CN111662073A - 一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提的一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料及制备方法，其陶瓷泥料包括以下原料：（1）固体原料为包括以下质量分数的原料：粒径为80～120μm的氧化铝粉：70%～80%，粒径为5～30μm的氧化铝粉：10%～20%，造孔剂：3%～7%，烧结助剂：5%～8%；（2）液体原料为包括以下质量分数的原料：分散剂：15%～25%，润滑剂：10%～15%，纯水：60%～75%；所述固体原料与所述液体原料的重量比为（3～6）：1。本发明的方法工艺简单，设计合适的混料、挤出、干燥、烧成等关键工艺参数，有效提高大流量管式陶瓷膜的合格率；合格率可达到85%以上，降低了生产成本；产品具有占地面积小、渗透性能好。

Description

一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料及制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷膜生产技术领域，具体涉及一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料及制备方法。
背景技术
电厂冷凝水中含有金属氧化物及其它悬浮硅颗粒，这些颗粒有可能降低离子交换床的效能，污染和降低热交换器的热传导效率，侵蚀蒸汽发生装置，加大锅炉清洗频次和不正常的管路爆裂。这些冷凝水中颗粒粒径在1～5μm的含有80%，颗粒粒径在5～15μm的含有20%，因此制备孔径5μm左右大流量管式陶瓷膜在发电厂水系统中有较大应用前景。另外大流量（孔径5～10μm）管式陶瓷膜可用于保安过滤系统中，用于超滤与反渗透之间，对反渗透膜起一个保护作用。
现有的文献资料研究，例如：文献【韩火年，李强，等. 莫来石-刚玉多孔陶瓷膜支撑体的制备[J]. 功能材料，2011，42（3）：425-428】采用挤出成型、烧结等方法制备的陶瓷膜支撑体流量低，烧结温度1550℃太高，制备成本高。文献【杨柯，常启兵，等. 高岭土为助烧剂制备多孔陶瓷膜支撑体[J]. 中国陶瓷，2012，48（9）：24-27】通过调节高岭土、刚玉等量制备的陶瓷膜支撑体在1510℃烧成，温度高，制备成本高。而且，现有技术中制备大流量管式陶瓷膜滤芯存在合格率低、流量低等问题，各专利中没有提出有效的控制措施，本发明通过调整优化配比，确定合适的工艺参数制备出高合格率的大流量管式陶瓷膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料及制备方法，以解决现有技术中存在的烧成温度高、合格率低、制备成本高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料，其特征在于，包括以下原料：
（1）固体原料为包括以下质量分数的原料：粒径为80～120μm的氧化铝粉：70%～80%，粒径为5～30μm的氧化铝粉：10%～20%，造孔剂：3%～7%，烧结助剂：5%～8%；
（2）液体原料为包括以下质量分数的原料：分散剂：15%～25%，润滑剂：10%～15%，纯水：60%～75%；
所述固体原料与所述液体原料的重量比为（3～6）：1；
所述造孔剂为淀粉、甲基纤维素或玉米粉的一种或几种，其平均粒径为100～150μm；所述烧结助剂为滑石粉、云母粉或石英石的一种或者几种，其平均粒径为2～5μm；所述分散剂为聚乙二醇或/和聚丙烯酸，所述聚乙二醇的分子量为400～600，所述聚丙烯酸的分子量为500～1000；所述润滑剂为甘油、硅油润滑剂或聚酯润滑剂的一种或者几种。
本发明所述的一种大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐12～48h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将所述陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为0.5～1.5m/min，挤出温度为15～25℃，挤出压力为4～13bar；切割得到湿素胚；
（3）素坯的干燥：将所述湿素坯置于常温下自然干燥12～24h，然后送入热风干燥窑中，在24～72h内从30℃缓慢升温至60～70℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为2～5℃/h，在1300～1500℃下烧结，保温时间2～5h后降温，降温速率为3～5℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
优选地，在所述步骤（1）中，将所述液体原料以喷洒的方式加入持续搅拌的所述固体原料中。
优选地，在所述步骤（2）中，采用红外线进行切割得到所述湿素胚，可以避免管式陶瓷膜素胚在挤出过程中变形的问题。
优选地，在所述步骤（3）中，所述热风干燥窑中，干燥温度的升温速率为1.5～3℃/h，通过平缓升温避免素坯因水分蒸发太快引起的开裂或者变形问题。
优选地，在所述步骤（4）中，采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结，可以减少管式陶瓷膜在烧成过程中的变形。
