粉状活性炭的物理法生产工艺以水蒸气或二氧化碳为活化剂,通过高温气化反应形成发达孔隙结构,其核心流程包括原料处理、炭化、活化、粉碎筛分和包装储存,具体如下:

一、原料处理
原料选择:主要选用优质木屑、果壳等含碳物质,这些原料结构致密、含灰量低,有利于制备高性能活性炭。
破碎与干燥:将原料破碎至适宜粒度(通常为1~10mm),并通过干燥处理去除自由水,控制含水率≤10%,以防止炭化过程炸裂。
二、炭化
炭化过程:在无氧或低氧条件下,将处理好的原料进行高温热解。炭化温度通常控制在450~700℃,通过分阶段升温(干燥→热解→碳化)完成。
炭化产物:炭化后得到的产品称为“半焦”或“炭基体”,初具孔隙结构但比表面积较低,需进一步活化处理。
三、活化
活化原理:活化是赋予炭粉高比表面积和发达孔结构的核心工艺。物理活化法采用水蒸气或二氧化碳作为活化剂,在800~1000℃的高温下与炭化料接触进行气化反应(如C + H₂O → CO + H₂),侵蚀炭化物的表面,同时除去焦油类物质及末炭化物,使炭化料的微细孔隙结构发达。
活化过程:活化过程中,通过气化反应使炭化料原来闭塞的孔开放、原有孔隙扩大及孔壁烧失,某些结构经选择性活化而产生新孔。孔隙的形成与碳的氧化程度密切相关,在一定的活化烧失率范围内,活化气体与炭化料的气化反应程度越深,生产出的活性炭比表面积就越大、孔隙就越发达、吸附性能就越好。
活化控制:活化温度和时间的控制对活性炭的性能有着重要影响。理论认为,烧失率小于50%时,得到的是微孔活性炭;烧失率大于75%时,得到的是大孔活性炭;烧失率在50%~75%时,得到的是具有混合结构的活性炭。
四、粉碎与筛分
粉碎设备:活化后的炭材料需进行粉碎处理,以得到符合要求的粉状活性炭。粉碎设备通常采用气流粉碎机、振动磨、球磨机等,在这些设备中,原料被高速撞击或剪切,粉碎至所需粒度。
筛分设备:筛分设备的主要作用是对粉碎后的活性炭粉进行粒径分级,通常采用气流分级机、振动筛、旋风分离器等。分级过程确保了不同粒径的炭粉能够满足不同应用需求,如电池材料通常要求较细的粒径(D50<10μm),而工业用炭粉可以容忍较大的粒径分布。
五、包装与储存
包装材料:包装材料需确保气密性、阻水性、抗压性,且包装方式应方便运输与分发。
储存条件:粉状活性炭应储存在干燥、通风、阴凉的地方,避免受潮和污染。