PL166359B1

PL166359B1 - Sposób otrzymywania porowatego materiału ceramicznego

Info

Publication number: PL166359B1
Application number: PL29147991A
Authority: PL
Inventors: Waldemar Nol
Original assignee: Przed Prod Handlowo Uslugowe C
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1995-05-31
Also published as: PL291479A1

Abstract

Sposób otrzymywania porowatego materiału ceramicznego na drodze spiekania krzemionki ze szkłem, znamienny tym, że materiał krzemionkowy pochodzący z aluwium i dyluwium okresu czwartorzędu o uziarnieniu 5-500pm i nieregularnym kształcie ziaren o ostrych krawędziach i wierzchołkach miesza się z rozdrobnionym zmielonym szkłempiankowym o uziarnieniu 5-500pm w stosunku wagowymjak 3.5-2.5:1.5-0.5, a następnie poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze 720°C aż do co najmniej 80% przemiany kwarcu niskotemperaturowego w trydymit, a następnie podnosi temperaturę do 820°C i wygrzewa mieszaninę komponentów przez 1-3 godzin, uzyskany półprodukt kruszy się i frakcję o uziarnieniu 5-500pm spieka się w temperaturze 720-980°C, podnosząc temperaturę ogrzewania z szybkością nie większą niż 70°C/h, a otrzymany spiek obrabia się mechanicznie w znany sposób, przy czym powstały złom zawraca się do przygotowania właściwego spieku, w ten sposób, że udział złomu w spieku wynosi 20-100% wagowych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania porowatego materiału ceramicznego, który przeznaczony jest do wytwarzania elementów filtracyjnych służących do oddzielania cząsteczek ciał stałych od mieszanin gazów, zawiesin koloidalnych od mieszanin gazów, oczyszczania cieczy z zanieczyszczeń stałych, a także usuwania mikroorganizmów z wody pitnej.

Znany z polskiego opisu patentowego 62 366 sposób wytwarzania filtrów ceramicznych polega na tym, że odpadową krzemionkę, uzyskaną przy produkcji tlenków glinu z glinokrzemianów metodą kwaśną, poddaje się prażeniu w temperaturze 1000-1200°C uzyskując spiek porowaty. Spiek rozdrabnia się, a z uzyskanej monofrakcji masy krzemionkowej formuje kształtki lub płyty. Płyty wypala się w temperaturze 1100-1350°C w czasie 1-3 godzin.

Ceramiczne tworzywo filtracyjne otrzymuje się sposobem przedstawionym w polskim opisie patentowym 121 295, gdzie ziarna kwarcu, tlenku glinu, cement glinowy w ilości 2.5-15% wagowych, szkło borowe lub szkliwo ceramiczne w ilości 15-30% wagowych miesza się z wodą i formuje w kształtki. Po stężeniu kształtki suszy się i wypala w temperaturze 900-1250°C. Wytworzone tą metodą kształtki mają pewność porowatość i charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną.

Sposoby wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych przedstawiają opisy patentowe K^163 oraz 147994. Sposoby te wykorzystują piasek kwarcowy korzystnie rzeczny, w ilości 50-90 części wagowych oraz pył szkła, zwłaszcza okiennego w ilości 5-50 części wagowych, które wymieszane, ukształtowane w brykiety są wypalane aż do uzyskania około 75% przemiany niskotemperaturowej krzemionki w krystobalit i trydymit. Uzyskany spiek rozdrabnia się i segreguje na frakcje. Odpowiednie frakcje materiału ziarnistego spieku w ilości 100 części wagowych miesza się z pyłem szkła okiennego w ilości 2.5-7.5 części wagowych i z mieszaniną szkła wodnego z 10% roztworem wodnym NaOH w ilości 5-10 części wagowych oraz z fluorokrzemianem sodowym w ilości 1-5 części wagowych, uzyskując mieszaninę do formowania płyt. Płyty wypala się w temperaturze 800-1050°C. Odmianą tego sposobu jest formowanie płyt z dwóch warstw, z których każdą formuje się z masy zawierającej różne frakcje materiału ziarnistego spieku.

Jednokrotną obróbkę cieplną zaproponowano w modyfikacji tego sposobu opisanej w polskim opisie patentowym nr 162 240. Piasek kwarcowy w ilości 95-97.5 części wagowych miesza się z pyłem szkła okiennego w ilości 2.5 do 20 części wagowych, kriolitem NaaAlF 6 w ilości do 15 części wagowych i CaF 2 w ilości do 10 części wagowych, ujednoradnia się masę i dodaje szkło wodne lub

166 359 roztwór wodny dekstryny o stężeniu 30-45% lub mieszaninę szkła wodnego z 30-45% wodnym roztworem dekstryny w ilości 2-10 części wagowych. Masę formuje się i wypala w temperaturze do 1100°C. Otrzymane tym sposobem elementy charakteryzują się małymi oporami przepływu przez elementy „suche“ i “mokre“.

