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Charbon activé non structural et procédé pour sa fabrication.
La présente invention concerne la fabrication de charbons adsorbants ou activés du type non structural.
En ce qui concerne les charbons activés de ce type il n'est pas important que les parois portantes des particules individuelles soient denses ou fermes ou que la particule ou le grain lui-même possède la résistance structurale exigée du type granulaire de charbons. A ti tre d'exemple de ce dernier on citera le noir animal comme celui qui est employé dans les colonnes filtrantes pour le raffi- nage du sucre, ou les charbons de carbonisation activés tels que le charbon de noix de coco employé pour l'adsorption des gaz, dans les masques contre les gaz, etc. La résistance
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structurale de ces types de charbons et d'autres est très importante, car la durée de la matière dépend de la. façon dont celle-ci conserve sa grandeur primitive et sa forme granulaire.
Les qualités adsorbantes de ces charbons dé- pendent dans une grande mesure du nombre et de la nature de leurs pores. Il est bien entendu, en ce qui concerne la présente invention, que les matières qui subissent le traitement peuvent se trouver dans un état de cohésion relativement lâche dans des phases intermédiaires de l'opé- ration, et ceci est désirable, en ce que cela facilite l'opération et le traitement.
Toutefois, le produit final n'est employé et il n'est généralement utile que sous une forme finement divisée (par exemple 40 mailles par cm ou au-dessus) et l'effet extérieur de surface, ainsi que la qualité du produit jouent un rôle dans l'efficacité de ce dernier lorsqu'il sert d'agent de raffinage, de purifica- tion ou de décoloration. le produit obtenu par le présent procédé est utilisé principalement, à l'état finement di- visé, par le procédé connu sous le nom de procédé de contact, dans lequel la matière est mise en contact, sous une forme finement divisée ou pulvérisée, avec le liquide à traiter, puis éliminée par filtrage, plutôt que d'être mise en place, par exemple dans une colonnel filtrante dans laquelle on fait passer et on filtre le liquide.
L'expres- sion "non structural* employée dans la présente description désigne en outre une matière qui est utilisée à l'état relativement finement divisé ou pulvérisé, et dont l'utilité ne dépend pas nécessairement de sa propriété de résister à la rupture, à. l'abrasion et au broyage et de conserver sa forme de granule ou de particule de grosseur relati- vement grande.
Le produit du procédé peut être utilisé dans
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diverses opérations industrielles pour servir d'agent décolorant et purifiant pour l'élimination de la couleur de liquides et de solutions et des impuretés qu'ils contiennent, et il peut être appliqué, en général, toutes les fois que l'on a besoin d'une matière adsorbante, décolorante ou pu- rifiante d'un type non structural.
Parmi ses applications typiques on citera le raffinage et la décoloration des huiles et de leurs dérivés; le raffinage et la décoloration des huiles animales et végétales ; emploi comme catalyseur; pour la décoloration, purification et le raffinage de solu- tions sucrées, de sirops tels que les sirops de canne, de céréales, d t érable et de sorgho, de la glycérine et des so- lutions aqueuses et non aqueuses de composés organiques et anorganiques,;'la purification de l'eau et son emploi comme désodorant.
D'autres applications sont les suivantes: la purification de gélatines; phénols, drogues, produits phar- maceutiques et le blanchiment ainsi que la purification de différentes huiles alimentaires et huiles végétales brutes ou en partie raffinées, de qualité inférieure ou de saveur inférieure, y compris les huiles de graine de coton, de lin et de colza, de noix de coco, de fèves de soya et d'huiles animales et de corps gras tels que du lard, des huiles de poissons, des huiles médicinales, etc. Quelques domaines d'applications spéciales sont les suivants : les eaux industrielles, les déchets de garage, les huiles pour la peinture, les vernis et résines, les produits médicinaux en général, la récupération de déche ts de solutions photo- graphiques, la récupération de métaux précieux, etc.
Sous l'un de ses aspects la présente invention consiste à mélanger une matière carbonique finement divisée ou du charbon de bois avec un liant se carbonisant lorsqu'il est chauffé, à soumettre le mélange à une température appropriée
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pour carboniser ce liant, puis à un traitement d'activation tel qu'un traitement par de la vapeur d'eau à des tempéra- tures élevées, ou par d'autres agents ayant une action oxydante douce. Dans la plupart des cas le produit est traité ensuite par un solvant tel qu'un acide étendu pour en éliminer les cendres ou les substances inertes. Le pro- duit final obtenu conformément à la présente invention est un produit non structural et il est généralement employé sous forme de poudre ou de produit finement divisé.
Sous l'un de ses aspects typiques le procédé consiste à mélanger une matière carbonique finement divisée ou du charbon de bois avec une émulsion d'un liant se car- bonisant lorsqu'il est chauffé, à séparer l'eau et! ou à sécher, puis à continuer l'opération de la façon décrite.
On décrira plus loin des procédés typiques de préparation d'une émulsion du liant approprié à cet effet, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ces procé- dés, et qu'on peut utiliser d'autres émulsions de liants appropriés.
