غسل الفحم وكلوريد الزنك: مزيج حاسم
الفحم المستخرج ليس مادة صالحة للاحتراق الحديث ، بسبب الكمية الكبيرة من مركبات الكبريت وغيرها. عند حرقها ، تطلق غازات سامة. يقلل غسل الفحم من كمية هذه الغازات المنبعثة عند الاحتراق - من خلال المساعدة في إزالتها من الفحم. يمكن أن تؤدي إضافة كلوريد الزنك إلى عملية إثراء الفحم إلى إنتاج منتجات الكربون المنشط.
مقدمة في غسل الفحم
غسل الفحم - المعروف أيضا باسم إثراء الفحم - هو عملية يتم من خلالها معالجة الفحم المستخرج بالماء لإزالة الكبريت والشوائب الأخرى قبل حرقه كوقود. غسل الفحم هو جزء من إعداد الفحم ، والذي يتضمن خطوات أخرى مثل التكسير والتصنيف. يمكن أن تشمل الشوائب التربة والصخور الأخرى ، بالإضافة إلى مركبات الكبريت. بمجرد غسله ، سيحتوي
الفحم
على محتوى رماد أقل بشكل عام ، مما يعني أنه أسهل في النقل وهو وقود عالي الجودة (1). يمكن تقليل محتوى الرماد من حوالي 40 - 45٪ إلى 30٪. كجزء من العملية ، يحتاج الفحم إلى إزالة المياه ، والذي يتحقق عادة من خلال الطرد المركزي أو فحص الملاط أو الترشيح التقليدي ، اعتمادا على نوع الفحم.
الوقود الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت هو أداء بيئي ضعيف - يطلق أكاسيد الكبريت في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى تلوث الهواء والأمطار الحمضية.
أحد المخاوف المتعلقة بغسل الفحم هو كمية المياه التي يستخدمها. قيم حوالي 45 متر مكعب لكل طن من الفحم شائعة. وهذا يعني أن غسل طن واحد من الفحم يتطلب 45 طنا من الماء. يشير غسل الفحم إلى مجموعة كاملة من عمليات تحسين الفحم.
قابلية الغسل
تشير قابلية الغسل إلى اختبار مادة معينة من أجل تحديد الظروف المثالية لإزالة الشوائب ، والتي يتم حسابها على أساس الكثافة. تشمل الطرق القياسية الحالية لحساب ذلك ، في حالة الفحم ، إسقاط عينة في سائل ذي كثافة معروفة وقياس المدة التي يستغرقها الغرق. يشار إلى هذه الاختبارات باسم اختبارات "الطفو والغرق". تبلغ كثافة الفحم حوالي 1300 كجم م -3 ، في حين أن المواد المعدنية (أي الشوائب الموجودة ، "الرماد") غالبا ما تتجاوز كثافتها 2000 كجم م -3 (2). لذلك يمكن الاستدلال على أن عينة الفحم الأعلى كثافة ستحتوي على نسبة أعلى من الرماد - لأن الرماد أكثر كثافة من الفحم (3). يميل معيار السوائل المعروفة الكثافة إلى أن يكون عضويا بطبيعته - بيركلورو إيثيلين وبروموفورم ورباعي برومو إيثان. عيب هذه هي أنها كلها سامة وكلها متطايرة ، بالنسبة للماء. أصبحت المحاليل المركزة أو المشبعة لكلوريد الزنك في الماء بدائل شائعة للمذيبات العضوية لاختبار قابلية الغسيل (4). الفرق في محتويات الرطوبة معروف جيدا ويتم حسابه ، مع تأثيرات السطح مثل الذوبان على جانب الفحم ضئيلة (5). تميل محاليل كلوريد الزنك إلى استخدامها في اختبارات الطفو والحوض في نظام m-3 الذي يتراوح وزنه بين 1200 و1800 كجم (6).
فصل الوسائط الثقيلة
استنادا إلى المبادئ المنصوص عليها في اختبار قابلية الغسل ، فإن فصل الوسائط الثقيلة هو طريقة تستخدم لإزالة مركبات معينة من الخليط. يعتمد على الثقل النوعي للمادة أعلى أو أقل من الثقل النوعي للسائل الذي تم وضعه فيه. يمكن أن يؤدي تعديل هذا المبدأ إلى إضافة عينة إلى سائل ، مع غرق مادة عالية الكثافة ومواد منخفضة الكثافة عائمة (7). امتداد بسيط للعملية ذاتها المستخدمة لتحديد قابلية الغسيل هو العملية المستخدمة لفصل الوسائط الثقيلة في غسل الفحم. الكبريت الرئيسي الذي يحتوي على المعادن داخل الفحم هو البايرايت ، والذي يغرق في فصل الوسائط الثقيلة.