本发明与现有技术相比，有如下好处：
本发明的方法工艺简单，设计合适的混料、挤出、干燥、烧成等关键工艺参数，有效提高大流量管式陶瓷膜的合格率；合格率可达到85%以上，降低了生产成本；烧结时升温降温曲线严格控制缓慢升温降温，避免快速烧成，坯体开裂；所制成的大流量管式陶瓷膜用于保安过滤器、电厂冷凝水处理等领域，纯水通量可达30m3/(m2·h)以上，具有占地面积小、渗透性能好、运行成本低等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料为：
（1）固体原料：平均粒径110μm的氧化铝粉体75wt%、平均粒径25μm的氧化铝粉体15wt%、淀粉4wt%、滑石粉6wt%，总质量120kg；
（2）液体原料：分子量为400的聚乙二醇20wt%、甘油15wt%、纯水65wt%，总质量为20kg；固体原料和液体原料的重量比为6：1。
一种大流量管式陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再以喷雾的方式将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐12h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为1m/min，挤出温度为20℃，挤出压力为6bar，挤出素胚为通道19，将挤出成型的泥料送至传送带上，传输皮带的速度与挤出速度一致，采用红外线切割得到外径43mm，长度1.3m的湿素胚；
（3）素坯的干燥：通过V型槽将湿素胚放置在铺有海绵的多孔不钢板上，在常温下自然干燥18h；然后送入热风干燥窑中，在24h内从30℃缓慢升温至60℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为4℃/h，在1400℃下烧结，保温时间3h后降温，降温速率为4℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
实施例1得到的大流量管式陶瓷膜的平均孔径5μm，纯水通量37m3/(m2·h)，制备每批大流量管式陶瓷膜的合格率为86%。
实施例2
一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料为：
（1）固体原料：平均粒径85μm的氧化铝粉体72wt%、平均粒径10μm的氧化铝粉体18wt%、甲基纤维素3wt%、石英石粉7wt%，总质量100kg；
（2）液体原料：分子量为600的聚丙烯酸20wt%、甘油13.5wt%、纯水66.5wt%，总质量为20kg；固体原料和液体原料的重量比为5：1。
一种大流量管式陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再以喷雾的方式将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐24h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为1.2m/min，挤出温度为22℃，挤出压力为8bar，挤出素胚为通道19，将挤出成型的泥料送至传送带上，传输皮带的速度与挤出速度一致，采用红外线切割得到外径43mm，长度1.3m的湿素胚；
（3）素坯的干燥：通过V型槽将湿素胚放置在铺有海绵的多孔不钢板上，在常温下自然干燥20h；然后送入热风干燥窑中，在36h内从30℃缓慢升温至65℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为3℃/h，在1450℃下烧结，保温时间2.2h后降温，降温速率为3℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
实施例2得到的大流量管式陶瓷膜的平均孔径4μm，纯水通量30m3/(m2·h)，制备每批大流量管式陶瓷膜的合格率为88%。
实施例3
一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料为：
（1）固体原料：平均粒径100μm的氧化铝粉体70wt%、平均粒径15μm的氧化铝粉体20wt%、玉米粉4wt%、云母粉6wt%，总质量80kg；
（2）液体原料：分子量为600的聚乙二醇17wt%、聚酯润滑剂13wt%、纯水70wt%，总质量为20kg；固体原料和液体原料的重量比为4：1。
一种大流量管式陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再以喷雾的方式将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐48h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为1.5m/min，挤出温度为22℃，挤出压力为9bar，挤出素胚为通道19，将挤出成型的泥料送至传送带上，传输皮带的速度与挤出速度一致，采用红外线切割得到外径43mm，长度1.3m的湿素胚；