Sous un autre aspect typique l'invention consiste à déposer une matière carbonique active sur une matière moins active en mélangeant (le tout sous une forme finement divisée) une matière carbonique relativement inactive, principalement d'origine minérale, telle que des cokes de pétrole ou autres, de la houille, etc. avec une matière carbonique plus active, telle que du noir de fumée, du charbon de bois et des charbons de carbonisation, tels que des charbons de lignite, de tourbe et de matières végétales en général, par exemple des charbons de paille, de gousse, etc. et aussi avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, tel que des brais de divers goudrons;
où en mélan- geant une matière carbonique relativement inactive telle que
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du coke avec un liant tel que du brai de goudron de bois, qui se carbonise lorsqu'il est chauffe et dépose, dans les conditions de trai tement, une matière carbonique relativement active; ou en mélangeant une matière carbonique relativement active telle que du charbon de bois, du noir de fumée, etc. avec un liant tel que du brai qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, et à continuer le traitement de la façon décri te, c'est-à-dire à chauffer et à activer. Le liant est employé de préférence sous forme d'émulsion ou bien, en général, il est finement divisé lorsqu'il est mélangé avec la matière carboni que.
L'inventeur propose aussi d'utiliser des matières organiques, en particulier celles qui ont des caractéristi- ques végétales, au lieu des matières carboniques qui en dérivent, en ce qui concerne la présente invention. Ces matières organiques, de préférence finement divisées, peuvent être mélangées avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, de préférence un liant de nature bitumineuse, le mélange qui en résulte étant carbonisé, puis activé. Les diverses modifications et conditions de traitement, telles qu'elles sont appliquées à. l'invention décrite ici, peuvent aussi être appliquées dans cette variante de l'invention, mais il est bien entendu que les deux variantes ne sont pas équivalentes.
Dans le mode de réalisation préféré la matière carbonique et le liant sont d'origine végétale, par exemple du charbon de bois dur et duugoudron de bois ou le brai qui en dérive.
Il est généralement reconnu que les matières carboniques peuvent être divisées grosso modo en deux caté- gories constituées, l'une par la matière carbonique dure graphitoide ou semblable au coke, qui est inactive et appelée
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parfois "carbone béta" et l'autre par une Tariété tendre: . qui est généralement d'une couleur d'un noir foncé, active et appelée parfois "carbone alpha". Il est reconnu qu'il n'y a pas de lignes de démarcation absolue entre les deux types de matière carbonique, mais on citera quelques exemples pour mieux indiquer ce que l'on entend par là; le graphite par exemple est un exemple extrême de la première catégorie et le noir de fumée est un exemple de l'autre catégorie.
De même, des cokes tels que les cokes de houille et de pétrole seraient un exemple de la première catégorie, tandis que le charbon de bois et les charbons végétaux seraient naturellement des exemè ples de la deuxième catégorie.
En général l'invention vise la production de matières carboniques actives propres à servir pour les applications mentionnées plus haut, à partir de matières carboniques telles que le coke, la houille et les autres charbons de carbonisation tels que ceux du lignite, de la tourbe, le noir de fumée, etc. et le charbon de bois ainsi que les matières végétales en général, telles que les charbons de paille, de gousses, etc. les charbons végétaux étant préférés et les liants utilisés provenant du goudron ou étant de la nature du brai ou, en général, de nature bitumineuse, ceux d'origine Végétale étant préférés.
Les liants utilisés dans le cas présent sont généralement ceux qui se carbonisent lorsqu'ils sont chauffés et ce sont de préférence des brais, qui sont en général les résidus produits à partir de substances organiques qui se décomposent lorsqu'elles sont soumis à la distillation destructive en l'absence complète ou partielle d'air et dans une mesure tell e qu'un rési du carbonique complet ne soi t pas produit. Voici quelques-unes des catégories communes de brais :
a) les brais de goudron, qui comprennent ceux qui sont produite
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à parti r de s goudrons de bois, d'os, de houille, de gousses, de lignite, de tourbe, de paille, de balles ou enveloppes et le s bi tume s, le s goudro ns de gaz à l'eau et de gasoline; b) les brais d'huile, y compris les résidus de la distilla- tion et de la pyrolyse (cracking) d'huiles animales, végé- tales et, dans certains cas, d'huiles de pé trole, d'asphalte, de paraffine, de naphthène ou d'une aubre base;
c) les brais provenant de la distillation destructive de matières animales et végétales, y compris les brais de stéarine, d'huile de palme, de graisse d'os, de graisses d'entrepôts, de boyaux, d'eaux ménagères, de graisses, etc.; d) les brais résultant de la distillation destructive de bitumes naturels, d'asphaltes, d'alphatites, de houi lle , de tourbe, de lignite, etc. en particulier on préférera, pour les liants, les brais de goudron de houille et de goudron de bois.
Ces brais et les goudrons correspondants peuvent être employés conformément à la présente invention, les brais étant toute- fois préférés, car les produits obtenus à partir de ces brais sont généralement supérieurs et plus faciles à acti- ver; en conséquence les deux catégories ne sont pas stric- tement équivalentes. Différentes huiles (en particulier provenant dans bien des cas des goudrons mentionnés plus haut) peuvent être utilisées conjointement avec les brais ci-dessus pour servir de liants, par exemple les huiles de goudron de houille, les huiles de goudron de bois, etc.
Dans une autre application typique la présente invention peut consister aussi à mélanger une matière carbonique telle que du charbon de bois, de préférence sous une forme finement divisée, et en particulier du charbon de bois dur, avec un goudron ou brai typique obtenu à partir de la distillation destructive de bois dur et que l'on décrira en détail plus loin.