Znany z polskiego opisu patentowego 152 561 sposób wytwarzania elementów filtracyjnych, zwłaszcza cylindrycznych polega na tym, że rozfrakcjonowany piasek kwarcowy o współczynniku anizometrii objętościowej mniejszym niż 1.25 miesza się z rozdrobnionym węglanem sodu i szkłem wodnym, które stanowi lepiszcze przejściowe. Umieszczoną w formie masę utwardza się dwutlenkiem węgla lub gorącymi spalinami. Surowy element filtracyjny poddaje się obróbce termicznej ogrzewając go z szybkością nie większą niż 200°C/h do temperatury 900°C. Otrzymane tym sposobem elementy są ciężkie, ale odznaczają się dobrymi własnościami mechanicznymi.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu otrzymywania materiału ceramicznego w postaci porowatego spieku, który charakteryzowałby się dużą porowatością otwartą, byłby materiałem lekkim i łatwo dał się obrabiać mechanicznie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że materiał krzemionkowy pochodzący z aluwium i dyluwium okresu czwartorzędu, o uziarnieniu 5-500j/m i nieregularnym kształcie ziaren, ostrych krawędziach i wierzchołkach, miesza się z rozdrobnionym szkłem o uziarnieniu 5-500j/m, w stosunku wagowym jak 3.5-2.5:1.5-0.5, prz czym użyte szkło jest mieszaniną szkła piankowego i stłuczki szklanej w stosunku wagowym 4:1, a następnie poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze 720°C aż do uzyskania co najmniej 80% przemiany kwarcu niskotemperaturowego w trydymit. Następnie temperaturę podnosi się do 820°C i wygrzewa mieszaninę komponentów przez 1 do 3 godzin. Uzyskany spiek, półprodukt, kruszy się i frakcje o uziarnieniu 5-500 /m spieka w temperaturze 720-980°C podnosząc temperaturę ogrzewania z szybkością nie większą niż 70°C/h. Otrzymany spiek obrabia się mechanicznie w znany sposób, przy czym powstały złom zawraca się do przygotowania właściwego spieku. Udział złomu w spieku wynosi 20-100% wagowych.

Uzyskany materiał ceramiczny według wynalazku łatwo poddaje się obróbce mechanicznej co pozwala na uzyskiwanie wyrobu końcowego o różnych kształtach. Materiał jest obojętny chemicznie. Jest odporny na wysokie temperatury do 500°C. Odznacza się małą liniową rozszerzalnością cieplną (współczynnik liniowej rozszerzalności wynosi 17*10^_e K_¹). Porowaty materiał ceramiczny jest odporny na działanie mediów chemicznych gazowych i ciekłych. Posiada naturalną chemiczną odporność na zimne i ciepłe kwaśne ciecze i gazy. Elementy wykonane z materiału nie podlegają odkształceniom mechanicznym i deformacjom. Materiał ceramiczny daje się stosunkowo łatwo regenerować poprzez czyszczenie mechanicze, sprężonym powietrzem, kąpiele wodne, trawienie, wyprażanie termiczne. Materiał według wynalazku charakteryzuje się niskim ciężarem właściwym i dużą porowatością, przy czym udział porów otwartych do objętości materiału wynosi około 45%. Elementy wykonane z materiału dają się łączyć ze sobą i/lub z innymi tworzywami np. metalami, tworzywami sztucznymi, poprzez sklejanie za pomocą dostępnych w handlu klejów. Materiał ceramiczny charakteryzuje się niewielkim spadkiem ciśnienia przepływających przezeń mediów, który wynosi 0.2 do 5.0 kPa dla powietrza o temperaturze 20°C i ciśnieniu 0.1 MPa, w zależności od wielkości ziaren odpowiednio 500 do 5 /m i dla przegrody o grubości 15 mm. Porowaty materiał ceramiczny ma bardzo różnorakie zastosowania. Stosuje się do wytwarzania elementów filtracyjnych przeznaczonych do:

— oddzielania cząsteczek ciał stałych od mieszaniny gazów, — oddzielania zawiesin koloidalnych od mieszaniny gazów, — oczyszczania cieczy z zanieczyszczeń stałych, — usuwania mikroorganizmów z wody pitnej (filtry bakteriologiczne).

