KRALJEVINA SRBA, HRVATA I SLOVENACA
UPRAVA ZA ZAŠTITU
KLASA 10 (31
INDUSTRIJSKE SVOJINE
IZDAN 1. MARTA 1929.
PATENTNI SPIS BR. 5634.
Chemische Werke Carbon Gesellschaft m. b. H. Ratibor, Nemačka.
Postupak za izradu visoko-aktivnih ugljenih kaluipljenih predmeta.
Prijava od 26. marta. 1927.	Važi od 1. novembra 192/.
Ovaj se pronalazak odnosi na proizvodnju visoko-aktivnih ugljenih predmeta, pod kojim se, po pronalasku, podrazumeva svaki liveni (kalupljeni) ili na drugi način složeni ugalj, u zrnastom, gmdvastom ili drugom proizvoljnom obliku a na suprot prahastom obliku; ovakvi predmeti, od svili u ovoj oblasti poznatih, razlikuju se izvanredno velikom tvrdoćom i imaju vrlo veliku otpornost protiv svih mehaničkih uti-caja i hemiskih dejstva, koji se, dalje, pri upotrebi ne troše i ne praše, tako da se ne kvare u velikoj meri, dok se s druge strane, opet vrlo dobro mogu oživeti i imaju vrlo znatnu adsorpcionu moć za svaku vrstu gasne adsorpcije, kako u pogledu razbojadisavanjia (dekolorisanja) tako i drugog čišćenja tečnosti.
Već su do sad predlagali nekoliko postupaka za izradu zrna ili drugih izlivanja od aktivnog uglja, ali bez obzira na to, što opšte ili neodredjeno izlaganje nije omogućavalo stručnjaku izvodjenje odre-djenog i tehnički ostvarljivog postupka, u tehnici je bilo nemogućno izradjivati ka-lupljene predmete tako izrazitog i svestranog aktiviteta pored velike tvrdoće i otpornosti.
Po pronalasku se polazi od ma kog uglja, ugljenične materije ili njenih uglje-nisanih proizvoda. Drveni ugalj, na pr. brezov, bukov ili jelov, pokazao se kao podesan, kao i ugljenisana zrna plodova i ljuske istih, na pr. ljuske kokosovog oraha; tako isto je zgodan i svaki drugi ugal j na pr. tresetni, karbonizacioni ili proizvo-
di švelovanja (destilacije) organskih materija svake vrste; tako isto se mogu upo-trebiti ne ugljenisane ili nepotpuno karbo-nisane sirovine, na pr. treset, mrki ugalj, kameni ugalj, antracit. Eventualno se može početi sa jednim ranije aktiviranim ugljeni ili sa proizvodima ugljenisanja 1 ji su proizvedeni dejstvom kemikalije, koje ugljenišu i oduzimaju vodu.
Početni materijal upotrebljuje se u fino razdeljenom obliku, na pr. mleven, ili dobiven neposredno u ovom obliku (sul-fitni ugalj, iz gasova dobiveni ugalj i t. d.), prvenstveno sa veličinom zrna finih čestica od 1—10 m, pri čem glavna masa može imati na pr. finoću od 2—5 m. Pod ovim okolnostima može kod izvesnog dela mle-venog proizvoda postojati Brown-ovo kretanje.
Ipak se može, ako je namera da se upotrebi kalupljeni ugalj za dekolorisanje ili druge primene na tečnosti, preporučiti, da se početni materijal ne melje suviše fino, i u ovom se slučaju dobijaju izlivci sa grubljom unutarnjom kapilarnošću.
Fino razdeljeni materijal se homogeno meša sa kakvim podesnim organskim ve-začem, koji prvenstveno sadrži izvesnu uopšte malu količinu organske materije, odnosno, koji je impregniran ili emulgi-ran sa izvesnom malom količinom hemika-lija. Smeša se potom pod visokim pritiskom kalupi u predmete, ovi potom suše, šveluju, kalciniraju i na koji poznati način aktiviraju.
Sulfitna izradjena lužina je primer jed-
Din 15.—
nog' zgodnog organskog vezača, koja već sadrži potrebnu anorgansku materiju. Ova lužina se može zatim odmah sa fino podeljenim ugljeni mešati homogeno sa usitnjenim ugljem ili kakvim drugim fino usitnjenim ugljeničnim materijalom.