D'autres types de matières
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Carboniques relativement faciles à activer, telles que celles qu'on obtient à partir d'une matière végétale en géné- ral, par exemple les charbons de paille et de gousses, balles ou enveloppes, et les matières carboniques provenant de la carbonisation à basse température d'une matière organique, le noir de fumée, par exemple, peuvent être utilisés au lieu de charbon de bois, mais ils ne sont pas équivalents et le charbon de bois est préférable. Le liant typique utilisé dans la présente variante de l'invention est obtenu dans la distillation destructive de bois dur et il est généralement appelé goudron soluble ou goudron dissous et le brai prove- nant de la réduction de ce goudron par distillation est employé de préférence pour servir de liant.
Pour décrire plus en détail l'origine et la nature du goudron servant de liant conformément à la pré- sente invention lorsque du bois, en particulier du bois dur, est carbonisé de la façon usuelle, les produits obtenus sont généralement du charbon de bois, du gaz pas condensable, une solution aqueuse contenant de l'acide acétique, de l'alcool méthylique et d'autres produits dissous, et une couche goudronneuse ou huileuse qui se dépose sous forme de produit distinct dans le récipidnt. Cette couche gou- dronneuse ou huileuse est appelée particulièrement "goudron déposé" et c'est généralement le produit appelé goudron de bois dans l'industrie. Le brai provenant de ce goudron est aussi généralement le produi t connu dans l'industrie sous le nom de "brai de goudron de bois".
Le goudron soluble est récupéré à partir de la couche aqueuse ou couche d'acide pyroligneux provenant de la distillation destructive du bois et dans l'industrie de la distillation du bois il est appelé généralement goudron "dissous", "soluble" ou "résiduel" parce qu'il s'accumule dans l'alambic employé dans la distillation de la couche aqueuse.
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Par son aspect extérieur le goudron dissous ou soluble diffère très peu du goudron dépose, mais en effet sa composition est entièrement différente. Le goudron dissous reste toujours sous forme de résidu dans l'alambic après la distillation de l'acide pyroligneux,brut et le goudron en général doit être éliminé de l'acide lorsque l'acétate de chaux est l'un des produits désirés. Il se distingue en outre du goudron déposé par sa solubilité partielle dans l'eau et par la façon dont il se comporte généralement pendant la distillation.
Il peut aussi être caractérisé en général par son rendement nul ou très faible en huiles légères et en huiles lourdes produites pendant la distillation par rapport au goudron déposé.
A cause de ses caractéristiques générales et à cause de sa solubilité modérée dans l'eau en général il ne peut pas être utilisé pour les mêmes applications que le goudron déposé, par exemple comme produit d'étanchéité, peintures, etc. et le brai qui en dérive ne peut pas être utilisé pour des applications telles que le mélange avec du caoutchouc et d'autres applications auxquelles se préte le brai dérivé du goudron déposé. Il ne donne même pas de résultats très satisfaisants lorsqu'il sert de combustible à cause de son pouvoir calorifique relativement faible et de la difficulté avec laquelle il brûle.
Ge goudron soluble ou dissous peut être utilisé directement ou de préférence réduit davantage en brai et en produit distillé, si on le désire, conformément à la présente invention. L'inventeur a trouvé que ce goudron soluble ou le brai qui en résulte, lorsqu'ils sont mélangés avec du charbon de bois finement divisé, conformément aux procédés décrits, précédemment par l'inventeur, par
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exemple de préférence lorsqu'ils sont émulsionnés, perme t- tent la production d'un charbon de bois décolorant très actif conformément au procédé qui fait l'objet de la présente invention. D'autres goudrons tels que le goudron de bois déposé et le goudron de houille, ou les brais correspondants, peuvent être mélangés avec le goudron de bois soluble eu le brai obtenu à partir de ce goudron.
Bien qu'il soit préférable d'utiliser, pour le mélange de la matière carbonique avec le liant, le procédé du 26 Décembre 1922, décrit dans le brevet américain N 1.440.356/du même inven- teur, brevet suivant lequel une certaine sorte de matière carbonique ou de charbon de bois est mélangée avec une émulsion d'un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, on peut aussi utiliser d'autres procédés pour incorporer le charbon de bois au liant, comme ceux qui sont décrits dans les publications mentionnés plus haut. Voici quelques- uns des procédés utilisés pour le mélange : a) la matière carbonique peut être mélangée directement avec le liant émulsionné, telle quelle, ou bien la matière carbonique peut être suspendue dans un milieu aqueux et mélangée avec le liant émulsionné.
Dans la plu- part des cas l'eau contenue dans 1'émulsion sera séparée par filtrage, etc., mais dans certains cas le mélange con- tenant l'émulsion peut être chauffé directement pour carboniser le liant. b) La matière carbonique peut être mélangée avec une solution d'une matière servant de liant et se carboni- sant lorsqu'elle est chauffée, le solvant étant séparé par distillation.
