[其他]连续减少和除去炭结构中所含矿物的化学处理方法

说明书

此发明是藉一化学处理过程以除去炭结构中的灰份。本说明书以及权利要求书中提到的“炭”包括了煤、焦炭、石墨和其他的炭结构物。

将未经处理的炭作商业运用，如作为燃料，因炭中的污染物造成了使用工业界工厂中大量的污染以及保养的困难。同时当炭结构物如石墨，被电的工业应用作阳极，或阴极，或是石墨被用作润滑剂时含有的污染物可以造成污染，不良导电度和磨损机械部份。设法除去炭中的污染物一直是一个很大的问题，乃至因不易达到环境保护要求而严格限制了运用煤为基础燃料的使用范围。此外，使用原煤为燃料的工业界其工厂装置成本很高，基于控制污染设备需要清除废气。相对的当清理这些工厂中装备的表面因燃烧炭及因与废气接触而形成的一层污染层面时，需相当高的保养费用。就石墨而言含有的污染物减低了它的经济价值同时造成了应用的电的工业界的环境污染。当石墨被用作润滑剂时，其中含有的污染物也会降低其经济价值和润滑效果。

曾发现使用氢氟酸（HF）可以至少清除部分炭中的污染物。单用氢氟酸与硅化物（silliceous）反应和与炭中其他无机污染物反应会碰到的问题是氢氟酸不具选择性，而几乎与所有的污染物反应。此不具选择性的不利是因此污染物中的钙和镁会与氢氟酸反应生成不溶解的氟化钙（CaF₂）和氟化镁（MgF₂）。这两种物质都不容易分除。此项反应的速度及倾向直接与温度和酸度有关。

与炭的体积相比较，使炭结构中所含氧化金属完全反应所需的氢氟酸量是非常少的，因此，单独此酸液量并不足以使整个炭结构浸透。而当加入足量的水于酸液中以便浸透炭结构，溶液的酸度变低，而影响到反应时间、炭结构的净化度，并影响到酸液溶解的能力和将炭结构中转生成的氟化金属的携出能力，而同时造成处理大量废液的需要。

一旦炭被酸液浸透，炭形同泥浆离开滤除循环，经用一个固态、液态的物态分离系统过程，此属典型的离心机或真空过滤的机械装置，经此固态、液态分离步骤，炭表面仍带有约百分之十五重量的滤除液，此百分之十五的重量是指炭结构中余留在内的滤除液。因为酸液在此残留滤除液部份可能在处理中流失，所以需要确定此运用的滤除液含有最少的氢氟酸重量组成，以便使此处理过程在经济上有可行性。

炭结构中的氧化金属转变成氟化物，大部份被带入溶液中，但某些氟化金属不溶于氢氟酸中，例如氟化钙。由于不溶于氢氟酸中造成了大问题，因这些氟化金属易于堵塞炭结构中的小孔因而限制了反应时间，并限制了结构中其他被堵在后面的氧化金属的化学反应。

由于过滤之后存留在炭结构中的残余液通常为15%，大部份此残余液为氟与硅的化合物或氟与铝的化合物。从这些金属生成的氟化物作经济回收，成本很高。

在用氢氟酸与氧化金属反应的问题是在化学反应中氟的高成本：Al₂O₃+6HF→2AlF₃+3H₂O的反应中，将三氧化二铝（Al₂O₃）同氢氟酸（HF）作用生成氟化铝（AlF₃）和水（H₂O）的反应中，一个三氧化二铝消耗六倍相对量的氢氟酸。

作为更进一步的例子说明，主要的损失在下列反应：SiO₂+4HF→SiF₄+2H₂O，二氧化硅同氢氟酸反应生成氟化硅（SiF₄）和水，而在水溶液中，氟化硅（SiF₄）会水解生成氟硅酸（H₂SiF₆）而放出一个二氧化硅（SiO₂）。此二氧化硅会同更多的氢氟酸（HF）反应，因此我们在溶液中进一步减少了氟化物（FLUORIDES）量，因而需更高的原料成本。

本发明的目的是在针对改良前述的问题，提供一个处理过程来除去炭中的灰份。