El carbón activo, a veces conocido como carbón vegetal activado, se ha utilizado comercialmente como medio de purificación desde principios del siglo XIX. Hoy en día, el carbón activo se presenta en diversas formas y se utiliza en numerosas aplicaciones de agua potable, tratamiento de aire y agua industrial, empresas y hogares para eliminar contaminantes.
El carbón activo es un material altamente poroso que elimina compuestos orgánicos de líquidos y gases mediante un proceso conocido como “adsorción”. La adsorción es el fenómeno por el cual las moléculas orgánicas de un líquido o gas son atraídas y se adhieren a la superficie del carbón activo a medida que el líquido o gas pasa a través de él.
La adsorción en carbones porosos ya se describía en el año 1550 a.C. en un antiguo papiro egipcio y, más tarde, por Hipócrates y Plinio el Viejo, principalmente con fines medicinales. De hecho, los arqueólogos descubrieron que el uso más temprano del carbón vegetal para el tratamiento del agua se remonta aproximadamente al año 400 a.C., principalmente entre las comunidades marineras. Los marineros carbonizaban el interior de los barriles de agua para purificar y conservar el agua durante los largos viajes oceánicos.
En el siglo XVIII, se utilizaban carbones fabricados a partir de sangre, madera y animales para la purificación de líquidos. Todos estos materiales, que pueden considerarse precursores de los carbones activos, solo estaban disponibles entonces en forma de polvo.
¿Cuál es la estructura del carbón activo?
El carbón activo está compuesto por una estructura aleatoria e imperfecta de láminas de grafito y es, esencialmente, una forma bruta de grafito, el material utilizado para las minas de los lápices. Esta estructura se asemeja a una baraja de cartas muy usada.
Esta disposición imperfecta de las láminas, conectadas por enlaces carbono-carbono, crea una estructura altamente porosa. Esta estructura presenta una amplia gama de tamaños de poro, desde grietas y fisuras visibles hasta poros a escala molecular. La imagen superior ilustra la estructura de láminas grafíticas del carbón activo con un aumento muy alto.
Esta estructura de láminas grafíticas confiere al carbón activo su elevadísima superficie interna. El carbón activo puede tener una superficie superior a 1.000 m²/g. Esto significa que solo 5 g de carbón activo tienen una superficie interna equivalente a un campo de fútbol. Esta superficie permite al carbón activo adsorber diversos compuestos orgánicos del aire, gases y líquidos.
¿De qué está hecho el carbón activo?
El carbón activo puede fabricarse realmente a partir de cualquier material de partida que contenga carbono. Sin embargo, el requisito principal para obtener un producto rentable es que la materia prima tenga un alto contenido en carbono y sea fácil de obtener.
Las materias primas más utilizadas son la hulla bituminosa, la madera, las cáscaras de coco, el lignito y la turba. La selección de la materia prima es un parámetro importante, ya que dictará la singularidad del carbón activo final.
El carbón activo hereda las propiedades de la materia prima original, lo que determinará la singularidad del producto y sus capacidades de adsorción. Estas incluyen las impurezas de cenizas, la densidad, la dureza o resistencia a la abrasión y la estructura de los poros de transporte, que afecta a la cinética de su rendimiento.
La selección de la materia prima, la calidad y el proceso para convertir la materia prima carbonosa en carbón activo influyen significativamente en las propiedades del producto final.
Por ejemplo, los carbones activos a base de hulla bituminosa y de coco tienen diferentes propiedades físicas y características que proporcionan ventajas de rendimiento en distintas aplicaciones.
¿Cuáles son las principales formas de carbón activo?
No todos los carbones activos son iguales, por lo que la selección de la materia prima, la forma del producto y las propiedades adecuadas es fundamental para cada aplicación. El carbón activo o carbón vegetal activado se presenta en muchas formas diferentes, principalmente como producto granular, producto extruido o en polvo.
Carbón activo granular (CAG)
El carbón activo granular consiste en partículas de forma irregular trituradas a partir de su forma de materia prima y, posteriormente, clasificadas según tamaños de malla específicos. Estos tamaños suelen oscilar entre 0,2 mm y 5 mm. Los tamaños principales van desde las mallas estadounidenses más gruesas de 4×8, 6×12 y 8×16, hasta los tamaños más finos de 8×30, 12×20, 12×40 y 20×50. Pueden producirse a partir de cualquier materia prima a base de carbono.
La capacidad de adsorción del CAG lo hace ideal para eliminar contaminantes del agua, el aire, los líquidos y los gases. Normalmente, los carbones activos granulares se colocan en un lecho filtrante en un recipiente de acero o de hormigón. En aplicaciones de agua o líquidos, el líquido suele fluir hacia abajo a través del lecho filtrante de carbón por gravedad. Para procesos de aire, vapor o gas, el aire o el gas suelen fluir hacia arriba a través del lecho de carbón.
Cuando el carbón granular ya no puede adsorber más material, se considera agotado o gastado. Este carbón granular gastado tiene la ventaja de que puede ser reciclado mediante reactivación térmica para su reutilización en múltiples ocasiones y devuelto a los clientes para su uso posterior, en lugar de ser desechado.
Pellets o carbones activos extruidos
Los pellets se producen comprimiendo o extruyendo el carbón activo en cilindros formados. Generalmente tienen diámetros que oscilan entre 0,8 mm y 5 mm, con tamaños típicos de 3 mm y 4 mm. Se producen predominantemente a partir de carbón, pero también de materias primas a base de coco.