في كثير من الأحيان ، يتم استخدام مزيج من محلول كلوريد الزنك المشبع مع مذيب آخر لضمان كثافة معينة ، وبالتالي سلوك فصل محدد. مثل هذا المثال هو فصل الفحم عالي البيتومين عن منجم في تركيا ، حيث تم استخدام كحول الأيزوبروبيل ورابع كلوريد الكربون ومحلول كلوريد الزنك بثقل نوعي يبلغ 1400 كجم م -3 (8). الفحم - على الرغم من جودته الرديئة نسبيا - طفا وتم فصله تماما عن الرماد والمحتويات المعدنية الأخرى التي غرقت.
تم استخدام مجموعة من محاليل كلوريد الزنك بكثافة تتراوح من 1100 إلى 1750 كجم م -3 لفحص آثار عملية تعويم الرغوة على غسل الليغنيت. عملية الرغوة هي تطوير لعملية فصل الوسائط الثقيلة التقليدية ، باستخدام الكيروسين لتعزيز جمع المواد العضوية المطلوبة - التي تطفو. تم الإبلاغ عن إزالة أكثر من 90٪ من مركبات الكبريت من الليغنيت ، وإن كان ذلك مع تأثير ضئيل ناشئ عن كثافة كلوريد الزنك في المحلول (9). يبدو أنه لا يهم كثيرا مقدار وجود ZnCl2 في هذه الدراسة.
بشكل حاسم ، يظهر كلا المثالين إمكانية تحسين الفحم الأقل جودة مثل الليغنيت. هذا مهم لأن أكثر من 50٪ من رواسب الفحم المتبقية في العالم هي أمثلة على الفحم الأقل جودة (10).
كلوريد الزنك والكربون: التفاعل
حتى لا يتفوق عليه في الخصائص والاستخدامات القائمة فقط على تقنيات الفصل الفيزيائي الكيميائي ، يتفاعل الفحم وكلوريد الزنك مع بعضهما البعض. يمثل نزع الهيدروجين المحدد للفحم عند تعرضه لكلوريد الزنك حوالي 12٪ من الهيدروجين الموجود داخل الفحم نفسه (11). هذا مثير للاهتمام بشكل خاص لأن إزالة الهيدروجين قد تحدث في درجات حرارة أقل من تلك التي يحدث فيها الانحلال الحراري عادة (12). هذا السلوك التفاعلي هو الذي يؤدي ، جزئيا ، إلى إنتاج مركبات الكربون المنشط من الفحم. وتجدر الإشارة إلى أنه في الانحلال الحراري للفحم الذي يحتوي على نسبة كبريت أعلى من المتوسط ، يمكن تكوين كبريتيد الزنك ، مما يقلل بشكل فعال من إزالة الكبريت(13).
إنتاج مركبات الكربون المنشط
الكربون المنشط (المعروف أيضا باسم الفحم المنشط
) هو شكل من أشكال الكربون الذي تمت معالجته بطريقة تحتوي على العديد من المسام الصغيرة منخفضة الحجم. يخلق وجود مثل هذه المسام مساحة سطح ضخمة - والتي تكون متاحة بعد ذلك للتفاعلات الكيميائية أو عمليات الامتزاز. عادة ما يتم اشتقاقه من الفحم ، ولكن هناك طرق لتصنيعه من مصادر كربونية أقل جودة ، مثل الفحم البيتوميني ، باستخدام مركبات مثل أكسيد الزنك.
كلوريد الزنك هو المفتاح لتنشيط الفحم ، حيث يتصرف في المقام الأول كعامل تجفيف بعد الكربنة (تسخين بدرجة حرارة منخفضة نسبيا). يزداد تطور حجم المسام مع زيادة كمية تنشيط كلوريد الزنك ، مما يجعل المنتج النهائي أكثر نشاطا (14). تتمثل العملية في خلط الفحم المطحون أو البيتوميني بمحلول مركز من كلوريد الزنك قبل ترك الملاط الناتج ليجف عند 110 درجة مئوية لمدة 14 ساعة - مع تفضيل هذه الطريقة بشكل خاص بسبب توفير تجفيف موحد (15). كان الكربون المنتج متطورا بشكل جيد - والأهم من ذلك - مسامية موحدة طوال الوقت. تم تقليل محتوى الكبريت بشكل كبير - مع توفير محلول كلوريد الزنك تأثير الغسيل.
بالنسبة للكربون المنشط ، تؤدي الزيادة في حجم جسيمات سلائف الفحم إلى انخفاض في مسامية مادة الكربون الناتجة (16) ، حتى عند إنتاجها تحت درجات حرارة مؤثرة بشكل لا يصدق. لذلك من الضروري أن يحدث الغسيل الكافي مسبقا.