Materiał stosuje się do wytwarzania elementów służących w procesie saturacji fazy gazowej w cieczy, do wykonywania osłon dla urządzeń pomiarowych, do wykonywania okładzin i przegród w zbiornikach, do których wprowadza się ciecze wybuchowe w celu zabezpieczenia przed eksplozją. Materiał w postaci prętów stosuje się do transportu fazy ciekłej w celu przenoszenia określonych ilości cieczy do układu reakcyjnego na zasadzie zjawiska osmotycznego. Ciecz odparowująca z powierzchni pręta wprowadzonego do komory reakcyjnej, wchodzi w reakcje w fazie gazowej z innymi znajdującymi się w komorze gazami. Materiał w postaci pierścieni stosuje się w układach do nawilżania powietrza w pomieszczeniach. Woda wciągana kanalikami materiału porowatego odparowuje z jego · rozwiniętej powierzchni, zmieniając wllgotność powietrza w nawllżanym

166 359 pomieszczeniu. Materiał w postaci kształtek służy do hodowli biomasy, rozwijającej się na odpowiednio spreparowanej rozwiniętej powierzchni porowatej, przy dostępie dozowanego w odpowiedniej ilości tlenu i wilgoci. Materiał stosuje się także w przemyśle farbiarskim w celu oddzielenia pigmentów od cieczy chemicznie aktywnych.

Sposób wytwarzania porowatego materiału ceramicznego bliżej jest opisany w przykładach.

Przykładl . Uszlachetniony piasek kwarcowy ze złoża w Białej Górze poddaje się rozdrobnieniu w młynie kulowym, a następnie na odpowiednich sitach oddziela się frakcję wielkości 90-120pm, którą w ilości 100 kg miesza się ze szkłem o takim samym uziarnieniu, stanowiącym mieszaninę szkła piankowego i stłuczki szklanej w stosunku wagowym 4:1, w ilości 21 kg. Wymieszane komponenty poddaje się procesowi obróbki cieplnej w temperaturze 720°C, aż do 80% przemiany kwarcu niskotemperaturowego w trydymit, a następnie podnosi się temperaturę do 820°C i wygrzewa przez okres 3 godzin. Po schłodzeniu uzyskany półprodukt kruszy się i ponownie rozdziela na frakcje. Materiał o uziarnieniu 90-120/pm po zaformowaniu poddaje się ponownej obróbce cieplnej w temperaturze 940°C w czasie 4 godzin. Po schłodzeniu i sezonowaniu gotowy produkt obrabia się mechanicznie nadając mu żądany kształt. Uzyskuje się produkt o ciężarze właściwym 1.25 g/cm3, porowatości otwartej ok. 43% i uziarnieniu 90-150/pm.

Przykładl I. Powstały w wyniku obróbki mechanicznej złom z przykładu I rozfrakcjonowuje się na sitach. Materiał o uziarnieniu 1-5 pm formuje się i poddaje obróbce cieplnej w temperaturze 980°C, podnosząc temperaturę z szybkością ok. 70°C/h i wygrzewa przez okres 1.5 godziny. Uzyskany produkt o ciężarze właściwym 1.45 g/cm³, porowatości otwartej ok. 38% i wielkości porów 0.5 pm, poddaje się obróbce skrawaniem w celu nadania odpowiedniego kształtu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania porowatego materiału ceramicznego na drodze spiekania krzemionki ze szkłem, znamienny tym, że materiał krzemionkowy pochodzący z aluwium i dyluwium okresu czwartorzędu o uziarnieniu 5-500μια i nieregularnym kształcie ziaren o ostrych krawędziach i wierzchołkach miesza się z rozdrobnionym zmielonym szkłem piankowym o uziarnieniu 5-500μια. w stosunku wagowym jak 3.5-2.5:1.5-0.5, a następnie poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze 720°C aż do co najmniej 80% przemiany kwarcu niskotemperaturowego w trydymit, a następnie podnosi temperaturę do 820°C i wygrzewa mieszaninę komponentów przez 1-3 godzin, uzyskany półprodukt kruszy się i frakcję o uziarnieniu 5-500 μm spieka się w temperaturze 720-980°C, podnosząc temperaturę ogrzewania z szybkością nie większą niż 70°C/h, a otrzymany spiek obrabia się mechanicznie w znany sposób, przy czym powstały złom zawraca się do przygotowania właściwego spieku, w ten sposób, że udział złomu w spieku wynosi 20-100% wagowych.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że użyte do spiekania szkło jest mieszaniną szkła piankowego i stłuczki szklanej, użytych w stosunku wagowym jak 4:1.