谢过程的有毒物 质,用作微电子的电极材料、复合催化剂、高密度能源物质(如氢、甲烷等)的贮存、高纯物 质的分离精制等等,更是国内外活性炭工作者正在大力研究开发的领域。可以预见,活性炭作为一种新材料将在高新科技领域占有一席之地。 3 加强宏观管理,逐步走上行业协调有序发展的轨道 我国活性炭的情况,不论是生产和贸易(尤其是对外贸易)大体可以用“无序”

13、两字来概括。 根据中国海关统计,1994 年出口活性炭 3.6 万 t;1995 年出口活性炭 5.3 万 t,平均出口价 689 美元/t。出口到岸国家主要是日本、韩国、美国、意大利、新加坡等 45 个国家,这些国 家进口我国的活性炭主要用于水处理,少量的用于食品和制药工业。我国活性炭出口存在的 问题主要是多头经营、价格偏低。根据有关资料,我国活性炭的出口价只相当于国际市场价 或进口同类型品种价的 1/21/3,甚至更低。尽管如此,由于多头经营,缺少宏观管理,竞相压 价争取外商的现象屡见不鲜。这种无序状况导致:一是外商进一步压价,并提出对产品质量的 更高要求,甚至要派员驻厂监督;二是引起外国同行协会或商贸部门的反倾销,而我们却无人 应诉。这种局面严重影响了活性炭对外贸易的竞争力和国家商业信誉。为了尽快改变这一状 况,建议有关活性炭生产部门和外贸经营部门及其领导机关进行协商和协调。成立活性炭行 业协会可能是一个有效途径。近期内至少在活性炭出口方面通过协调对各品种活性炭的出口 价格进行适当控制,在活性炭出口量居世界第一的情况下应当完全可以做到。