CN104387112B

CN104387112B - 一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法

Info

Publication number: CN104387112B
Application number: CN201410595487.2A
Authority: CN
Inventors: 朱冲; 朱根源; 肖汉宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: CN104387112A

Abstract

本发明提供了一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，该方法是将以煅烧铝矾土和高塑性粘土为主要原料的陶瓷泥料与陶瓷纤维和植物造孔材料充分混合后，经真空挤制为陶瓷膜支撑体坯体，干燥后在间歇式窑中吊装烧成。该陶瓷膜支撑体的强度是由高度致密化的以刚玉颗粒和原位生成的莫来石晶须和莫来石或氧化铝陶瓷纤维为复合增强相的陶瓷材料提供，而孔径和孔隙率则由具有纤维状或片状结构的在高温下完全烧失的植物造孔材料进行调控，因此具有较好的孔连通特性，从而获得高强度、高韧性和高连通孔结构的陶瓷膜支撑体。该陶瓷膜支撑体还具有原料来源广、制备成本低等特点。

Description

一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷膜支撑体技术领域，进一步是指陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法。

背景技术

布袋式除尘器是粉尘过滤中应用最为广泛的除尘设备，但其也存在如下问题：一是不耐高温，当气体温度超过200℃时就无法使用，即便用玻璃纤维制造的布袋除尘器，也只能在400℃以下使用；二是当气体湿度大（潮湿）时，粉尘粘附在布袋上难以脱落，使除尘设备无法正常运行；三是粉尘回收易产生二次扬尘，布袋再生不彻底，使除尘效率降低。

陶瓷膜在污水处理、高温烟气处理和粉尘收集等方面获得了越来越广泛的应用，在环境保护中发挥了重要作用。但其在应用过程中也暴露出不少问题，主要是目前的陶瓷膜支撑体的强度较低，因而不得不增加其壁厚并控制其长度在1.5米以内，这样显著降低了单位体积内的过滤面积，使得陶瓷膜过滤设备单位体积的过滤面积仅为布袋式除尘器的20%~30%，而且设备尺寸因陶瓷膜过滤管长度的限制也不能太大，使制造成本增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服布袋式除尘器的缺陷，提供一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，以提高现有陶瓷膜过滤管的强度和韧性，扩大设备过滤容量，提高过滤效率，降低运行成本。该方法是将以煅烧铝矾土和高塑性粘土为主要原料的陶瓷泥料与植物造孔材料和陶瓷纤维充分混合后，经真空挤制为陶瓷膜支撑体坯体，干燥后在间歇式窑中吊装烧成。该陶瓷膜支撑体的强度是由致密的以刚玉颗粒、原位生成的莫来石晶须和引入的陶瓷纤维为复合增强相的陶瓷材料提供，而孔径和孔隙率则由具有纤维状或片状结构的在高温下完全烧失的植物造孔材料进行调控，因此具有较好的孔连通特性，从而获得具有高强度、高韧性和高连通孔结构的陶瓷膜支撑体。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，具体工艺步骤为：

（1）将陶瓷泥料配料后球磨6小时~10小时，得浆料；所述陶瓷泥料由重量百分数为30%~45%煅烧铝矾土、25%~35%高塑性粘土、15%~25%瓷土和10%~15%长石组成，所述煅烧铝矾土和长石选平均粒径在20微米以下的粉料；

（2）将浆料过筛、除铁后，根据支撑体的孔径和孔隙率要求加入植物造孔材料，同时加入占陶瓷泥料总质量3%~8%的陶瓷纤维，再加入水搅拌均匀，压滤脱水后得泥饼；

（3）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得生坯；

（4）将生坯置于间歇式窑内立式吊装，在1250℃~1350℃烧成，烧成时间为12小时~16小时；然后冷却，冷却时间为15小时~20小时，出窑得陶瓷膜支撑体。

优选方案，步骤（2）中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸秆等植物中的一种或多种，其粒径为100目~320目。

