CN103539455A - 放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯及其制备方法，其特征在于：包括碳化硅烧结滤芯做骨架以及附着在骨架外层的膜层，所述膜层和骨架烧结连接成一整体。膜层由耐高温陶瓷纤维、耐火陶瓷骨料和结合剂组成，膜层孔径0.1微米～10微米。滤芯膜层的主要材料基本配比：碳化硅陶瓷骨料（w/%）：20～30，陶瓷纤维（w/%）：40～50，结合剂（w/%）：30～40。本发明的主要特点在于：对高温气体净化效率高，阻力低，可以用于800℃～1000℃高温放射性气体净化。经过测试，在面风速0.2m/s条件下，滤芯阻力小于5500Pa，计数效率（0.5微米）大于99.97%，计数效率（0.3微米）大于99.95%。有效解决了高温放射性气体净化的难题。

Description

放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温放射性空气净化技术领域，具体是一种放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯及其制备方法，是以碳化硅陶瓷为骨架的覆膜滤芯经过特殊工艺处理后，满足高温放射性气体的净化要求，可以用于核工业领域放射性高温气体净化处理。

背景技术

目前核工程空气净化系统中，所用的核级高效空气过滤器是采用以玻璃纤维材料为滤料的过滤元件，其适用于处理常高温气体，连续工作温度低于260℃，对于亚高温以上的气体处理无能为力。市场上处理高温气体的陶瓷过滤材料是用于煤化工、冶金化工等行业的气体除尘，过滤后含尘气体浓度降到3mg/Nm³ ～10mg/Nm³, 这样的处理精度满足冶金、化工行业的要求，却不能满足核空气领域净化处理的要求。核空气处理的气体温度高，气流中的飞灰中含有反射性物质，对过滤材料的耐温性、耐热震动性、净化效率、阻力（过滤器前后压力差）都有很高的要求，普通产品满足不了这些要求。目前工艺气体处理以及放射性物质焚烧炉尾气处理等场合急需耐高温放射性气体处理用过滤器。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而专门设计的一种新的放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯及其制备方法，该滤芯可以处理高于800℃的超高温放射性气体，效率高、阻力低。在面风速0.2m/s条件下，滤芯阻力小于5500Pa，计数效率（0.5微米）大于99.97%，计数效率（0.3微米）大于99.95%。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯，包括碳化硅烧结滤芯骨架以及附着在骨架外层的膜层，所述膜层和骨架经烧结形成一个整体，其中：

碳化硅陶瓷骨架配料组成为：碳化硅陶瓷骨料：60%～75%，高温结合剂：20%～30%，增孔剂：4%～10%；

覆膜配料组成：碳化硅陶瓷骨料：20%～30%，陶瓷纤维：40%～50%，高温结合剂：30%～40%。

所述高温结合剂是由粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1混合而成；所述增孔剂为灰分小于2.5%的活性炭。

所述滤芯呈圆饼状，直径80mm～200mm，厚度10mm，气孔率40%～60%。

具体制备方法包括以下步骤：

（1）按照碳化硅陶瓷骨架配方将骨架配料混合均匀，切割粉碎后用球磨机磨碎，过16号筛（泰勒筛），陈腐24小时后装入模具，利用油压机在150MPa压力下干压压制成型，再放入干燥箱干燥,最后在1300℃±20℃下烧制成型；

(2)按照覆膜配料，切割粉碎后用球磨机磨碎，过60号筛（泰勒筛），将浆料浓度加水配制至30%，使用工具夹持碳化硅骨架在浆料中漂浮浸泡3分钟，保证一面和侧壁浸渍浆料，迅速提起翻转至料浆面向上位置进行晾晒，再经干燥处理，最后在1230℃±20℃下烧制成型。

高温性能检测：碳化硅覆膜滤芯在不低于800℃保持24小时，之后随炉冷却。

经测试，本发明烧结的耐高温碳化硅覆膜滤芯可用于800℃～1000℃放射性高温气体净化。在面风速0.2m/s条件下，滤芯阻力小于5500Pa，计数效率（0.5微米）大于99.97%，计数效率（0.3微米）大于99.95%。

