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工作原理
碱活化原理:利用强碱(如 KOH、NaOH、Na₂CO₃等)与原料(如生物质、煤炭、矿石等)在高温下发生化学反应。通过化学刻蚀,碱与原料中的碳、硅、铝等元素反应,形成孔隙结构;在矿物活化中,碱破坏原料晶体结构,使其转化为活性更高的无定形或新晶相物质,实现晶格重构;还可通过碱熔解或气化作用去除原料中的杂质。
回转炉工作原理:回转炉是一种可旋转的圆筒形加热设备,具有动态加热功能,物料随炉体旋转而均匀受热,避免局部过热或反应不充分;可实现原料进料、活化、出料的连续化操作,提高生产效率;同时可通入惰性气体(如 N₂)或氧化性气体(如空气),控制反应气氛。
结构特点
炉体:一般为圆筒形结构,通常采用耐高温、耐碱腐蚀的不锈钢材质,如 410S、310S 等,以承受高温和强碱的侵蚀。
加热系统:常见的加热方式有燃气加热和电加热。燃气加热通过在转筒外设置多个燃气烧嘴,并在筒体四周设置环状加热烟道,使燃气燃烧产生热能,通过筒壁传给筒内物料;电加热则是将电热元件镶嵌在耐火材料内部,结构合理,加热效率高24。
传动系统:由调速电机经减速机通过传动齿轮驱动筒体旋转,可根据工艺要求调整筒体的转速,一般转速在 0.5-5rpm 之间,确保物料在炉内能够均匀翻滚和轴向移动2。
进料和出料系统:物料从加料斗经进料螺旋从转筒的一端加入,随着转筒旋转逐渐向出料端移动,最后掉落到暂存箱中。出料端可设置冷却夹套,通自来水进行冷却,以防止活化材料在高温下氧化2。
温度控制系统:采用热电偶等温度传感器测定加热烟道气及筒内物料的温度,并将温度信号反馈给控制系统,通过 PLC 等控制器实现对加热系统的精确控制,使炉内温度保持在设定的范围内,控温精度可达 ±1℃-±2℃14。
气氛控制系统:可通入氮气、空气等气体,通过气体流量计控制气体流量,以控制炉内的反应气氛,满足不同工艺的需求1。
工艺参数
温度:不同的应用场景温度要求不同,活性炭制备一般在 400-900℃,低温区脱水,高温区活化;矿物活化通常在 600-1200℃,取决于矿物熔点和反应需求。
升温速率:一般为 5-15℃/min,避免原料爆沸或结构破坏。
停留时间:根据活化程度调整,一般为 30 分钟至数小时。
炉体参数:转速 0.5-5rpm,倾斜角度 1-5°,确保物料轴向移动与均匀翻滚。
应用领域
活性炭生产:碱活化法制备的活性炭比表面积可达 2000-3000m²/g,微孔发达,适用于气体吸附,如 VOCs 处理、超级电容器电极等领域。
矿物活化:例如高岭土经 NaOH 活化后转化为偏高岭土,用于制备地质聚合物,替代水泥;粉煤灰经 Na₂CO₃活化后提取氧化铝,可降低矿物反应活化能,提高有价元素溶出率。
固废处理:如对废旧电池、电子垃圾等进行处理,通过碱活化回转炉工艺可实现有价金属的回收和资源的再利用。