Kod jednog drugog oblika izvodjcnj.i pronalaska vrlo su podesne razne vrste katrana kao organski vezač. Naročito drveni katran i slični biljni katrani, kao i oni, koji su postali pri destilaciji ispod 45° C, četinarski katrani i t. d. Vrlo podesan odnos mešanja je na pr. 60—70% drvenog uglja i 30—40% katrana. Umesto katrana mogu se uipotrebiti, tako isto, oksidisani katrani ili u benzinu rastvorljive ili pak u benzinu nerastvorljive frakcije katrana (sastojci smole).
U ovom poslednjem slučaju se vezač pre svoga mešanja sa ugljem obrazuje sa srazmerno malom količinom anorganskih materija, koje su nerastvorljive u vezaču, ili čiji se rastvori mešaju sa vezačima, odnosno sa kojima se vezač može impregnirati ili emulgirati. Cilj je primesi (odnosno prisustvu) ovih materija dobi janje ravno-mernog do jezgra dejstvujućeg aktiviranja, jer bi bez ove obrade više bilo površno aktiviranje. Ovo treba smatrati kao bitno za proizvodnju tvrdih proizvoda. Kao organske materije uzimaju se uopšte one, koje same po sebi mogu vršiti aktivirajuće dejstvo na ugalj. Na pr. nadjene je, da je cedj kaustične sode zajedno sa katranom podesan, — isto dejstvo mogu vršiti i druge soli, hidroksidi i kiseline — na pr. karbonati, bikarbonati, sulfati, bisulfati, cink ili drugi hloridi, sulfidi, sulfiti, organske kiseline, fosforne kiseline i t. d.
U ižvesnim slučajevima, na pr. ako se počinje sa već aktiviranim ugljem, onda se ovaj može prvo impregnirati sa kakvom organskom materijom na pr. natronovom cedji i potom mešati sa organskim veza-čem.
Drugi organski vezači su: polimoleku-larne ugljovođoničke smeše, ugljeni hidrati, melasa, sirup škroba, belančevine, smole, lepak ili materije, koje mogu razlagati drvo, celulozu, i t. d. na pr. oni koji se upotrebljuju u industriji veštačke svile, i svi drugi vezači, koji se upotrebljuju za metalurgiske, električne, hemiske ili kakve druge svrhe.
Kao vezači se, prvenstveno upotrebiju-ju organske materije, koje se pri ugljeni-sanju skupljaju. Pri upotrebi aktivnog uglja kao sirovine, ovo je vrlo povoljna, okolnost, jer aktivirani ugalj ne menja n: pak samo vrlo malo menja svoju zapreminu. Prethodno aktiviranje materijala za aglo-merisanje može kad-kad biti vrlo korisno
za dobijanje vrlo aktiviranog proizvoda. Ali u praksi primena aktiviranog uglja kao sirovine ima izvesne nezgode. Naime utvr-vezača mora biti veća, jer pore aktiviranog uglja potrebna količina organskog vezača mora biti veća, jer pore aktiviranog uglja absorbuju više vezač nego inače. Na ovaj se način uspeh aktiviranja deli-rnično ništi, te se po aglomerisanju naknadnim merenjem ili aktiviranjem, — pri čem ugljenična materija propada — mora ukloniti veća količina organskog vezača, da bi se dobio proizvod veće poroznosti.
Druga činjenica, koja se je pri praktičnom izvodjenju pronalaska pokazala kao vrlo važna, jeste stvaranje izvesne kapilar-nosti u unutrašnjosti ugljeničnih predmeta. Više ili manje porozna kapilarnost aktiviranog uglja odnosno predmeta odre-djuje većim delom adsonbirajuće osobine proizvoda i, prema tome da li se predmeti rade za gasnu apsorpciju ili za obradu tečnosti, korisno je veličinu pora izabrati u saglasnosti sa nameravanom primenom uglja.
Dodavanjem malih količina anorganske materije, koja vrši emulgirajuće ili aktivirajuće' dejstvo, mogućno je odrediti stepen kapilariteta u kalupljenim predmetima. Kako se anorganske materije mogu isprati iz gotovog proizvoda, to se porozitet predmeta još više povećava. Tako isto se može tačnim izborom organskog vezača ili koje druge primese, po volji, menjati porozitet i kapilaritet.