本发明的耐高温碳化硅覆膜滤芯使用时，将滤芯安装在金属壳体内，采用压紧螺塞压紧，在压紧螺塞和滤芯之间安装止转环，避免螺塞旋转时损坏滤芯膜层。

本发明的主要特点在于： 

1.            碳化硅覆膜滤芯骨架采用灰分小于2.5%的活性炭，灰分少，减少烧结后有还残留物；

2.            膜层材料采用耐高温陶瓷纤维材料，提高了膜层抗热应力的能力和热稳定性能；

3.            纤维直径3微米～5微米，纤维长径比100～400，纤维架桥作用明显，保证膜材料能构成合适的膜孔径，而且能实现均匀的膜层；

4.            骨架采用干法压制成型，成型涂层采用泥浆浸渍法成型，制造成本低，方便易行。

附图说明

图1为碳化硅陶瓷骨架结构示意图。

图2为附着有碳化硅膜层的结构示意图。

图3为本发明滤芯安装在金属壳体内使用状态结构示意图。安装时，膜层朝向气流方向。

图中：1为滤芯，1.1为骨架，1.2为膜层，2为金属壳体，3为压紧螺塞，4为止转环，5为密封垫片。

具体实施方式

本发明以下结合实施例（附图）做进一步描述：

实施例1

1.      配方：

碳化硅陶瓷骨架配料组成：

碳化硅陶瓷骨料：71%，

高温结合剂（粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1）：23%

增孔剂（灰分小于2.5%的活性炭）：6%

覆膜配料组成：

碳化硅陶瓷骨料：26%

陶瓷纤维：41%

高温结合剂（粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1）：33%

2.      按照材料配方分别将骨架配料混合均匀，切割粉碎后用球磨机磨碎，过16号筛（泰勒筛），陈腐24小时后装入模具，利用油压机在150MPa压力下压制成型，再放入干燥箱干燥后。最后在1300℃下烧制成型。如图1碳化硅骨架所示。

3.      按照覆膜配料，切割粉碎后用球磨机磨碎，过60号筛（泰勒筛）。将浆料浓度配制至30%，使用专用工具夹持碳化硅骨架在浆料中浸泡3分钟，迅速提起翻转至料浆面向上位置进行晾晒，再经干燥处理，最后在1230℃下烧制成型。如图2碳化硅覆膜滤芯所示。

4.      对滤芯进行相关性能、指标测试，高温测试：碳化硅覆膜滤芯在不低于800℃保持24小时，之后随炉冷却，然后进行过滤效率及阻力测试。在面风速0.2m/s条件下，滤芯阻力小于5500Pa，计数效率（0.5微米）大于99.97%，计数效率（0.3微米）大于99.95%。；

5.      使用时，将烧结成型的滤芯固定在耐高温金属壳体内，金属壳体于滤芯之间安装密封垫片，采用压紧螺塞将滤芯与金属壳体压紧，滤芯与滤芯之间安装止转环避免压紧时滤芯转动而损伤滤芯膜层，安装使用如图3所示，覆膜滤芯为核心元件的过滤器通过法兰安装在高温放射性气体净化系统中。

 

实施例2

配方：

碳化硅陶瓷骨架配料组成：

碳化硅陶瓷骨料：61%，

高温结合剂（粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1）：29%

增孔剂（灰分小于2.5%的活性炭）：10%

覆膜配料组成：

碳化硅陶瓷骨料：20%

陶瓷纤维：50%

高温结合剂（粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1）：30%

本实施例除配料比例与实施例1不同，制备方法、测试方法均同于实施例1。

Claims (5)

1.一种放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯，其特征在于：包括碳化硅烧结滤芯骨架以及附着在骨架外层的膜层，所述膜层和骨架经烧结形成一个整体，其中：

碳化硅陶瓷骨架配料组成为：碳化硅陶瓷骨料：60%～75%，高温结合剂：20%～30%，增孔剂：4%～10%； 

覆膜配料组成：碳化硅陶瓷骨料：20%～30%，陶瓷纤维：40%～50%，高温结合剂：30%～40%。

2.根据权利要求1所述的放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯，其特征在于：高温结合剂是由粘土：氧化铝：滑石：钾长石=1:1:1:1混合而成。

3.根据权利要求1所述的放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯，其特征在于：所述增孔剂为灰分小于2.5%的活性炭。

4.根据权利要求1所述的放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯，其特征在于：所述滤芯呈圆饼状，直径80mm～200mm，厚度10mm，气孔率40%～60%。

5.一种权利要求1所述的放射性气体处理用耐高温碳化硅覆膜滤芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按照碳化硅陶瓷骨架配方分别将骨架配料混合均匀，切割粉碎后用球磨机磨碎，过16号筛，陈腐24小时后装入模具，在150MPa压力下干压压制成型，再放入干燥箱干燥,最后在1300℃±20℃下烧制成型；

(2)按照覆膜配料，切割粉碎后用球磨机磨碎，过60号筛，将浆料浓度加水配制至30%，使用工具夹持碳化硅骨架在浆料中漂浮浸泡3分钟，保证一面和侧壁浸渍浆料，迅速提起翻转至料浆面向上位置进行晾晒，再经干燥处理，最后在1230℃±20℃下烧制成型。

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