Le solvant peut ttre un liquide à point d'ébullition relativement bas, tel que le benzol, le naphte, des hydrocarbures du pétrole ou des fractions du goudron de houille, ou bien on peut utiliser des solvants ayant un
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point d'ébullition plus élevé et les séparer pendant le traitement de carbonisation. c) la matière carbonique peut âtre mélangée avec un liant liquide qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, tel que du goudron produit directement ou un produit semblable, par exemple une huile ajoutée à un brai.
d) La matière carbonique peut Atre mélangée avec du brai non fluide (solide) ou un autre liant non fluide qui se carbonise lorsqu'il est chauffé et elle peut aussi être mé- langée ensui te avec un fluide tel que de l'huile, du gou- dron ou un autre liquide organique dissolvant le liant, le dispersant ou formant une masse fluide avec lui. Le fluide à. ajouter, tel que de l'huile, est utilisé de préférence sous forme d'émulsion, en particulier lorsque l'eau de l'émulsion se trouve dans la phase externe ou continue, l'huile ce trouvant dans la phase interne ou discontinue.
Ce mode de mélange particulier est l'un des modes préférés, car il permet un mélange intime avec un minimum d'eau nécessaire dans le mélange. e) La matière carbonique peut être mélangée directement avec un liant de la nature du brai, en chauffant ce dernier de façon à le rendre entièrement fluide, et en mélangeant intimement la matière carbonique finement divisée avec le liant, de préférence par des moyens mécaniques.
Dans certains cas il peut être utile d'ajouter au mélange de matière carbonique et de liant une substance destinée à être éliminée ultérieurement par dissolution au moyen d'un solvant, par exemple du carbonate de calcium ou de magnésium, de l'oxyde de calcium ou de magnésium, ou en général des métaux finement divisés, des oxydes métalliques, des sels, etc. Ces substances peuvent être éliminés du pro- duit carbonisé et activé par un traitement au moyen d'un
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solvant, de l'eau par exemple lorsque la matière est soluble dans l'eau, et un acide dilué tel que l'acide clho rhydrique, lorsque la matière est soluble dans les acides.
En outre, lorsque les matières carboniques de base contiennent natu- rellement des cendres, comme le charbon de bois par exemple, le produit final peut être soumis à un traitement par de l'eau chaude et/ou un acide, lavé finement avec de l'eau lorsqu'il est traité par un acide et séché pour éliminer les cendres. Il peut aussi être utile d'ajouter, à la matière, des substances qui se volatilisent et/ou réagissent sur la matière carbonique pendant le traitement, telles que du chlorure de zinc, de l'acide phosphorique et des matières analogues.
Il est bien entendu que les procèdes ci-dessus ne doivent pas être considérés comme équivalents en ce qui concerne la qualité du produit ou les résultats obtenus, le procédé particulier choisi dépendant des matières premières employées et des résultats désirés.
L'expression -matière carbonique- telle qu'elle est employée ici désigne le carbone par aussi bien qu'un mélange d'origine naturelle ou artificielle contenant une forte proportion de carbone. Ceci comprend les divers char- bons de bois et les matières carboniques d'origine animale, végétale ou minérale.
On décrira maintenant l'un des modes d'applica- tion du procédé. On prend une matière carbonique finement divisée, par exemple du charbon de bois dur, du coke de pétrole ou un mélange des deux et on le mélange avec de l'eau contenant un colloide de protection pour en faire une pâte épaisse. Le colloïde de protection peut être cons- titué par l'une quelconque des catégories de matière décrites du 28 Décembre 1922, dans le brevet américain N 1.440.356/délivré au même inven-
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teur, par exemple du tannate d'ammonium ou de la caséine.
On prépare ce colloide en faisant dissoudre la caséine dans une solution étendue d'un alcali tel que de llhydroxyde de sodium, du carbonate de sodium ou de l'ammo- niaque.
On prépare une solution de brai tendre en mettant d'abord en suspension du brai dur finement divisé, par exemple du brai de goudron de houille (lorsqu'on utilise des matières carboniques végétales) ou du brai de goudron de bois (de préférence en employant du brai de goudron de bois dans tous les cas) suffisamment dur pour être broyé, ayant par exemple un point de fusion d'environ 90 0 à 1500 C, dans de l'eau contenant un colloide de protection, par exemple de la caséine dissoute dans un alcali étendu, puis en préparant une émulsion d'un produit de la distillation du goudron de houille (ou d'un autre goudron), par exemple de l'huile d'anthracène, de l'huile de crénsote, etc.
en agitant l'huile avec un volume égal d'un agent émulsionnant constitué par de l'eau contenant, en solution, l'un des colloides de pro- tection des catégories mentionnées plus haut, par exemple de la caséine dissoute dans une solution alcaline. On mélange la suspension de brai et l'émulsion d'huile, puis le liant émulsionné ainsi obtenu est mélangé avec la matière carbo- nique finement divisée. L'eau est séparée de préférence par filtrage au besoin. Dans la plupart des cas il n'est pas nécessaire de séparer l'eau par filtrage, car la quantité nécessaire peut ne pas être excessive et le mélange peut être séché et/ou carbonisé directement.
Ceci est particulièrement vrai lorsqu'on utilise la variante de mélange d) indiquée plus haut, variante qui est celle que l'on préfère.
