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De nombreux procédés d'activation du charbon reposent sur le traitement de matières carbonées par des gaz à haute tempé- rature.
Ces procédés diffèrent par les conditions particulières dans lesquelles s'effectue l'opération d'activation de sorte que pour un même charbon actif, préparé par les différentes mé- thodes le rendement en charbon actif à partir de la matière carbonée varie.
L'invention, objet de la demande, consiste en un perfec- tionnement applicable à tous les procédés connus d'activation par les gaz, réalisant d'une part une amélioration de la quali- té du charbon actif obtenuet, d'autre part, une augmentation
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considérable du rendement de l'opér ation d'activation, quelle que soit sa valeur.
Il convient tout d'abord de préciser ce qu'il faut enten- dre par "rendement de l'activation".
En admettant qu' une matière première réduite, de façon fictive ou. réelle, à un poids P à l'état carbonisé, donne en fin d'activation un poids de charbon d'activité déterminée, on appellera au cours de la description qui va suivre "coefficient du. rendement de l'activation!' le rapport r =p.
P
On en déduit que la perte de charbon % pendant l'opéra- tion d'activation considérée est de 100 (1 -P).
P
Dans chaque cas, le coefficient r varie avec le degré d'activité auquel le charbon a été porté, il peut donc, pour un Blême procédé, être considéré comme une fonction déterminée de cJtte activité..
Sur le dessin ci-annexé, on a traduit, à titre d'exemple le phénomène d'activation par des courbes.
La courbe 1 est établie avec du charbon préparé suivant le procédé décrit dans le brevet belge NZ 341.236 - en daté du 5 Avril 1927 - pour "PROCEDE D'ACTIVATION DU CHARBON .oU DE MA- TIERES CARBONEES QUELCONQUES AVEC PRODUCTION SIMULTAMEE DE GAZ COMBUSTIBLES ET APPAREILS- POUR LE REALISER"-
La courbe 2 est tracée dans les mêmes conditions, mais avec un charbon ayant subi préalablement à son activation par le même procédé le traitement, objet de l'invention.
On a porté en abscisse et de droite à gauche, le coeffi- cient r et en ordonnée de bas en haut l'absorption maximum en Par le tétrachlorure de carbone.
Sur la courbe 1 on voit que pour un rendement de l'activa- tion de 0,30 on a un charbon pouvant absorber 85% environ de son poids de tétrachlorure de carbone, tandis que sur la courbe 2 pour un même rendement de 0,30, on trouve une absorption de 130% de tétrachlorure de carbone.
Par exemple, dans le'brevet américain N 1.497.543, dépo-
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sé le 30 Juin 1919, au nom de Mr. W.K. CHANEY, il est question d'un charbon capable d'absorber 78% de son poids de tétrachloru-, re de carbone avec une perte de 70% dans l'activation, c'est-à- dire un rendement de 0,30.
En traitant, suivant l'invention, objet de la demande, un tel charbon avant son activation par le procédé connu de Mr.
W.K. CHANEY, on obtient un accroissement de plus de 40% dans le degré d'activité pour un même rendement.
Le perfectionnement, objet de la demande, s'appliqe diane façon générale, à tous les procédés d'activation par les gaz, quel que soit l'état de la matière première, crue, natu- rellement ou artificiellement agglomérée, déjà carbonisée en totalité ou en partie, partiellement activée ou non activée,etc,
Le nouveau traitement est basé sur l'imprégnation préalable'du produit à activer par de très faibles doses (1 à 5% dans les conditions normales, mais sans limitation cependant) de bases, sels ou acides, ayant des propriétés plus ou moins ignifuges employés à l'état pur ou en mélange.
La mise en oeuvre de l'invention est cependant très diverse, car elle dépend de l'état de la matière première emplo- yée et du résultat recherché.
On a déjà préconisé l'usage de bases, de sels ou d'aci- des à action plus ou moins déshydratante, carbonisante, oxydan- te, etc... pour l'activation directe par la carbonisation, en vase clos, des matières carbonées crues, tels que la tourbe, la sciu.re de bois, les déchets de cuir, etc., mais dans tous les cas, sans le secours de gaz activant, car l'action activante est due aux bases, sels ou acides et non aux gaz.
De tels procédés ne s'appliquent qu'à des matières pre- mières crues ou incomplètement carbonisées, car les agents chi- miques utilisés agissent surtout pendant la carbonisation et ne produiraient aucun effet sur des produits déjà carbonisés de façon ordinaire. De plus, ils exigent une forte proportion de l'agent chimique activant (par exemple 50% 100%) pour produi-
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re une activation appréciable; des d6ses aussi faibles que cel- les mentionnées ci-dessus ne donneraient pas une activation sen- sible.
