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木炭

2018-12-20 04:51:02     所属分类:土壤改良物
燃烧中的木炭

木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧或者在隔绝空气的条件下热解的主要产物之一,保持了木材原本的构造之不纯含碳物质,通常为深褐色或黑色多孔固体,一般用于燃料炭。

木炭价格便宜,易燃,使用简单和易购得。若再经过高温处理,即可变成白炭日语白炭,如日本的备长炭。

此外,木炭也运用于研磨、绘画、化妆、医药、除臭、除湿以及火药、渗碳、粉末合金等方面。

目录

  • 1 简介
  • 2 种类
  • 3 烧制
  • 4 用途
    • 4.1 燃料
    • 4.2 艺术
    • 4.3 过滤
    • 4.4 除湿
  • 5 合成气
  • 6 照片
  • 7 参看
  • 8 参考文献
  • 9 外部链接

简介

木炭是一种历史悠久的燃料,广泛应用于人民生活和工业生产。商朝的青铜器和春秋战国时代铁器的冶炼都用木炭;也曾利用其吸湿性能来观测气候变化和用作棺椁的防护剂。现在除大量用作生活燃料外,还用作金属冶炼、食品和轻工业等的燃料。此外还是电炉冶炼的还原剂。在金属精制时则用作覆盖剂来保护金属不被氧化。在化学工业上,由于木炭杂质少,有良好的化学反应性以及活化后有很好的吸附性能,常作二硫化碳、硫化钠、氰化钠和活性炭的原料。此外,木炭在研磨、绘画、化妆、医药以及火药、渗碳、粉末合金等方面也有用处。

种类

种类按烧炭用的原料可分为三种:

  1. 硬阔木炭
    主要是用硬阔叶材(壳斗科栎属、栲属等)。用桦木属木材烧制的炭,俗称栎炭冈炭柞炭等。其中材种较坚实的为用青冈栎和乌冈栎等烧制的炭,又称为青(冈)炭乌冈炭等。
  2. 阔叶木炭
    是用硬、软阔叶材混合烧制的炭。俗称杂木炭
  3. 松木炭
    是用松木或其他针叶材烧制的炭。

此外还有用竹类烧制的竹炭和用果壳、果核(椰子壳、桃核)等木质原料烧制的果核炭。

从家用炉灶中收取的柴炭则俗称桴炭。

如将木炭粉碎后拌以适当的粘合剂,再进行压积成型和焙烧,可制成压积炭,具有容重大,火力强,破碎率小和使用方便等优点。

木炭按烧炭工艺则可分为白炭日语白炭黑炭

烧制

烧炭工艺要求控制薪材受热的温度、时间和氧气等炭化条件。最原始的工艺是堆烧法,操作粗放,炭化条件不易控制,因此质、量都很差。目前普遍应用的工艺是窑烧法,可控制炭化条件以​​保证木炭烧制的质和量。

的黑炭烧制工艺是薪材在窑内炭化后,隔绝空气进行冷却。白炭烧制是在木炭赤热时取出窑外与空气接触,利用热解生成的挥发物燃烧时的高温进行精炼后,再行覆盖冷却,不仅有较高的固定碳,而且表面附有残留的白色灰分,因而得名。

炭窑的型式很多,从最简单的土窑到现代化的连续作业窑(立式、卧式)都有。以土窑为主,著名的有浙江的缙云鲤鱼窑、青田瓜瓢窑、福建的永泰白炭窑等。此外,还有适应林区废材分散特点的移动式炭化炉。木炭也可从木材干馏工业制得。成分和性质木炭除含碳素外,还含有氢、氧、氮以及少量的其他元素。其含量与树种的关系不大,主要取决于炭化的最终温度。

木炭的性质受工艺和材种的影响很大,表现在以下几方面:

  1. 木炭属憎水性物质,正常存放时含水量一般在7%以下。其吸湿的程度受空气中相对湿度和木炭表面氧化程度的影响。木炭与水接触时的吸水能力取决于其结构特性和表面浸润的情况,能吸收超过它本身重量的水分。
  2. 灰分的含量和组成受材种、炭化工艺,以及采伐运输等的影响。含量一般在 6%以内。
  3. 木炭被加热到高于热解温度时,会分解出挥发性的气体。经高温(850~950℃)煅烧几分钟后所残留的碳称为固定碳,在高温条件下使用时,不再挥发,可以全部参加反应。它是木炭中最主要的成分。林业部规定东北工业用木炭按不同烧炭原料规定的固定碳指标介于百分之70至86之间。
  4. 木炭的真比重主要与煅烧温度有关,与树种关系不大,一般在1.3~1.4之间;视比重一般在0.2~0.5之间,不仅因树种而异,且受孔隙度影响。通常木炭的孔隙占木炭体积7%以上,受树种、生长部位和炭化工艺等的影响。
  5. 木炭的比热容取决于加热温度和木炭的质量,随温度的上升而增大。苏联测定结果是平均1046.7 ~1214.172焦/(千克·开),热导率是9952瓦/(米·开)。发热量取决于炭化条件,一般33.5兆焦左右。炭化温度越高则发热量越大。
  6. 碳素的反应性,即在高温下与活性气体和蒸气相互作用的能力,是评价固体原料在工业中使用的基本性质之一,与其所含碳素的无定形多孔结构有关。其中所含的灰分,尤其是碱金属、碱土金属及其氧化物的存在,对木炭的化学反应能力也起催化作用。因此,木炭的还原能力比焦炭大得多。常用作金属冶炼的还原剂和覆盖剂。
  7. 由于木材构造的各方面受热收缩不相同,木炭会产生裂缝,影响强度。木炭沿纤维纵向的抗压强度,接近甚至达到焦炭的强度,而沿纤维横向的抗压强度,则仅是焦炭的1/4~1/6。此外,木炭的磨损强度低,也影响它的使用。
  8. 木炭的比电阻相当大,约等于1010~1012欧·厘米。顺纤维方向仅为垂直方向的1/3~1/5。
  9. 木炭中存在的大量微孔和过渡孔使它不仅有较高的比表面积,而且孔内焦油物质被排除后有很好的吸附性能,所以是制备活性炭的重要原料。

木炭的燃烧木炭孔隙多,与空气的接触面大,有利于燃烧。燃烧过程分两个阶段,第1阶段:木炭的表面吸附氧气进行氧化反应生成一氧化碳和二氧化碳;第2阶段:二氧化碳与碳吸热和还原生成一氧化碳;同时,一氧化碳进行氧化再生成二氧化碳和放出热量。热量的发生促使温度上升和反应加速,当温度达到着火点时,即开始并继续进行燃烧。灰分对燃烧也有影响,如将木炭脱去灰分则着火点上升。黑炭由于有较多的挥发分,着火早,升温快,但燃烧时间短。白炭着火迟,但燃烧时间较长。

展望烧制木炭虽损失了30~50%的能源,但具有薪柴所没有的优点。在工业发达国家被用作辅助燃料和工业原料,在发展家仍是重要的能源。随着人口的增加和森林资源的减少,木炭的供应日趋紧张。因此,充分利用各种类型的废材,建立专用的薪炭林,研究改进炭化工艺等将是必要的措施。

用途

燃料

木炭在化石燃料仍不普及的国家,常做为主要燃料。木炭也常用于烤制食品。

艺术

将木炭研磨成粉末,再以黏着剂接合成碳笔。常用于素描。

过滤

木炭也是可以做为过滤水或空气的材料,例如活性碳。

除湿

木炭易于取得,是网络上除湿手工物的常见原料。一般以透气容器盛装置于鞋柜、衣柜等小空间用以吸收湿气,一段时间后以曝晒方式再重新利用。

合成气

  • 在烧红的木炭上,泼上些许的水,可产生“合成气”(Syngas)帮助燃烧。
H2O + C → H2 + CO

照片

参看

  • 备长炭
  • 活性炭
  • 生物炭
  • 裂解
  • 亚马逊黑土

参考文献

外部链接

  • 纪州备长炭

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