Tako se može, ako se podje od jednog prethodno aktiviranog uglja, fino usitnjenih ili po sebi sitnih čestica vršiti prvo ini-pregniranje sa jednom materijom, koja se po aktiviranju ekstrahira, luži, ispira, ili isparava za vreme žarenja i aktiviranja ili preobraća u lako uklonljive materije. Ove materije mogu biti potpuno indiferentne ili vršiti kakvo aktivirajuće dejstvo.
Na ovaj način impregnirane čestice mešaju se potom sa kakvim organskim ve-začein, čime se absorpcija ovog vezača u porama čestica uglja potpuno ili delimično uklanja. Na ovaj način može se proći sa manjom količinom vezača i ne ništi se rezultat prethodnog aktiviranja, jer po uklanjanju ili isparenju vezača ugalj opet debija svoj aktivitet. Eventualno se može početi sa proizvodom, koji je samo delimično aktiviran, pri čem u materijalu zaostali vezači igraju ulogu srestva za popunu. Za impregniranje uglja za aglomerisanje mogu se tako isto upotrebiti anorganske n aterije, koje se dodaju zbog em nisi ran ja iii homogeniziranja vezača.
Kao sredstva za impregniranje mogu se izabrati na pr. tečnosti, koje isparavaju za
vreme zagrevanja, rastvori anorganskih iii organskih soli, kiseline ili lužine, kao na pr. kloridi, sulfati acetati, sulfidi, fosforna kiselina, sirćetna kiselina, natronska cedj, amoniumove soli, alkoholi i t. d.; sve hemi-kalije, koje mogu vršiti aktivišuće dejstvo na materijal i uopšte sve podesne materije, koje mogu doprineti da se ne zatvore- pore, obrazovane dodavanjem katrana ili tome slično ili one koje već postoje u uglju.
Mešanje se vrši prvenstveno pomoću kakve mašine za mešanje do potpune homogenosti i eventualno na povišenoj temperaturi.
Posle mešanja dolazi presevanje, gde se radi bolje tvrdoće upotrebljuju vrlo visoki pritisci. Za izradu uglja za adsorpciju gasova mogu se upotrebiti pritisci od 300 atm. a i više, dok se za ugalj za dekolor'-sanje preporučuju manji pritisci. Temperaturu za vreme presevanja treba udesiti tako da se potrebni visoki pritisak može zadržati.
Kod jednog oblika izvođjenja predmeti se rade pomoću jedne prese, u kojoj se prave pune lopte ili cilindri ili glatke ili izolučene cevi, koje se mogu tako rezati, da njihov prečnik bude koliko i njihova dužina (Raschig-prstenovi). Kao veličinu jezgra treba birati oko 2—5 mm. Naravno mogu se primeniti i svi drugi podesni oblici.
Dobra strana pronalaska leži u tome, što pri presevanju dobiveni oblik prestavlja već oblik primene, usled čega je dalja obrada vrlo ekonomična.
Kalupi jeni predmeti izlažu se potom sušenju. Sušenje se vrši prvenstveno pod oksidišućim okolnostima; korisno je ako se tu radi sa provodom vrelog vazduha, što se nastavlja do stvrdnjavanja_. Proces stvrdnjavanja se poboljšava oksidacijom. Eventualno se za ubrzanje oksidacije mogu vezaču pridodati katalitične materije kao sikativi.
Osušeni predmeti se potom izlažu procesu žarenja i aktiviranja. Prvo se vrši švelovanje do oko 50" C sa ili bez upušta vazduha, gasova ili para, prvenstveno u stalnom kretanju pri brzom odvodu destjlacionih proizvoda. Proces destilacije (švelovanja) vrši se lagano, što je od vrlo velike koristi za osobine proizvoda. Potom se destilisani materijal žari duže vremena oko 950" C, pri čem je korisno da se temperatura manje ili više brzo penje, što zavisi od veličine zrna materijala, na pr. kod manjih zrna može penjanje ići brže nego kod većih. Žarenje se vrši bez dovoda vazduha i bez uvoda ga-
sova, čemu je cilj povećanje zapreniinske težine, gustine i tvrdoće uglja.