（3）素坯的干燥：通过V型槽将湿素胚放置在铺有海绵的多孔不钢板上，在常温下自然干燥24h；然后送入热风干燥窑中，在40h内从30℃缓慢升温至60℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为2.5℃/h，在1350℃下烧结，保温时间4h后降温，降温速率为4.5℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
实施例3得到的大流量管式陶瓷膜的平均孔径4.5μm，纯水通量33m3/(m2·h)，制备每批大流量管式陶瓷膜的合格率为92%。
实施例4
一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料为：
（1）固体原料：平均粒径100μm的氧化铝粉体75wt%、平均粒径15μm的氧化铝粉体10wt%、玉米粉7wt%、滑石粉8wt%，总质量100kg；
（2）液体原料：分子量为400的聚乙二醇25wt%、聚酯润滑剂15wt%、纯水60wt%，总质量为20kg；固体原料和液体原料的重量比为5：1。
一种大流量管式陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再以喷雾的方式将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐35h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为1.2m/min，挤出温度为20℃，挤出压力为10bar，挤出素胚为通道19，将挤出成型的泥料送至传送带上，传输皮带的速度与挤出速度一致，采用红外线切割得到外径43mm，长度1.3m的湿素胚；
（3）素坯的干燥：通过V型槽将湿素胚放置在铺有海绵的多孔不钢板上，在常温下自然干燥20h；然后送入热风干燥窑中，在48h内从30℃缓慢升温至70℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为3.5℃/h，在1300℃下烧结，保温时间5h后降温，降温速率为3℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
实施例4得到的大流量管式陶瓷膜的平均孔径5.1μm，纯水通量35m3/(m2·h)，制备每批大流量管式陶瓷膜的合格率为90%。

Claims (7)

1.一种大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料，其特征在于，包括以下原料：
（1）固体原料为包括以下质量分数的原料：粒径为80～120μm的氧化铝粉：70%～80%，粒径为5～30μm的氧化铝粉：10%～20%，造孔剂：3%～7%，烧结助剂：5%～8%；
（2）液体原料为包括以下质量分数的原料：分散剂：15%～25%，润滑剂：10%～15%，纯水：60%～75%；
所述固体原料与所述液体原料的重量比为（3～6）：1。
2.根据权利要求1所述的大流量管式陶瓷膜的陶瓷泥料，其特征在于，所述造孔剂为淀粉、甲基纤维素或玉米粉的一种或几种，其平均粒径为100～150μm；所述烧结助剂为滑石粉、云母粉或石英石的一种或者几种，其平均粒径为2～5μm；所述分散剂为聚乙二醇或/和聚丙烯酸，所述聚乙二醇的分子量为400～600，所述聚丙烯酸的分子量为500～1000；所述润滑剂为甘油、硅油润滑剂或聚酯润滑剂的一种或者几种。
3.一种采用权利要求1或2所述的陶瓷泥料制备的大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）陶瓷泥料的制备：将所述固体原料和所述液体原料分别混合均匀；再将所述液体原料加入持续搅拌的所述固体原料中，混合均匀后密闭陈腐12～48h，得到陶瓷泥料；
（2）素坯的制备：采用两段螺杆挤出成型法，将所述陶瓷泥料投入螺杆挤出机中真空练泥并挤出成型，挤出速度为0.5～1.5m/min，挤出温度为15～25℃，挤出压力为4～13bar；切割得到湿素胚；
（3）素坯的干燥：将所述湿素坯置于常温下自然干燥12～24h，然后送入热风干燥窑中，在24～72h内从30℃缓慢升温至60～70℃干燥，得到干素胚；
（4）素坯的烧结：将所述干素坯送入梭式窑中烧结，升温速率为2～5℃/h，在1300～1500℃下烧结，保温时间2～5h后降温，降温速率为3～5℃/h，冷却后即可得到本发明所述的大流量管式陶瓷膜。
4.根据权利要求3所述的大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，将所述液体原料以喷洒的方式加入持续搅拌的所述固体原料中。
5.根据权利要求3所述的大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，采用红外线进行切割得到所述湿素胚。
6.根据权利要求3所述的大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述热风干燥窑中，干燥温度的升温速率为1.5～3℃/h。
7.根据权利要求3所述的大流量管式陶瓷膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，采用U型陶瓷棍棒将所述干素坯送入梭式窑中烧结。
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