PL166364B1

PL166364B1 - Porowaty materiał ceramiczny

Info

Publication number: PL166364B1
Application number: PL29147891A
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: PL291478A1

Abstract

Porowaty materiał ceramiczny stanowiący spiek osnowy kwarcowej ze szklanym lepiszczem, znamienny tym, że składa się z 70-80% wagowych ziaren kwarcu stanowiącego produkt termicznej przemiany kwarcu niskotemperaturowego pochodzącego z aluwium i dyluwium okresu czwartorzędu w trydymit, która to przemiana zaszła co najmniej w 80%, połączonych szkłem, stanowiącym 20-30% wagowych materiału, przy czym ziarna materiału mają nieregularne kształty o charakterystycznych ostrych krawędziach i łączą się ze sobą zasadniczo wierzchołkami i krawędziami, a ciężar właściwy materiału wynosi od 1,20 do 1,45 g/cm3 i zależy od wielkości ziaren, która wynosi 5-500pm.

Description

Przedmiotem wynalazku jest porowaty materiał ceramiczny stosowany do filtracji cieczy i gazów, napowietrzania cieczy oraz jako nośnik katalizatorów.

Porowate spieki ceramiczne są szeroko stosowane w przemyśle głównie jako wkłady, elementy filtrów stosowanych w ośrodkach ciekłych i gazowych. Stosuje się je w urządzeniach napowietrzających zbiorniki wodne oczyszczalni ścieków. Mogą być też wykorzystywane jako materiał osłonowy urządzeń pomiarowych do tłumienia fali urządzeniowej, a nierzadko jako nośniki katalizatorów.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 121 295 filtracyjne tworzywo ceramiczne składa się z ziarn kwarcu, tlenku glinu, cementu glinowego i szkła borowego lub szkliwa ceramicznego. Składniki te miesza się z wodą, formuje w odpowiednie kształtki, pozostawia do stężenia, suszy i później wypala w temperaturze 900-1250°C. Wytworzone kształtki charakteryzują się pewną porowatością i wysoką wytrzymałością mechaniczną.

Baza materiału porowatego do aeracji i napowietrzania zbiorników wodnych, przedstawionego w opisie patentowym nr nr 145 163 i 147 994 jest piasek rzeczny oraz pył szkła okiennego. Piasek rzeczny w ilości 50-90 części wagowych miesza się z pyłem szkła okiennego w ilości 5-55 części wagowych kształtuje brykiety, a następnie ogrzewa w celu uzyskania spieku. Następnie spiek kruszy się, i odpowiednią frakcję ziarnistego spieku, w ilości 100 części wagowych, miesza się z pyłem szkła w ilości 2,5-7,5 części wagowych i z mieszaniną szkła wodnego z 10% wodnym roztworem NaOH w ilości 5-10 części wagowych oraz z fluorokrzemianem sodowym w ilości 1-5 części wagowych, uzyskując masę do formowania płyt. Płyty wypala się w temperaturze 8001050°C. Płyty można też formować z dwóch warstw, a każdą warstwę formuje się z masy zawierającej różne frakcje materiału ziarnistego spieku.

Materiał do otrzymywania płyt do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych może być też wypalany jednokrotnie. Polskie zgłoszenie patentowe P-286 240 przedstawia sposób wykorzystujący piasek kwarcowy, szkło, kriolit, CaF 2 i szkło wodne. Składniki po wymieszaniu ze szkłem wodnym i roztworem dekstryny formuje się i wypala w temperaturze do 1100°C.

Sposób wytwarzania elementów filtracyjnych, zwłaszcza cylindrycznych, do filtracji zanieczyszczeń stałych z gorących gazów przemysłowych przedstawia polski opis patentowy nr 152561. Materiałem do otrzymywania elementów filtracyjnych jest piasek kwarcowy o współczynniku anizometrii objętościowej mniejszym niż 1,25. Piasek zmieszany z rozdrobnionym węglanem sodu i szkłem wodnym miesza się w formach, przepuszcza następnie gorące spaliny lub dwutlenek węgla,

166 364 3 utwardzając w ten sposób masę. Surowy element filtracyjny ogrzewa się z szybkością nie większą niż 200°C/h do temperatury 900°C.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO 8 701610 znany jest także złożony element filtracyjny o otwartych porach. Składa się on z samowiązalnych drobnych ziarenek połączonych z zewnętrzną powierzchnią nośnika. Nośnik jest wykonany z samowiązalnych grubych ziaren. Membrana zawiera także włókna. Stosunek objętościowy drobne ziarenka : włókna : spoiwo wynosi odpowiednio 40-60 : 20-40 : 10-30.

Celem wynalazku było otrzymanie takiego materiału ceramicznego, który charakteryzowałby się dużą porowatością otwartą, byłby materiałem lekkim oraz dawał możliwość obróbki mechanicznej w celu nadania mu porządanego kształtu. Cel ten osiągnięto poprzez otrzymanie materiału ceramicznego w postaci spieku krzemionki i szkła.