Le mélange est ensuite soumis au trai teme nt thermique pour le carboniser. Le produit carbonisé est ensuite soumis
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à l'activation par un trai tement au moyen de Tapeur d'eau ou d'un autre gaz oxydant tel que l'air, le chlore, le gaz de carneaux, e tc. ou à d'autres traitements activants. Dans le présent exemple, lorsqu'on utilise du charbon de bois dur ou une matière carbonique de base analogue, le charbon de bois carbonisé et traité par de la vapeur d'eau est sou- mi s de préférence au trai tement par de l'eau chaude et/ ou un acide dilué tel que de l'acide chlorhydrique pour élimi- ner les cendres et les autres impuretés, puis lavé avec de l'eau et ensuite séché.
Dans le trai tement de carbonisation on peut employer des températures d'environ 480 C à 985 C, plus ou moins. Pour ltactivation à la Tapeur d'eau ou les autres traitements dtactivation au gaz, on peut employer des tem- pératures de 6500 0 à 9850 C, plus ou moins. Les concentra- tions de l'acide employépour le traitement des produits activés (s'il y a lieu) peuvent varier entre moins de 1 % à 10 % et au-dessus, et on peut utiliser différents acides tels que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, etc. pendant la carbonisation et l'activation, la durée du traitement dépendra des conditions de température ainsi que d'autres conditions et on a utilisé des laps de temps va- riant entre quinze minutes et plusieurs heures, ou des laps de temps plus longs.
On donnera ci-dessous un exemple plus typique en décrivant la préparation de charbon de bois décolorant et/ou adsorbant par le procédé conforme à l'invention.
Les matières premières utilisées dans ce cas particulier sont le charbon de bois, de préférence un charbon de bois dur tel que l'érable, le chêne, le noyer d'Amérique, le bouleau, etc. (ou un mélange de ce charbon avec du noir de fumée) d'une grosseur d'environ 20 mailles par cm et au-
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dessus, 80 mailles par cm et au-dessus étant la grosseur préf érée. Pour faire la suspension de liant on utilise du brai provenant de la distillation de bois, de préférence de bois dur, ou un brai de goudron de houille ayant un point de fusion d'environ 1200 C ou une dureté suffisante pour être broyé.
on broyé le brai jusqu'à une grosseur d'environ 20 mailles par cm et au-dessus, de préférence en le concassant d'abord, puis en le broyant à l'état humide dans un broyeur à boulets, en utilisant un colloide de protection, tel que de la caséine dissoute dans une solution alcaline, de pré- férence une solution de carbonate de sodium ou d'ammoniaque dilué. on prend de l'huile de créosote provenant de la distillation de goudron de houille à une haute température ou d'un autre pro dui t de la distillation du goudron de houille et on l'émulsionne dans la solution obtenue en faisant dissou- dre de la caséine dans un alcali tel que du carbonate de sodium.
on ajoute l'émulsion d'huile à la suspension de brai, ou inversement, pour préparer le liant émulsionné, comme cela du 26 Décembre 1922 est décrit dans le brevet américain N 1.444.356/du même inventeur. A titre d'exemple de la préparation de la solu- tion de caséine, on peut faire dissoudre dans de l'eau envi- ron 1 % en poids de carbonate de sodium, chauffer la solu- tion jusqu'à. 66 C environ et introduire, en agitant, envi- ron 2 % en poids de caséine dans la solution alcaline chauf- fée. On laisse de préférence la solution refroidir avant de s'en servir.
On peut diluer la solution avant de préparer la suspension de brai, que l'on peut préparer en ajoutant une partie égale en poids de solution diluée au brai finement divisé, en agitant vigoureusement, puis en soumettant la pâte ou la suspension de préférence à une action de broyage ou de flottement, comme dans un broyeur à boulets. On ajoute ensuite
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une émulsion d'un produit de la distillation du goudron de houille (ou du goudron de bois), de préférence de l'huile de crés@te préparée en émulsionnant l'huile dans une partie égale de la solution de caséine mentionnée ci-dessus.
Pour préparer cette émulsion, on peut ajouter l'huile lentement à la solution de caséine et agiter vigoureusement pendant ou entre les additions, jusqu'à ce que l'on ait ajouté la quan- ti té d'huile voulue. on mélange ensuite l'émulsion d'huile à la suspension de brai, le produit obtenu contenant une émulsion stable de brai tendre dans la proportion de 50 à 60 parties d'huile de créstote par exemple pour 100 parties de brai dur. Il est utile d'ajouter à l'émulsion de brai tendre préparé de la façon décrite une petite quantité d'une solution de tannate d'ammonium pour la stabiliser.
On mélange ensuite avec l'émulsion un charbon de bois dur, par exemple d'érable, de chêne, de noyer d'Amérique, de bouleau, etc. broyé jusqu'à environ 60 à 80 mailles par cm et au-dessus. Le charbon de bois est humecté de préférence avec une partie de la solution étendue de casé±ne ou suspendu dans cette solution.
A titre d'exemple, le mélange final d'huile de créosote, de brai et de charbon de bois peut con- tenir approximativement 50 à 60 parties d'huiles, 100 parties de brai et 240 parties en poids de charbon de bois, et en outre il y aura en présence de très petites proportions de sel de soude ou de carbonate de sodium et de caséine, Ces proportions varieront; par exemple en maintenant la quantité d'huile et de brai constante comme dans l'exemple ci-dessus, la quantité de matière carbonique pourra varier entre 160 et 300 parties, plus ou moins.