优选方案，步骤（2）所述陶瓷纤维为莫来石纤维或氧化铝纤维，纤维长度为2毫米~15毫米。

优选方案，步骤（3）中真空挤制时的真空度应小于0.01MPa。。

优选方案，步骤（3）所述湿坯为空心圆管状结构。

优选方案，步骤（4）所述间歇式窑为梭式窑或井式窑。

步骤（4）得到的陶瓷膜支撑体产品的抗弯强度为40MPa~80MPa，开口气孔率在30%~50%之间可调，孔径在10微米~100微米之间可调。

以下对本发明做出进一步说明。

研究表明，陶瓷膜过滤元件可耐1000℃以上的高温，可用水或气体方便地进行反冲再生，从而避免因粉尘粘附在膜上面而降低过滤效率；用水反冲再生时不会产生二次扬尘，再生彻底，可确保过滤除尘效果；陶瓷膜过滤元件使用寿命长，设备维护和运行成本低。因此，陶瓷膜过滤元件可从根本上克服现有布袋式除尘器的不足，更好地满足高温烟气和潮湿粉尘气体的除尘过滤要求。

提高陶瓷膜支撑体的强度和韧性，则可减小陶瓷膜支撑体的壁厚或使陶瓷膜过滤管的尺寸加长，将增加单位体积内的过滤面积，减小过滤阻力，提高过滤效率，降低设备制造和运行成本。

为了获得具有高强度的陶瓷膜支撑体，必须设法提高陶瓷膜支撑体材料的致密度和强度。在本发明中，选用35%~45%煅烧铝矾土为增强相，其主晶相为刚玉颗粒，不仅具有很高的强度，而且耐高温、耐腐蚀和抗热震性也很好，作为增强相均匀分散于支撑体瓷坯中，可起到很好的颗粒弥散强化作用。同时，通过引入适量的瓷土和长石，在1100℃以上温度下形成液相，并在高温下部分铝矾土熔融于液相中，提高了液相中Al₂O₃的含量，在烧成后的冷却过程中促进了莫来石（3Al₂O₃.2SiO₂）晶须的形成，这种原位生成且相互交织的莫来石晶须，使支撑体的强度和韧性得到进一步提高。此外，在陶瓷泥料中还加入了3%~8%的莫来石纤维或氧化铝纤维，其长度为2mm~15mm，进一步增强了支撑体的强度和韧性。

为了有效调控支撑体中的孔径和孔隙率，本发明选用米糠、稻草、秸秆等植物质造孔材料，这些材料多为农作物的副产物或废弃料，来源广泛，价格便宜，且具有纤维结构，引入到支撑体的瓷泥中，较易形成相互连通的孔隙结构，通过控制这些植物造孔材料的粒度为100目~320目，可得到孔径在10微米~100微米的相互连通的孔隙，而通过调节这些植物造孔材料的加入量或将多种植物造孔材料进行搭配使用，可将支撑体的开口孔隙率控制在30%~50%之间。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

（1）通过对支撑体中陶瓷泥料配方的科学设计，引入的煅烧铝矾土一方面直接提供了颗粒增强相，另一方面又为由瓷土和长石形成的液相增加了Al₂O₃含量，促进了原位莫来石晶须的生成，从多方面提高了支撑体的强度和韧性。

（2）在支撑体泥料中引入适量的陶瓷纤维，一方面改善了支撑体生坯的结合强度，减少了生坯的开裂，同时又进一步提高了烧结后陶瓷膜支撑体的强度和韧性。

（3）本发明选用米糠、稻草、秸秆等农作物的副产物或废弃料作为造孔材料，来源广泛，价格便宜，具有纤维结构，引入到支撑体的坯泥中，较易形成相互连通的孔隙结构，通过调节这些植物造孔材料的粒度和加入量，或将多种植物造孔材料进行搭配使用，可实现支撑体开口孔隙率和孔径的有效调控。