On a aussi envisagé l'emploi de certains acides, bases ou sels en vue de l'activation de matières déjà cokéfiées, mais sans arriver à une application industrielle par suite d'une er- redr d'appréciation des causes du phénomène observé. En effet,il est pratiquement impossible d'éviter des rentrées d'air ou de gaz braies à haute température dans les cornues; car elles sont souvent poreuses ou imparfaitement étanches au rouge, l'acti- vation, d'ailleurs très faible constatée doit être attribuée principalement à ces gaz et non à l'action des agents chimiques sur la matière carbonée si elle a été auparavant complètement carbonisée sans le secours d'un agent chimique d'activation.
Enfin, il est connu de mélanger plus ou. moins intimement à la matière carbonée de la chaux, du carbonate de magnésie, des chlorures volatils, etc. destinés à développer les gaz activants comme du gaz carbonique, du chlore, de l'oxygène parfois, qui favorisent l'activation en combinaison avec des gaz activants que l'on peut introduire en surplus dans les cornues. Ces corps sont également employés en assez forte proportion, 50% à 100% et servent aussi d'agent d'espacement favorisant l'activation.
D'après ce qui précède on conçoit aisément que les agents chimiques utilisés jusqu'à présent pour l'activation du. charbon sans ou avec le secours des gaz ont une action totalement dif- férente de celle recherchée dans l'invention, objet de la deman- de.
Les Inventeurs ont observé que de simples traces d'impure- tés diverses dans la matoière première carbonée étaient suscep- tibles de modifier considérablement son activation par les gaz; ces impuretés sont, par exemple, pour le bois, le charbon, etc., constituées par les cendres qui ont une influence appréciable sur le dite activation..
11 a été on outre reconnu, à la suite de recherches, qu'il
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est particulièrement avantageux de modifier techniquement la nature de ces cendres et d'en augmenter ou d'en diminuer la proportion suivant le cas envisagé.
Le perfectionnement consiste donc à incorporer dans la matière, préalablement à l'activation, ou en cours d'activa- tion une proportion voulue, niais toujours très faible, d'un a- gent d'imprégnation approprié, par exemple en laissant macérer le charbon dans une solution titrée de la substance choisie, ou bien encore en introduisant à l'état sec et pulvérulent, ou li- quide, pulvérisé ou non le même agent dans la masse de charbon, par exemple, à la faveur d'un traitement d'agglomération. Au- paravant, on pourra avec avantage purifier le charbon par des lavages à l'acide et à l'eau ou à l'eau simplement,
L'agent d'imprégnation et sa proportion varieront avec la nature du charbon actif désiré.
Ainsi, on obtiendra un excellent charbon actif pour l'absorption des gaz en imprégnant du charbon de bois en granu.- les naturels ou agglomérés artificiellement, à l'aide d'acide phosphorique, d'acide borique, de borate de soude, de carbonate de soude, de bisulfate de soude, de soude caustique, de phos- phates alcalins, de silicate de soude, etc... ce charbon étant soumis, après séchage, à un traitement d'activation par les gaz à haute température.
Four une activité donnée, le produit sus-visé sera plus dense, plus dur, moins noir, moins friable que le produit obte- nu sans imprégnation préalable cependant le produit sera de mauvaise qualité comme décolorant.
Par contre, on aura un excellent charbon décolorant en imprégnant le charbon de bois avec des traces de chlorure fer- rique, de chlorure de zinc, d'acide chlorhydrique ou même sim- plement en éliminant toutes les cendres naturelles par des la- vages acides avant l'activation; le charbon ainsi préparé est léger, très noir, et très tendre.
D'après les empériences effectuées, il sembel que l'ac-
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tion de certains agents d'imprégant ion dans l'activation du charbon doit être attribuée à leurs propriétés plus ou moins ignifuges.
Les corps susceptibles de donner naissance à des compo- ses fusibles à la température dtactivation paraissent favoriser l'activation dans le sens du rendement et des propriétés géné- ralement requises pour l'absorption des gaz.
Les corps susceptibles de donner naissance à des compo- sés infusibles ou volatilisés à la température dtactivation pa- raissent diminuer le rendement de ltactivation, mais par contra, améliorer les propriétés décolorantes du charbon.
L'action des ignifuges pourrait s'expliquer de la façon suivante.,
On peut considérér certains charbons inactifs, le charbon de bois, par exemple, confie constitués par un squelette de charbon actif dont les pores capillaires sont saturés par les goudrons ou. hydrocarbures lourds dégagés pendant la carbonisa- tion du bois. Les procédés d'activation par les gaz ont pour effet de détruire, par une oxydation sélective, ces goudrons où hydrocarbures tout en laissant intact le squelette de char- bon actif.
En paatique quels que soient les soins que l'on prenne gour ltactivation, il y a inévitablement destruction par com- bastion, d'une partie du charbon actif.