En règle générale il n'y a en présence, avec chacun des éléments individuels, que la quantité d'eau suffi- sante pour permettre un mélange intime, de façon que lee divers
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éléments soient finalement de préférence suspendus dans l'eau jusque la consistance d'une pâte fluide. Généralement par- :tant l'eau contenant les agents de protection tels que le carbonate'de sodium et la caséine doit être un peu en excès de la quantité nécessaire par rapport aux matières en que- pension. Lorsque tous les éléments ont été bien mélangés, l'eau est séparée au besoin, de préférence par filtrage.
Le résidu peut être séché par chauffage, en partant par exemple d'une température de 1220 0 et en terminant à 88 C environ. Généralement le résidu mouillé peut être introduitedirectement dans le four de carboni- sation sans séchage préalable pour la phase suivante de l'opération. Dans certains cas le mélange de liant émulsionné et de matière carbonique peut être introduit directement dans la cornue de carbonisation ou soumis seulement à un séchage préalable, puis carbonisé, la quantité d'eau étant réduite au minimum dans ce cas.
Il est important de faire remarquer que l'on peut supprimer le filtrage ou l'autre moyen de séparation de l'eau, et même le séchage séparé. On peut le faire en uti lisant le minimum d'eau pour préparer l'émulsion e t/ou la suspension et en introduisant le mélange de matière carbonique et de liant émulsionné directement dans le four de carbonisation de la façon décrite. On peut réduire la quantité d'eau nécessaire au minimum absolu en mélangeant le liant bi tu- mineux à l'état solide finement divisé directement avec la matière carbonique, puis en ajoutant l'huile sous forme d'émulsion à ce mélange, en utisant de préférence une émulsion du type ci.'huile dans l'eau.
Par exemple, lorsqu'on utilise environ 2,5 parties de charbon de bois pour une partie de brai de bois dur, on peut émulsionner environ 25 % d'huile en poids par rapport au brai dans une quantité égale d'eau
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et l'ajouter au mélange de matière carbonique et de brai.
Le mélange peut être obtenu facilement et n'exige ni fil- trage ni séchage avant la carbonisation.
Bien que l'on ait décrit en détail la prépara- tion d'un mélange par l'un des procédés utilisés conforme'- ment à la présente invention pour préparer le mélange de matière carbonique et de liant, il est bien entendu qu'on peut employer aussi des procédés autres que ceux qui sont décrits plus haut; par exemple le charbon de bois peut être mélangé directement avec un liant constitué par du brai tendre ou une solution de ce brai, ou avec un liant constitué par un brai dur finement divisé, seul ou auquel on ajoute ensuite une solution d'une petite quantité de solvant pour le liant, en général ave-c un liant qui se carbonise lors- qu'il est chauffé, après quoi il est soumis à la carbonisa- tion. Le procédé employé dépend des matières utilisées et des résultats désirés.
Dans l'opération de carbonisation on a utilisé, pour le chauffage, des laps de temps allant de vingt à soixante minutes à des températures variant entre 6500 0 et 8200 C, et obtenu ainsi de bons résultats. Généralement parlant, la carbonisation en couches minces est préférée.
L'utilisation d'un type rotatif continu de four a donné de bons résultats. Dans ce cas le but principal est de chauffer la matière uniformément et d'empêcher la formation du charbon secondaire inactif. Apres le traitement de carbonisa- tion la charge est soumise à un deuxième traitement thermique en présence de vapeur d'eau à des températures comprises entre environ 8200 0 et 985 0 pendant un laps de temps allant d'une heure à cinq heures. Dans certains cas on a trouvé qu'il est utile d'introduire de la vapeur d'eau dans la charge pendant la carbonisation.
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Bien qu'on ai t décrit la préparation d'un charbon de carbonisation à partir de charbon de bois et/ou de coke en utilisant des liants constitues par du brai de bois dur ou du brai de goudron de houille, il est bien en- tendu qu'il ne s'agit que de simple s exemple s, de nombreuses combinaisons étant possibles entre les différentes catégo- ries de matières carboniques et de liants se carbonisant lorsqu'ils sont chauffés, de même que l'on peut faire des mélanges des diverses matières carboniques et des divers liants qui se carbonisent lorsqu'ils sont chauffés;
on peut par exemple préparer des produits appropriés en utili- sant une matière carbonique, comme cela est indiqué, au moyen de charbon de bois, de charbon de lignite, de charbon de tourbe, de charbon de différentes sortes de pailles, balles, gousses et enveloppes et d'autres matières végétales, de coke de pétrole, provenant d'une distillation directe ou déopérations de pyrolyse, de houille, de coke de houille, de noir de fumée, etc., et au moyen des divers liants indi- qués, tels que le brai de goudron de houille, le brai de gou- dron de bois et les diverses substances analogues qui se carbonisent lorsqu'elles sont chauffées.
Un mélange appro- prié et préféré est le mélange de/charbon de bois et brai de goudron de bois préparé de la façon décrite, de préférence à l'aide d'un brai de goudron de bois sous forme d'émulsion ou mélangé directement, après avoir été finement divisé, avec le charbon de bois finement divisé, après quoi on ajoute une émulsion de l'huile. on peut aussi utiliser d'autres mélanges divers de matières carboniques en combi- naison avec des liants individuels, ou avec des mélanges de liants, ou de substances qui se carbonisent lorsqu'elles sont chauffées.