Potom se materijal definitivno aktivira, i tu se može postupati na poznati način, na pr. uvodjenjem vodene pare (pregrejane ili nepregrejane) i pomoću poznatih naprava, na pr. u rotacionoj peći. Koristno je ako se destilacija, žarenje i aktiviranje vrši u jednom toku rada i neprekidno jedno za drugim i uz stalno kretanje materijala. Da bi se dobio vrlo tvrd ugalj važno je, da se aktiviranje vrši vrlo lagano. Opaženo je, da je za proizvodnju uglja za gasim adsorpciju vrlo podesno višečasovno aktiviranje sa vrlo malo vodene pare, pri čem se može raditi u obrtnoj peći sa obrtnom brzinom od oko 4 obrta u minuti. Ako je cilj izrada uglja koji vrlo dobro dekoloriše, onda je korisna obrada sa većom količinom vodene pare uz brže kretanje.
Po završenom aktiviranju ugalj se može ekstrahirati radi uklanjanja anorganske primese i prirodnog pepelnog sastojka sirovine. Ekstrakcija se može vršiti vodom .a za tu svrhu poznatim hemikalijama, kao što je klorovodonična kiselina, lužine i t. d.
Ako se kao sirovina uzme već aktivirani ugalj, onda može kao što je gore rečene, izostati naknadno aktiviranje pri čem se zadovoljava na pr. žarenjem sa ili bez provodjenja gasova. Naravno u ovom slučaju vezač može imati i aktivirajuće dejstvo za vreme žarenja.
Kao što je gore rečeno omogućava ovaj pronalazak proizvodnju kalupljenog ili presovanog visoko-aktivnog uglja sa tako specialnim fizičkim osobinama i visokem svestranom moći absorpcije, tako da se ovaj može smatrati kao nov proizvod prema poznatim ugljima. Ove dragocene osobine, naročito i prvenstveno izvanredna tvrdoća uglja, posledica su pridržavanja odredjenih uslova i mera pri proizvodnji tog uglja, pod ovim uslovima valja naročito pomenuti — uzev u obzir gornje — stepen finoće i strukturu polaznog materijala', srazmerno veliku primesi! vezača, kao što je katran ili što drugo, naročite osobine vezača, homogenu smešu uz potpuno prebiranje iste anorganskom primesom, visoki pritisak presevanja, pri sušenju na-stupelu oksidaciju i način destiliranja, žarenja i aktiviranja.
U sledečem opisaćemo nekoliko važnih i karakterističnih osobina uglja kalupljenog po pronalasku.
Pri iznalaženju tvrdoće pomoću skle.ro-skopa po postupku reakcije (reperkusije), ugalj u cilindričnom obliku imao je tvrdoću od oko 10—20—30—40—50 Shores-ovih stepena pa čak i više. Kao uporedjenje napominjemo, da dosadanji prodajni uglji
ispitivani na ovaj način pokazuju tvrdoću od samo 5 Shores-ovih stepena.
U cilindru za merenje ođ 1000 nr1 za-premine ispitivana tvrdoća, da ugalj izdržava pritiske od 1—2—3—4 kg. na m2 a , više i to bez štete. Visina pada računa se na 48—80 cm. i više.
Cilindrična pojedinačna zrna od 4 mm. visine i istog prečnika, pokazuju čvrstoću na kidanje od oko 200—300—400—500— 600-—700 kg. na nr a i više izmedju olovnih ploča.
Predmeti se mogu shodno ciljevima pri mene izradjivati sa raznom težinom na litar, naime oko 200—300—400—500—600 gr. na litar. Pronalazak omogućava tako isto izradu vrlo debelih uglja, koji imaju odličnu adsorpciju na jedinicu zapremine u odnosu na adsorpciju na težinsku jedinicu.
Kao što se vidi iz postupka izrade, novo kalupljeni ugalj odlikuje se još i svojim velikim procentom ugljenika.
Toplota isikorišćavanja, t. j. razvijanje toplote pri izradi uglja sa tečnošću u ovom slučaju sa benzolom, iznosi od prilike 3u do 40' i više.
Adsorpcija gazolina iznosi — s obzirom na upijanje bez ostatka — preko 20 posto i kad-kad se penje na oko 40—60 posto i više. U odnosu na benzol adsorpci-ona vrednost je još veća i iznosi žta više 60—80—100—120—140—160 posto.