El proceso de producción les confiere una elevada resistencia mecánica, uniformidad de forma y un bajo contenido en polvo, lo que los hace más adecuados para eliminar contaminantes de las corrientes de aire y gas.
Los pellets se utilizan habitualmente para aplicaciones de purificación de aire y gas, ya que las bajas caídas de presión suelen ser más cruciales en estas aplicaciones. Los carbones peletizados funcionan de forma similar a los carbones activos granulares en un lecho filtrante de carbón por el que pasa el aire o el gas. Los pellets también pueden reciclarse mediante reactivación térmica para su reutilización múltiple en la misma aplicación.
Carbones activos en polvo (CAP)
Los carbones activos en polvo se producen pulverizando una materia prima de carbón activo granular o a partir de los finos generados durante la producción de carbón activo. Los carbones en polvo tienen un tamaño predominantemente inferior a 0,045 mm o 45 micras (<malla 325 US) y pueden producirse a partir de cualquier materia prima a base de carbono.
El uso de carbones activos en polvo suele diferir del de los carbones granulares o peletizados. Normalmente se aplican en operaciones por lotes mediante dosificación o se añaden a una corriente de agua o gas y se filtran posteriormente tras su uso. En la fase líquida, esto ocurre principalmente en operaciones por lotes, donde la dosis de polvo puede ajustarse para adaptarse al requisito particular.
Tela de carbón activo
El carbón activo también puede producirse en forma de tela o tejido, que puede ser de forma tejida o de punto. Esta forma de carbón activo tiene una estructura microporosa y es 100% carbón activo. La tela de carbón suele utilizarse en aplicaciones más especializadas, como en el ámbito médico o en prendas de vestir técnicas.
Carbones activos impregnados
Ciertos compuestos tienen una baja capacidad de adsorción en el carbón activo base. Por lo tanto, para mejorar el rendimiento del carbón, se pueden añadir selectivamente soluciones químicas finamente distribuidas a la superficie del carbón para generar carbones activos impregnados.
Suelen presentarse en forma de pellets o gránulos y se producen predominantemente a partir de materias primas de carbón y coco.
Los carbones impregnados se utilizan principalmente en aplicaciones de fase gaseosa o aire y, por lo general, para la eliminación de contaminantes peligrosos. Los impregnantes químicos que se han incorporado al carbón pueden neutralizar los contaminantes adsorbidos mediante una reacción química en su superficie.
¿Cómo se fabrica el carbón activo?
Existen varias formas diferentes de producir carbón activo, dependiendo de la materia prima:
- Activación química: aplicada habitualmente a materias primas a base de madera
- Activación física
- Método de activación directa
- Aglomeración o, más correctamente, el método de reaglomeración
Para la activación química, la materia prima a base de madera seca se trata primero con un ácido, normalmente ácido fosfórico, y luego se activa térmicamente en un horno. El producto resultante se lava después para eliminar cualquier resto de ácido del carbón.
Chemviron produce calidades de carbón activo tanto químicas como físicas en Europa a partir de madera de pino marítimo renovable bajo la gama Acticarbone®.
Para el método de activación directa, cualquier contenido orgánico volátil de la materia prima se elimina durante una etapa de horneado o carbonización para producir un producto carbonizado o carbón vegetal. Este producto carbonizado se activa después térmicamente en un horno y se tamiza para generar el carbón activo final.
Carbones activos reaglomerados
Los carbones activos reaglomerados también se producen mediante un proceso de varias etapas. Esto implica la pulverización inicial de la materia prima y, a continuación, la adición de brea como aglutinante para producir briquetas. Este es el paso de aglomeración.
Estas briquetas se trituran y tamizan para obtener gránulos adecuados para los siguientes pasos. A continuación, estos gránulos se hornean, lo que implica oxidación y carbonización. Después pasan por el horno de activación a alta temperatura, que quema selectivamente parte de la estructura para generar estos carbones activos aglomerados. Finalmente, el carbón se tamiza para obtener el producto terminado.
Las calidades principales de Chemviron de carbones activos granulares, como FILTRASORB®, se producen mediante este proceso de reaglomeración a partir de calidades seleccionadas de hulla bituminosa. Este proceso produce un carbón activo que está uniformemente y altamente activado en todo el gránulo. Este proceso de aglomeración da como resultado carbones activos con excelentes propiedades de adsorción y una cinética de adsorción constante.
La etapa de reaglomeración genera carbones granulares de gran durabilidad. Esto significa que son capaces de soportar la abrasión asociada a los lavados a contracorriente repetidos y a las transferencias hidráulicas, especialmente en aplicaciones de procesos de agua. La estructura reaglomerada también garantiza un mojado rápido y eficaz del carbón activo cuando se introduce en agua o en una solución, eliminando al mismo tiempo cualquier material flotante.
Este proceso de reaglomeración garantiza que estos carbones estén diseñados para múltiples reactivaciones, pudiendo reciclarse para su reutilización manteniendo sus propiedades operativas.
Si necesita más asesoramiento sobre el carbón activo o asistencia técnica para evaluar sus posibles opciones de tratamiento, póngase en contacto con nosotros: contacte con nuestro equipo técnico.