Lorsqu'on utilise un charbon végétal, charbon de
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bois ou charbon analogue, le produit est généralement lavé avec un acide dilué et avec de l'aau, de préférence avant le broyage final du produit non structural plus ou moins faiblement cohérent. En général les matières carboniques peuvent 8tre distinguées des liants en ce que les matières carboniques ne sont pas liquéfiées et qu'elles ne se ramol- lissent pas sous l'action d'un traitement thermique, et que généralement la quantité de matière volatile est infé- rieure à la quantité de matières non volatiles, tandis que les liants se ramollissent ou se liquéfient généralement sous l'action d'un traitement thermique et qu'ils con- tiennent généralement plus de matières volatiles.
Toutefois, les matières carboniques peuvent contenir une quantité con- sidérable de matière volatile, d'une part, et, d'autre part, les liants peuvent contenir une quantité considérable de carbone libre. Les liants peuvent être des matières ayant des caractéristiques poisseuses, asphaltiques, résineuses être ou analogues, et ils peuvent/à l'état non fluide ou solide, ou bien ils peuvent avoir des caractéristiques telles, quant au point de fusion, qu'ils s'adaptent à la forme du récipient qui les contient. on préférera, pour les liants, des brais et en particulier ceux qui sont obtenus à partir de goudrons de houille et de goudrons de bois dur.
Pour faire les divers mélanges avant leur car- bonisation, on peut utiliser l'un des deux procédés géné- raux qui rentrent tous deux dans le cadre de l'invention et qui sont les suivants : a) La matière carbonique peut être mélangée avec un liant (qui se carbonise lorsqu'il est chauffé), et elle peut être carbonisée et activée dans des conditions provoquant le dépôt et la formation d'un charbon actif provenant de la décomposition du liant sur la matière carbonique de base utilisée dans le mélange primitif, par
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exemple le mélange de coke et de brai de goudron de bois ou d'autre brai végétal.
b) Une matière carbonique de base relativement inerte, telle que le coke provenant de pétrole, de la houile, etc. peut être mélangée arec une matière carbonique relativement active ou du charbon de carboni- sation, par exemple du noir de fumée ou un autre charbon végétal approprié et préféré, charbon de boi s dur, de noyer d'Amérique, de chêne, d'érable, etc. et un liant approprié tel qu'un brai de goudron de houille ou de bois peut être incorporé au mélange.
Dans ce dernier cas l'activité du pro- duit obtenu est due non seulement au carbone secondaire déposé provenant de la décomposition du liant (en parti eu,- lier de liants constitués par du brai de goudron de bois ou d'un autre goudron végétal approprié), mais aussi du charbon actif (noir de fumée et charbon de bois) incorporé au mélange primitif. Dans le premier cas a) la matière carbonique de base utilisée peut être une matière carbonique inactive telle que du coke, de la houille, etc., et l'on utilise un liant tel que du brai de goudron de bois ou un brai analogue qui, dans les conditions du traitement, dépose un carbone actif sur la matière car boni que relativement inactive.
Dans le deuxième cas, b), on mélange un charbon actif tel que du charbon de bois ou un autre charbon végétal, avec le charbon relativement inactif tel que la houille ou le coke (de préférence du coke de pétrole), et de préfé- rence avant l'incorporation du liant. Un troisième cas consiste à utiliser une matière carbonique active telle que celle qui a été décrite, par exemple du charbon de bois ou un autre charbon végétal, avec un liant tel que du brai de goudron de houille de préférence (ou une matière asphaltique) qui, ordinairement, déposerait une matière carbonique inactive lorsqu'on utilise une matière carbonique de base inactive.
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Les trois cas ne sont pas équivalents. Généralement parlant, le mélange préféré est un mélange de charbon de bois et de brai de goudron de bois, ou plus généralement un charbon végétal et un goudron ou brai provenant d'une source végétale.
Il est généralement préférable que la matière carbonique de base soit broyée jusqu'à 80 mailles par cm ou au-dessus, bien qu'une grosseur de 20 mailles par cm et au-dessus puisse donner aussi de bons résultats.
Le liant, par exemple le brai, sert aussi à é- tablir une structure faiblement cohérente qui est désirable pendant l'opération, par exemple le chauffage et le trai- tement par un solvant lorsque ce dernier traitement est nécessaire, aussi bien que dans le produit final, malgré même que ce dernier soit généralement broyé et réduit à une grosseur de parti cules plus ou moins fines, et bien qu'il ne se prête pas à servir de charbon véritablement structural et qu'il soit nettement différent de ce dernier.
Il semble que la carbonisation du liant, en par- ticulier des brais provenant de matières végétales, pendant qu'il est en contact avec la matière carbonique de base, provoque la formation d'une matière carbonique active ou d'une matière facile à rendre active.
On donnera ci-dessous quelques exemples des quantités relatives de types spécifiques : a) Lorsqu'on utilise un coke provenant de la distillation destructive ou de la pyrolyse d'une huile à. base d'hydrocarbure pour la matière carbonique de base et un brai de goudron de bois dur pour le liant, la proportion de coke et de brai utilisée dans le mélange peut être de 1 à 4 parties de coke pour 1 partie de brai. Une proportion sem- blable peut être utilisée lorsque le liant employé est du brai
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de goudron de houille. La proportion préférée de coke par rapport au brai est d'environ 2 : 1. On utilise une proportion de brai un peu plus grande lorsque le brai est incorporé directement sous forme de brai tendre.