Porowaty materiał według wynalazku stanowiący spiek osnowy kwarcowej ze szklanym lepiszczem składa się z 70-80% wagowych ziaren kwarcu, stanowiącego produkt termicznej przemiany kwarcu niskotemperaturowego pochodzącego z dyluwium i aluwium okresu czwartorzędu, w trydymit, która zaszła w co najmniej 80%, połączonych szkłem, stanowiącym 20-30% wagowych materiału. Lepiszcze szklane jest mieszaniną szkła piankowego i stłuczki szklanej użytych w stosunku wagowym jak 4:1. Ziarna materiału mają nieregularne kształty o charakterystycznych ostrych krawędziach i łączą się ze sobą zasadniczo wierzchołkami i krawędziami. Ciężar właściwy materiału ceramicznego wynosi od 1,20 do 1,45 g/cm3. Stosunek objętości zawartych w nim porów otwartych do objętości materiału wynosi 38-45%. Materiał według wynalazku daje się obrabiać metodą skrawania.

Uzyskany materiał ceramiczny według wynalazku łatwo poddaje się obróbce mechanicznej co pozwala na uzyskanie 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^-6 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 mechaniczne, sprężonym powietrzem, kąpiele wodne, trawienie, wyprężanie 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 poprzez sklejanie.

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 pm 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 pierścienia stosuje się w układach do nawilżania powietrza w pomieszczeniach. Woda wciągana kanalikami meteriału porowatego odparowuje z jego rozwiniętej powierzchni, zmieniając wilgotność powietrza w nawilżanym pomieszczeniu. Materiał w postaci kształtek służy do hodowli biomasy, rozwijającej się na odpowiednio spreparowanej rozwiniętej powierzchni porowatej, przy dostępie dozowanego w odpo4 166 364 wiedniej ilości tlenu i wilgoci. Materiał stosuje się także w przemyśle farbiarskim w celu oddzielenia pigmentów od cieczy chemicznie aktywnych.

Porowaty materiał ceramiczny bliżej jest opisany w przykładach.

Przykładl . Element filtracyjny wykonany z porowatego materiału ceramicznego w postaci świecy o rozmiarach 050 X 03O0k6O X 750 i wielkości ziaren 90-550pjm, stosowanyjest w procesie oczyszczania ciągu amoniakalno-powietrznego do syntezy kwasu azotowego. Mieszanina amoniakalno-powietrzna jest oczyszczana przed kontaktem z katalizatorem platynowym, w celu ochrony katalizatora przed zatruciem.

Przykład t I. Element filtracyjny wykonany z porowatego materiału ceramicznego, w kształcie płyty o rozmiarach 375 X 355 X 20 iwietkoSci zienenl 50-2(/pm, rtosowanyjsst dii fikciieji powietrza używanego do chłodzenia silników elektrycznych wielkiej mocy i kompresorów z zanieczyszczeń stałych.

Przykład III. Element filtracyjny wykonany z porowatego materiału ceramicznego, w kształcie tulei o wymiarach 07OX 040 X 330 i wielkości ziaren 90--50pm, stosowany jest w procesie oczyszczania gazów pokarbidowych z cząsteczek pyłów.

Przykład IV. Element wykonany z porowatego materiału ceramicznego w postaci dysku o wymiarach 0-83#-- i wielkości ziaren 000-300pm, stosowany jest do wgłębnego napowietrzania drobnopęcherzykowego w oczyszczalniach ścieków.

Przykład V. Element wykonany z porowatego materiału ceramicznego w postaci świec i/lub rur o wymiarach 050-70 X 000-40 X -50-500 i wielkości ziaren --5 pm, może być stosowany w gospodarstwach domowych do oczyszczania wody pitnej z zanieczyszczeń bakteriologicznych i mechanicznych.

Przykład VI. Element wykonany z porowatego materiału ceramicznego, w kształcie tulei o wymiarach 005 X 0-0 X -00 i wielkości ziaren 50-90pm, stosowany jest do ochrony urządzeń pneumatyki przemysłowej.

Przykład VII. Element filtracyjny wykonany z porowatego materiału ceramicznego, w kształcie rury o wymiarach 060 X 040X500 i wielkości ziaren -50-200pm, stosowany jest na automatycznych liniach produkcyjnych do oczyszczania wody chłodzącej stopnie mocy sterujących urządzeń elektronicznych zgrzewarek.

Przykład VIII. Element filtracyjny wykonany z porowatego materiału ceramicznego, w kształcie świec o wymiarach 060 X 040k70 X -0(0t i zaaren --5pm, stosowany może być jako przegroda bakteriologiczna i zatrzymująca pył w powietrzu dostarczanym do sal operacyjnych w nowoczesnych szpitalach.

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Porowaty materiał ceramiczny stanowiący spiek osnowy kwarcowej ze szklanym lepiszczem, znamienny tym, że składa się z 70-80% wagowych ziaren kwarcu stanowiącego produkt termicznej przemiany kwarcu niskotemperaturowego pochodzącego z aluwium i dyluwium okresu czwartorzędu w trydymit, która to przemiana zaszła co najmniej w 80%, połączonych szkłem, stanowiącym 20-30% wagowych materiału, przy czym ziarna materiału mają nieregularne kształty o charakterystycznych ostrych krawędziach i łączą się ze sobą zasadniczo wierzchołkami i krawędziami, a ciężar właściwy materiału wynosi od 1,20 do 1,45 g/cm³ i zależy od wielkości ziaren, która wynosi 5-500 pm.
2. Porowaty materiał ceramiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że łączące szkło jest mieszaniną szkła piankowego i stłuczki szklanej, użytych w stosunku wagowym jak 4:1.
3. Porowaty materiał ceramiczny według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że stosunek objętości zawartych w nim porów otwartych do objętości materiału wynosi 38-45%.