Sa obzirom na primenu novog uglja kao uglja za gasne maske odredjuje se za hloropikrin prema metodi »ubrzano vreme izdržljivosti« na taj način, što se pri 0" sa hloropikrinom zasićeni vazduh propušta da teče kroz sloj uglja od 10 cm. sa brzinom od 500 kub. cm. na nr preseka cevi i na minut. Vreme trajanja jednog uglja sa težinom na litar od oko 0.46 iznosi pri tom oko 40—60—80— 100 minuta i vise (tačka prebiranja). Upijanje bez ostatka hlorpikrma iznosilo je. tad oko 30—40—50—60—70—80 posto od težine uglja a i više.
U odnosu na tetrahlor-ugljenik iznosi vreme trajanja pri provodu na 20 stupnjeva sa tetrahlor-ugljenikom zasićenog vaz-duha kroz sloj uglja od 10 cm. sa brzinom struje od 100 kub. cm. na m2 preseka cevi u minuti oko 60—80—100—120 minuta i više i apsorpcija bez ostatka oko 50—60—70—80—100—120 posto i više težinskih procenata.
Za adsorpciju metilen-plavog mućkaju se 0.2 gr. uglja oko 20 minuta sa količinama koje raste rastvora metilen-plavog od 2 gr. na litar vode. Adsdrpciona moć na ovaj način je od 20—40—60 posto i više.
Adsorpcija uglja iznosi oko 50—70—
90—120 kub. cm. 0,1 joda i više na gram uglja.
Za fenol iznose adsorpcione vrednosti 20—50 težinskih procenata i vise.
I za vodenu paru je adsorpcija bila vrlo znatna; ista je varirala sa stepenom vlažnosti tretiranog vazduha ili drugih gasova. Na pr. suvi ugalj je sa stepenom vlage od 60 stupnjeva adsorbirao oko 20—30 posto i više od težine uglja.
Pod ovim okolnostima jasno je, da je novi ugalj vrlo podesan za svaku vrstu gasne adsorpcije, zaključno sa stvaranjem, ubrzavanjem, sprečavanjem ili celishodnim upravljanjem reakcije, za odvajanje odnosno mešanje raznih tela i izmedju drugog za primenu kod gasnih maski. Za odvajanje gasnih smeša, da bi se dobili sastojci iz iste, ili izdvojile nečiste primese, kao pare, magla i druge materije, kao na pr. sušio vazduh i drugi gasovi, čistila prašina, pre-čišćavali gasovi za katalitične svrhe (uklanjanje katalitičnih otrova, kontaktni čepovi i tome slično), dobio gazolin iz barskiii gasova, benzol iz svetlećeg gasa i drugih gasnih smeša, kao i iz odlazećih gasova iz raznih industrija, dobili isparljivi rastva-rači, izdvojio sumpor-vodonik, akumulirali gasovi u kompresionim sudovima, proizvodio vakum i t. d. tako isto ostvarivaće se katalitične reakcije.
Tako isto je novi ugalj izvrstan za pri-menu kod tečnosti, kao na pr. za dekolo-risanje i druge svrhe čišćenja — uključno za steriliziranje i filtriranje. Ugljeni kalup-Ijeni predmeti imaju takvu kapilarnost, da se svako adsorpciono dejstvo kako nateč-nosti tako i na gasove može osetiti do jezgra ugljenog komada. U ostalom mogu se, kao što je gore rečeno, odnosi pri izradi regulisati tako, da se dobije ili ugalj za adsorpciju gasova ili za primenu za tečnosti ili pak za obe svrhe.
VeLka tvrdoća ugljenih kalupljenih predmeta čini ove vrlo otpornim protiv svih mehaničkih uticaja, tako da se pojedini komadi ne troše pri upotrebi. Ovakvi predmeti su vrlo otporni protiv trenja (kvarenja). Zatim se ugalj može opet potpuno aktivirati (oživeti), pri čem se u. obzir uzima kako izganjanje adsorbovanih gasova isparavanjem ili kojim drugim procesima tako i ponovno oživljavanje žarenjem ili obradom pomoću podesnih he-mikalija (kiselina, lužina, srestva za oksi-disanje i redukciju) ili pomoću gasova. Ugalj ima veliku postojanost protiv svih herniskih dejstava, na pr. grejanja sa kon-centrisanom sumpornom kiselinom ili sa smešom iz sumporne kiseline i kalium-sulfata, ili sa sumporom i t. d.