En général, lorsque la quantité de matière volatile contenue dans le brai augmente, la proportion relative de ce dernier augmente également dans certaines limites. b) On a utilisé divers mélanges de matières carboniques de base tels que du coke de pétrole, de houille, etc., de préférence le premier, comme cela est décrit sous a), et du charbon de bois, de préférence de bois dur, la propor- tion variant entre 10 % ou moins de charbon de bois e90 % ou plus de coke, et inversement.
La proportion de matière carbonique de base par rapport au brai peut être celle qui est indiquée sous a), c'est-à-dire 1 à 4 de matière carboni- que pour 1 partie de brai, la proportion préférée étant d'environ 2 à 1. c) On peut mélanger une matière carbonique de base constituée par du charbon de bois ou du noir de fumée, ou un mélange des deux, ou des types analogues avec du brai de' goudron de bois ou de houille -(de préférence le premier) en utilisant en général une proportion d'environ 1 à 4 parties de matière carbonique de base pour 1 partie de brai, ou inversement, comme limites, avec 2 parties de matière carbonique pour 1 partie de brai comme proportion préférée.
Les proportions de différentes matières sont données simplement à titre d'exemples et elles peuvent varier dans de très grandes limites suivant les résultats désirés; on peut par exemple employer une plus grande proportion de matière carbonique par rapport au liant dans certains cas.
Dans les cas ci-dessus le liant peut être in- corporé de l'une quelconque des façons décrites, mais il
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sera incorporé de préférence sous forme d'émulsion, de la façon décrite en détail ci-dessus ou de la façon indiquée dans le procédé a) mentionné plus haut.
A titre d'exemple typique des résultats que l'on peut obtenir, on citera les suivants :
EMI24.1
<tb> Proportion <SEP> de <SEP> liant <SEP> Décoloration <SEP> en <SEP> % <SEP>
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<tb> Matière <SEP> carbonique <SEP> de <SEP> base <SEP> Liant <SEP> Parties <SEP> de <SEP> matière <SEP> d'une <SEP> solution <SEP> nor-
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<tb> carbonique <SEP> par <SEP> rap- <SEP> mâle <SEP> de <SEP> sucre
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<tb> port <SEP> au <SEP> brai <SEP> brut
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1 <SEP> 98
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<tb> Charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> dur <SEP> Brai <SEP> de <SEP> goudron <SEP> de <SEP> houille <SEP> 2,3:1 <SEP> 95
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Brai <SEP> de <SEP> goudron <SEP> de <SEP> bois <SEP> 2 <SEP> :1
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<tb> 75% <SEP> de <SEP> coke <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> )Brai <SEP> de <SEP> goudron <SEP> de <SEP> houille <SEP> 2 <SEP> :1 <SEP> 85
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1
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<tb> Coke <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> Brai <SEP> de <SEP> goudron <SEP> de <SEP> houille <SEP> 2,3:1 <SEP> 50
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A titre de comparaison, un noir animal de bonne qualité présente,rait, sur l'échelle de décoloration ci-dessus et dans des conditions comparables (en utilisant des volumes égaux), une moyenne de 70 %.
Généralement la densité du noir animal est supérieure à celle du charbon de bois dans l'opé- ration en question, ce qui indi querai t que les charbons de bois dont il s'agit ici sont même encore plus efficaces
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que cela nest Indiqué par cette comparaison et en parti- culier lorsque la comparaison est faite en se basant sur l'emploi d'une quantité suffisante de noir animal pour décolorer jusqu'au même degré qu'avec les charbons de bois, conditions dans lesquelles les charbons de carboni- sation faits conformément à la présente invention, en parti culier ceux qui proviennent de sources végétales, sont plusieurs fois plus efficaces que le noir animal.
Par "proportion du liant" on entend la quantité de matière carbonique à employer par rappo r t au brai; par exemple, 2:1 signifie 2 parties en bois de matière carbonique pour 1 partie da brai.
Dans les exemples donnés dans le tableau le brai est employé sous forme d'émulsion faite par les procédés de l'inventeur, procédés dont il a été question. Le poids du brai employé est basé sur un brai dur ayant un point de fusion d'environ 1200 C. On utilise à peu près 50 % d'huile de créosote en poids par rapport au brai.
Ces chiffres ne sont donnés que pour caractériser les proportions de matières utilisées dans les exemples ci- dessus, plutôt que pour les limiter.
Des résultats comparables à ceux qui sont indi- qués peuvent être obtenus par les autres variantes dé- crites ci-dessus, mais le procédé utilisé dans ces cas typiques est le procédé préféré, parce qu'il donne . généralement des résultats supérieurs. Le procédé choisi dépendues résultats désirés et des matières pre- mières employées.
Les exemples ci-dessus ne sont donnés qu'à. titre d'indication et il est facile de concevoir que l'on peut employer de nombreuses combinaisons de matières carboni- @
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ques de base et de liant, indivicuellement ou en mélange, dans le cadre de 1 'invention, on conçoit également que les conditions de traitement, telles que les températures de carbonisation et d'activation, peuvent varier toutes dans de grandes limites. En conséquence, les exemples typiques donnés ne doivent pas être considérés comme étant limita- tifs.