Projekt 15357/01

Entwicklung eines energiesparenden, emissionsarmen Verfahrens zur Herstellung von Aktivkohle durch mechanische Aktivierung

Projektträger

UVR - FIA Verfahrensentwicklung -Umweltschutztechnik - Recycling GmbH
Chemnitzer Str. 40
09599 Freiberg
Telefon: 03731/797-209

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und halbtechnische Erprobung eines emissionsarmen und kos-tengünstigen Alternativverfahrens zur Aktivkohleherstellung auf der Grundlage einer mechanischen Aktivierung.
Anlass für die Aufnahme der Arbeit waren die positiven Ergebnisse eines vorausgegangenen DFG-Projektes Grundlagenuntersuchungen zur Erzeugung reaktiver Formen des Kohlenstoffes durch mechanische Aktivierung. Mit diesem Projekt wurde die mechanische Aktivierbarkeit von Anthraziten oh-ne hohen Energieaufwand und Einsatz von Chemikalien nachgewiesen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Bearbeitung erfolgte in nachfolgenden Hauptschritten:
- Laboruntersuchungen zur Aktivierbarkeit und Charakterisierung verschiedener Ausgangskohlen: Auswahl und Vergleich verschiedener Ausgangskohlen; Entwicklung und Erprobung der Mahltechnologie; Vergleich verschiedener Zerkleinerungsapparate.
Als Aktivierungsmethode im kleintechnischen Maßstab wurde eine Scheibenschwingmühle eingesetzt. Als Charakterisierungsmethode des Produkts wurden u.a. Körnungsanalyse und BET-Oberflächenbestimmung durchgeführt.
- Errichtung und Betrieb einer halbtechnischen Aktivierungsanlage (Kugelmühle).In einer Kugelmühle mit 13 kW Antriebsleistung und einer Mahlraumgröße von 1,5 m Länge und 0,9 m Durchmesser konnte ein Durchsatz von 12 kg/h erzielt werden.
- Eignungstests im Bereich der Abwasserreinigung: Bestimmung der Adsorption von definierten chemischen Stoffgruppenvertretern (Laboruntersuchungen an Modellsubstanzen).
Das Adsorptionsvermögen wurde hinsichtlich der Adsorption organischer Wasserschadstoffe, der Entfärbung von Abwässern und der Schwermetallentfernung aus Abwässern untersucht.
- Versuchseinsätze in anderen Anwendungsbereichen, z.B. in der Abgasreinigung.
- Zur Beurteilung der erzeugten Produkte durch Dritte wurden potentielle Anwender bemustert.
- Versuche zur Modifizierung der erzeugten Pulverkohle durch Additive und durch Agglomeration zu Formkohlen.
- Ökonomische Bewertung und Kostenschätzungen für eine Produktionsanlage.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der durchgeführten Labor- und halbtechnischen Untersuchungen können wie folgt zusammengefasst werden:
1. Von den einbezogenen Rohstoffen ergab sich nur der Anthrazit der Lagerstätte Ibbenbüren als geeignete Ausgangskohle.
Eine Auswahl der Rohstoffe ist nur anhand von Adsorptionstests an aktivierten Produkten möglich.
2. Mit allen geprüften Zerkleinerungsaggregaten (Trommelmühle, Planetenmühle, Rührwerkskugelmühle) können aktivierte Kohleprodukte hergestellt werden.
Es gelang aber nicht, Produkte mit spezifischen Oberflächen > 200 m2/g (was für Aktivkohlen gefordert ist) zu erzeugen, auch wenn der Energieeintrag auf 10000 kWh/t erhöht wird.
3. Für eine großtechnische Aktivierung ist eine Trommelkugelmühle geeignet. Der notwendige Energieeintrag beträgt 600 - 700 kWh/t.
4. Die erzeugten Aktivkohlen weisen für die als Modelsubstanz verwendeten Wasserschadstoffe Phenol, p-Cl-Phenol, p-Nitrophenol sowie Na-Dodecylbenzolsulfonat wesentlich höhere spezifische Adsorptionsenergien als eingeführte Aktivkohlen auf, erreichen aber wegen der geringeren spezifischen Oberfläche nicht deren Adsorptionsvermögen. Lediglich für Hg-Ionen wurde für den aktivierten Anthrazit eine bessere Adsorption als für die Vergleichsaktivkohle festgestellt.
5. Die beträchtlichen Kosten für die Rohkohle und die Aktivierung verhindern einen wirtschaftlichen Einsatz. Für eine technische Anwendung nachteilig ist die Feinkörnigkeit des aktivierten Anthrazit. Ohne die Adsorptionseigenschaften vermindernde Zusätze liefert eine nachfolgende Granulierung keine Granulate mit ausreichender Stabilität.
6. Durch Aktivierung unter Zusatz von Ligninsulfonat können auch mit Wasser benetzbare Produkte hergestellt werden, wobei die Adsorptionseigenschaften dadurch nicht verändert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Hergestellte A-Kohleproben wurden Aktivkohleproduzenten für Tests zur Verfügung gestellt. Daraus ergaben sich keine Einsatzmöglichkeiten.


Fazit

Es ist mit relativ einfachen Prozessen möglich, in kontinuierlicher Produktion eine aktivierte Kohle zu erzeugen. Deren Eignung ist aber gegenüber den auf dem Markt befindlichen A-Kohlen eingeschränkt. Auch aus ökonomischen Gründen ist eine technische Umsetzung des Verfahrens nicht sinnvoll.