（4）本发明的陶瓷膜支撑体采用吊装工艺烧成，确保了支撑体产品的直线度，可制备长度在1.5米以上甚至3米的陶瓷膜过滤管支撑体。由于陶瓷膜过滤管支撑体的规整度好，强度和韧性提高，长度尺寸加大，降低了陶瓷膜过滤器的装配难度，可制备规格尺寸更大的陶瓷膜过滤器，进而提高陶瓷膜过滤器的工作效率，降低运行成本，取得更好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

实施例1：所述一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，具体是：

（1）支撑体的陶瓷泥料由重量百分数为35%煅烧铝矾土、35%高塑性粘土、20%瓷土和10%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在20微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨8小时，得浆料；

（2）将浆料过筛、除铁后，加入粉碎至200目的占陶瓷泥料质量百分数为15%的米糠和15%的稻草作为造孔材料，以及长度约10mm的占陶瓷泥料质量百分数为5%的莫来石纤维，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼；

（3）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后在真空度小于0.01MPa的条件下真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得生坯；

（4）将生坯置于间歇式窑内，采用立式吊装工艺，在1300℃烧成，烧成时间为15小时；然后冷却，冷却时间为18小时，出窑得陶瓷膜支撑体产品。

经上述步骤得到的陶瓷膜支撑体产品，其抗弯强度不低于60MPa，开口气孔率不低于35%，孔径在20~50微米之间。

实施例2：所述一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，具体是：

（1）支撑体的陶瓷泥料由重量百分数为40%煅烧铝矾土、25%高塑性粘土、20%瓷土和15%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在20微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨10小时，得浆料；

（2）将浆料过筛、除铁后，加入粉碎至320目的占陶瓷泥料质量百分数为20%的米糠和15%的秸秆作为造孔材料，以及长度约5mm的占陶瓷泥料质量百分数为3%的莫来石纤维，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼；

（4）将生坯置于间歇式窑内，采用立式吊装工艺，在1250℃烧成，烧成时间为12小时；然后冷却，冷却时间为15小时，出窑得陶瓷膜支撑体产品。

经上述步骤得到的陶瓷膜支撑体产品，其抗弯强度不低于40MPa，开口气孔率不低于45%，孔径在10~40微米之间。

实施例3：所述一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，具体是：

（1）支撑体的陶瓷泥料由重量百分数为45%煅烧铝矾土、25%高塑性粘土、15%瓷土和15%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在20微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨6小时，得浆料；

（2）将浆料过筛、除铁后，加入粉碎至150目的占陶瓷泥料质量百分数为15%的稻草和10%的秸秆作为造孔材料，以及长度约10mm的占陶瓷泥料质量百分数为6%的氧化铝纤维，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼；

（4）将生坯置于间歇式窑内，采用立式吊装工艺，在1350℃烧成，烧成时间为16小时；然后冷却，冷却时间为20小时，出窑得陶瓷膜支撑体产品。

经上述步骤得到的陶瓷膜支撑体产品，其抗弯强度不低于70MPa，开口气孔率不低于30%，孔径在30~80微米之间。

Claims

1.一种陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，具体工艺步骤为：

（4）将生坯置于间歇式窑内并吊装，在1250℃~1350℃烧成，烧成时间为12小时~16小时；然后冷却，冷却时间为15小时~20小时，出窑得陶瓷膜支撑体。

2.根据权利要求1所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（2）中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸秆中的一种或多种，植物造孔材料粒径为100目~320目。

3.根据权利要求1所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（2）所述陶瓷纤维为莫来石纤维或氧化铝纤维，纤维长度为2毫米~15毫米。

4.根据权利要求1所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（3）中真空挤制时的真空度应小于0.01MPa。

5.根据权利要求1所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（3）所述湿坯为空心圆管状结构。

6.根据权利要求1所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（4）所述间歇式窑为梭式窑或井式窑。

7.根据权利要求1-6之一所述陶瓷纤维增强的陶瓷膜支撑体的制备方法，其特征是，步骤（4）所述陶瓷膜支撑体产品的开口气孔率在30%~50%之间，孔径在10微米~100微米之间。