عند تحضير الكربون المنشط من الأحماض الدبالية القائمة على الفحم (أي تلك الموجودة في التربة) ، تبين أن نسبة 2: 1 من كلوريد الزنك إلى حمض الهيوميك هي الأكثر فعالية لإنتاج الكربون المنشط المخصب بالأكسجين (17) ، عند درجة حرارة 500 درجة مئوية ، لاستخدامها كأقطاب كهربائية. وتبين أن معالجة الفحم بكلوريد الزنك ضرورية لضمان المسامية المطلوبة. وتشير استخدامات مركبات الكربون المنشط المنتجة بكلوريد الزنك إلى إزالة الزئبق الأولي من غازات المداخن، حيث يزيل الكربون ذو المساحة السطحية العالية 91.4 في المائة من الزئبق من تدفق الغاز - مع كون كلوريد الزنك مسؤولا عن ضمان الامتزاز الفعال(18).
بعد غسل الفحم
كما ذكرنا ، يستخدم غسل الفحم كميات هائلة من المياه - ولا تضمن العملية عدم ترشيح أي مادة فحم "جيدة" في مياه الصرف الصحي. قد توفر مياه الصرف الصحي لغسل الفحم ، مثل العديد من تيارات النفايات الصناعية الأخرى ، فرصة لزيادة الكفاءة الإجمالية للمصنع من خلال عملية المعالجة. معظم التركيبة المعلقة أو الذائبة لمياه الصرف الصحي هي الرماد المتطاير. تم تطوير مواد التخثر القائمة على الرماد المتطاير والأملاح غير السامة للكالسيوم (19) القادرة على إزالة ما يزيد عن 99٪ من المواد الصلبة العالقة وأيونات المعادن المتبقية من مياه الصرف الصحي لغسل الفحم. يمكن استخدام الرماد المتطاير المستعاد من الفحم لتحسين عمليات الهضم اللاهوائي (20). تعني معالجة مياه الصرف الصحي أنه يمكن إطلاقها في المجاري التقليدية.
موجز
- غسل الفحم هو العملية الشاملة لمعالجة الفحم لإزالة الشوائب وإضافة قيمة
- الكبريت ، غالبا مثل البايرايت ، هو أهم ملوث يجب إزالته لأن حرقه يؤدي إلى تلوث الهواء الشديد
- تستخدم محاليل كلوريد الزنك لاختبار قابلية الغسيل ، لتحديد أفضل السبل لفصل مواد الفحم عن بعضها البعض ، وتحل محل المذيبات السامة و / أو العضوية
- فصل الوسائط الثقيلة هو الطريقة السائدة لفصل محتويات الفحم ، بالاعتماد على الكثافة. يستخدم محلول كلوريد الزنك كوسيط
- يتفاعل كلوريد الزنك والكربون في ظل ظروف معينة ويستخدم ZnCl2 على نطاق واسع في إنتاج الكربون المنشط ، حتى من الفحم منخفض الجودة مثل الليغنيت
مراجع
1 أ. بهرامي وآخرون، الباحث. جيه الفحم الخيال العلمي. التكنولوجيا., 2018, 5, 374
2 ك. ب. جافين ، الباحث. J. الفحم الإعدادية. الاستخدام, 2006, 4, 209
3 G. H. Luttrell et al. ، نقاط القطع المثلى للفواصل المتوسطة الثقيلة ، في: R. Q. Honaker and W. R. Forrest، eds. ، التقدم في تركيز الجاذبية ، SME ، كولورادو ، 2003
4 ب. فان إمدن وآخرون ، ACARP Report ، 1999 ، C7047
5 J. A. Luppens and A. P. Hoeft, J. Coal Quality, 1991, 10, 133
6 س. برادهان و س. موهانتا ، ملاحظات IOPSci ، 2020 ، 1 ، 24403
7 ه. كرامي وآخرون، فصل العلوم التكنولوجيا., 2020, 55, 386
8 Z. Aktaś et al., عملية الوقود. التكنولوجيا., 1998, 55, 235
9 ك. سيلان و م. ز. كوتشوك ، (إنرج) الحفظ. إدارة, 2004, 45, 1407
10 دبليو شيا وآخرون ، تقنية المسحوق ، 2015 ، 277 ، 206
(11) ب. شينغ وآخرون، (كير) نانوسكي., 2015, 11, 439
12 G. Ghosh et al., Energy Fuels, 1988, 2, 224
13 أ. ليناريس سولانو وآخرون، وقود الطاقة، 1996، 10، 1108
(14) ج. م. بالاسيوس وآخرون، الوقود، 1991، 70، 727
15 أ. أحمدبور و د. د. هل ، الكربون ، 1996 ، 34 ، 471
16 M. M. Dubinin et al., Carbon, 1989, 27, 457
17 ه. تنغ و ت. س. يه الصناعيه. المهندس. الكيمياء. القرار., 1998, 37, 58
18 C.-G. يوان وآخرون ، الوقود ، 2019 ، 239 830
19 L. Yan et al.، J. Dangerous Mater.، 2012، 203، 221
(20) ك. هويلينير وآخرون، ج. Environ. الكيمياء. المهندس., 2021, 9, 106422
يجب عليك تسجيل الدخول لكتابة تعليق.