Ugalj se prvenstveno upotrebljava u
stubovima i filtrima, ne samo za adsorpci-ju gasova već i za filtriranje (dekolorisa-rije, steriliziranje i t. d.) tečnosti.
Tako je na pr. utvrdjeno, da je u pri-meni običnih filtera od koštanog uglja moć dekolorisanja novog uglja, šećernih rastvora bolja nego što je moć koštanog uglja, pri čem imamo i tu dobru stranu, što se nov ugalj može češće nego koštani ugalj oživljavati i to potpuno i vrlo lako.
Druga primena je čišćenje pijače vode uključno steriliziranje i uklanjanje klora u slučaju kombinacije sa hlornim postupkom.
Usled izvanredne tvrdoće proizvoda, po pronalasku, ovaj se, izgleda, može prime-niti za izradu kalupljenih predmeta za tehničke svrhe, na pr. za elektrotehniku.
Patentni zahtevi.
1.	Postupak za izradu tvrdog, kaluplje-nog aktivnog uglja, naznačen time, što se fino usitnjeni ugalj, koji sadrži izvesnu količinu neorganske materije odnosno, koji je prethodno impregniran ili emulgi-ran sa srazmerno malom količinom neor-ganske materije, homogeno meša, pod pritiskom kalupi, suši, destilira, žari i na poznati način aktivira.
2.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se početni materijal, prvo meša ili impregnira sa anorganskom materijom.
3.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se početni materijal fino sitni do veličine zrna čestica od 1—10 mm.
4.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se kao početni materijal upotrebljava drveni ugalj ili ugalj biljnog porekla, koji pod mikroskopom još pokazuje strukturu (vlakna ili ćelija) biljnog materijala.
5.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se kao početni materijal pri izradi aktivnog uglja upotrebljava već aktivirani ugalj.
6.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se kao vezač upotrebljava drveni katran ili drugi načinjen od biljnog materijala, prvenstveno na temperaturama ispod 45" C postali katrani.
7.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se dodaje vezaču srazmerno male količine takvih organskih materija, čiji se rastvori homogeno mešaju sa vezačem, odnosno koji se rastvaraju u vezaču.
8.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se upotrebljavaju organske materije, koje dejstvuju aktivirajući na ugalj.
9.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se kalupljenje vrši pod vrlo visokim pritiscima prvenstveno iznad 300 atni. i pri povećanoj temperaturi.
10.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se kalupljenje vrši u presi na pr. u vidu cilindra ili cevčica, čija je dužina od prilike ravna prečniku.
11.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se sušenje kalupljenih predmeta vrši pod oksidišućim okolnostima, kao na pr. pri provodjenju vazduha.
12.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se dodaju oksidišuće materije, na pr. sikativi.
13.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se lagano, višečasovno izvodi proces destilacije, žarenja i aktiviranja.
14.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se aktiviranje vrši u rotacionoj peći.
15.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se aktiviranje vrši uz kretanje materijala i upuštanje vodene pare ili drugih aktivirajućih gasova, ili para, prvenstveno za vreme od nekoliko časova.
16.	Postupak po zahtevu 1., naznačen time, što se gotovo aktivirani materijal, ekstrahira.

./

s/



'


,


" * ......... , . .
n lir ' ^	-	• 'i:
..........?» -i < ■	•	* r;*t

.



.
■
:„.l,	n,:.'.	oq-.I
■






.


:







■



















■