Or, si on a imprégné au préalable le charbon d'un corps fusible à la température dtactivation, on conçoit assez bien que ce corps pénètre dans tout le charbon actif libre et que la matière en fusion est d'autant plus absorbée par les particules de charbon que celles-ci sont plus actives.Au contraire, les particules de charbon non actives, les hydrocarbures du. charbon etc.. ne sont pas mouillées ni imprégnées par la matière en fu sion ignée; ces dernières sont laissées librement exposées à l'action oxydante des gaze alors que le charbon actif est pro- -.se.
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Un autre phénomène peut se produire également si la ma- tière à activer est quelque peu hétérogène, comme le charbon de bois par exemple, dont l'aubier est plus tendre et plus rapidement activable que le coeur; la partie tendre et généra- lement spongieuse retiendra une plus forte proportion de corps imprégnant que la partie dure., d'où. régularisation de la vites- se d'activation par protection de la partie tendre et, consé- cutivement, amélioration du rendement.
Ainsi, en appliquant l'invention, on a réussi à activer avec un excellent rendement des déchets ou "pou.ssier de charbon de bois" alors que par tous les procédés en usage une telle opération ne pouvait pas se faire avec profit, à cause de la variété de la nature des fragments de charbon qui sont consti- tués tant8t par de l'écorce, tantôt par de l'aubier ou du coeur
Il convient de notér qu'il est impossible d'interpréter l'action des agents d'imprégnation cités, comme une action d'oxydation transitoire, l'agent d'imprégnation jouant le rôle d'intermédiaire entre le charbon préalablement carbonisé qui s'oxyderait en stactivant à son contact et les gaz qui régéné- reraient l'imprégnant par oxydation ;
e effet, les mêmes corps imprégnants employés même à forte dose mais sans le secours de gaz activants sont absolument sans action bien qu'ils puissent être de natu.re, par exemple, oxydante, comme l'acide phosphori- que, le chlorure de zinc. Au contraire, si on opère en milieu.
-gazeux activant, l'acide phosphorique employé, même à très faible dose augmente les rendements et les activités parce qu' il est ignifuge, le chlorure de zinc qui n'est pas ignifuge diminue les rendements et les activités.
Les propriétés ignifuges de certaines substances ont dé- jà été mises à profit pour la carbonisation des matières orga- niques en vue de l'obtention de charbon incombustible (Brevet français N 162.282, déposé le 21 Mai 1884). On a aussi proposé l'imprégnation'du. charbon actif'par de faibles quantités d'aci- de phosphorique pour le rendre incombustible (Brevet allemand
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N 374.208, déposé le 6 Septembre 19/21) .:nais il est à noter que l'imprégnation du charbon n'a jamais été utilisée jusqu'ici pour la fabrication du charbàn actif.
L'imprégnation des matières carbonées d'après l'inven- tion peut se faire de différentes manières.
On a indiqué plus haut, la macération du charbon dans une solution aqueuse titrée de la substance imprégnante; on peut: également opérer de la manière indiquée ci-après qui sera par- ticulièrement applicable à la confection des charbons actifs moalés destinés à l'absorption des gaz.
Le charbon à agglomérer (actif'ou non actif) est broyé en poudre impalpable que l'on malaxe avec un liant, tel du su- cre, de la liqueur bisulfitique de cellulose, du goudron de houille, du goudron de bois, des Goudrons oxydés, de la dextr de l'algine, de la gomme arabique, des gels de fer, d'alumine, du. sulfate de chaux. etc... suivant les méthodes pratiquées dans l'indu.strie des charbons agglomérés. De plus et d'après l'invention, on incorpore à la pâte mie légère proportion des corps ignifuges déjà cités:
acide phosphorique, acide borique, borate de soude, carbonate de soude, bisulfate de soude., soude caustique,, silicate de souder ou toute autre substance ignifue, employés seals ou en mélange; le produit moalé est ensuite sécher calciné et activé par des procédés connus. On parviendra ainsi à une très grande amélioration des propriétés du charbon actif aggloméré obtenu, et, en particulier, à un accroissement considérable de sa solidité et de sa densité.
Pour augmenter encore s'il est besoin ces dernières pro- priétés, on opérera de la façon suivante: Du. charbon imprégné ou aggloméré par des substances orga niques, cokéfié par les procédés ordinaires connus, avec ou. sans addition de suhbstance imprégnatne, sera broyé en poudre impal- pable;
cette poudre de seconde pulvérisation aura une densité- Plus considérable que celle pouvant provenir du charbon initial et sera employée avec avantage à la confection de nouveaux ag-
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glomérés sans ou avec addition de substance imprégnante, les agglomérés séchés, calcinés, activés, enrobés au besoin par des , procèdes connus, constitueront un charbon de grande valeur par sa densité élevée et sa grande solidité,
On pourra naturellement dans tous les cas éliminer les cendres du charbon par des lavages ou une volatilisation à hau- te température après l'activation; cette action ne sera pas toujours nécessaire, étant donnée la faible proportion de matiè- re d'imprégnation utilisée.