RU2239614C1 - Method of manufacturing ceramic filter elements - Google Patents
Method of manufacturing ceramic filter elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239614C1 RU2239614C1 RU2003110295/03A RU2003110295A RU2239614C1 RU 2239614 C1 RU2239614 C1 RU 2239614C1 RU 2003110295/03 A RU2003110295/03 A RU 2003110295/03A RU 2003110295 A RU2003110295 A RU 2003110295A RU 2239614 C1 RU2239614 C1 RU 2239614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic filter
- hydroxides
- ceramic
- suspension containing
- zeolite
- Prior art date
Links
Landscapes
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к процессам изготовления керамических фильтрующих элементов для селективного разделения компонентов фильтруемых сред.The invention relates to ceramic materials science, in particular to processes for the manufacture of ceramic filter elements for the selective separation of the components of the filtered media.
В ряде технологических процессов очистки сточных вод, горнообогатительной, пигментной и газоочистительной отраслях промышленности необходимо применение фильтрующих керамических элементов значительных габаритных размеров, сложной конфигурации с внутренними сквозными или тупиковыми полостями, способных к селективному разделению компонентов фильтруемых сред. При изготовлении таких изделий возникает комплекс технологических параметров, определяющих эксплуатационные характеристики получаемой продукции.In a number of technological processes of wastewater treatment, mining, pigment and gas cleaning industries, it is necessary to use filter ceramic elements of significant overall dimensions, a complex configuration with internal through or dead ends, capable of selective separation of the components of the filtered media. In the manufacture of such products, a set of technological parameters arises that determine the operational characteristics of the resulting product.
Известны способы изготовления керамических фильтрующих элементов, включающие изготовление крупнопористой керамической подложки и нанесение на ее поверхность мембранного мелкопористого покрытия путем ангобирования поверхностных открытых пор или нанесением мелкопористых слоев с использованием водных шликерных систем, содержащих в качестве дисперсной фазы керамические материалы, идентичные по своему составу с материалом подложки или комплексные смеси из силикатообразующих компонентов, сушку и обжиг (FR, патент №2575459, кл. С 04 В 38/00, 1986; SU, а.с. №1661167, кл. С 04 В 38/00, 1991; UA, патент №39564 А, кл. С 04 В 35/00, 2001).Known methods for the manufacture of ceramic filter elements, including the manufacture of a large-porous ceramic substrate and applying a finely porous membrane coating to it by engobing surface open pores or applying finely porous layers using aqueous slip systems containing ceramic materials as a dispersed phase that are identical in composition to the substrate material or complex mixtures of silicate-forming components, drying and firing (FR Patent No. 2575459, class C 04 B 38/00, 1986; SU, AS No. 1661167, class C 04 B 38/00, 1991; UA, patent No. 39564 A, class C 04 B 35/00, 2001).
Недостатком известных способов является зависимость мембранного слоя и скорости его набора от наличия “мертвых зон” в подложке, величины пор и их распределения в общей пористости керамической крупнопористой подложки, что приводит к разнотолщинности мембраннного слоя и изменению гидравлического сопротивления в локальных областях керамического фильтрующего элемента, приводящие к деградации производительности по изделию.A disadvantage of the known methods is the dependence of the membrane layer and its collection rate on the presence of “dead zones” in the substrate, the pore size and their distribution in the total porosity of the ceramic porous substrate, which leads to a difference in thickness of the membrane layer and a change in hydraulic resistance in the local areas of the ceramic filter element, leading degradation of product performance.
Поиск по патентным и информационным периодическим изданиям позволил выявить наиболее близкий к заявляемому объекту по решаемой технической задаче прототип - способ изготовления керамических фильтрующих элементов, включающий изготовление крупнопористой подложки и последовательное нанесение слоев из тонкомолотой водной керамической суспензии для образования мембраннного покрытия, причем перед образованием мембранного покрытия к крупнопористой подложке со стороны, противоположной стороне нанесения керамической суспензии прикладывают разрежение 0,15-0,7 кг/см2, сушат и обжигают (SU, A.C. №1731762 А1, кл. С 04 В 38/00, 1992).A search in patent and informational periodical publications made it possible to identify the prototype closest to the claimed object according to the technical problem being solved - a method for manufacturing ceramic filter elements, including the manufacture of a large-porous substrate and the sequential application of layers of a finely ground aqueous ceramic suspension to form a membrane coating, and before forming a membrane coating to large-porous substrate on the side opposite to the side of the application of the ceramic suspension vayut vacuum 0,15-0,7 kg / cm 2, dried and calcined (SU, AC №1731762 A1, cl. C 04 B 38/00, 1992).
Способ позволяет изготавливать малогабаритные объекты простейшей формы, при условии использования герметизируемых устройств в соответствии с конфигурацией изготовляемого керамического фильтрующего элемента.The method allows to produce small-sized objects of the simplest form, provided that the sealed devices are used in accordance with the configuration of the manufactured ceramic filter element.
Недостатком известного способа является неравномерность гранулометрического состава и толщины слоев, наносимых на подложки с большими габаритными размерами поверхностей фильтрации, вследствие седиментационных эффектов частиц с разными удельными весами в водных суспензиях. Кроме того, в многослойных материалах при обжиге возникают остаточные внутренние напряжения, вследствие разных усадочных коэффициентов, которые отрицательно сказываются на термостойкость при использовании керамических фильтрующих элементов в условиях нестационарных тепловых нагрузок.The disadvantage of this method is the uneven particle size distribution and thickness of the layers deposited on substrates with large overall dimensions of the filtration surfaces, due to the sedimentation effects of particles with different specific weights in aqueous suspensions. In addition, in multilayer materials during firing, residual internal stresses arise due to different shrink coefficients, which adversely affect the heat resistance when using ceramic filter elements under unsteady thermal loads.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления керамического фильтрующего элемента, обеспечивающего достижение цели изобретения - повышение качества керамического фильтра мембранного типа.The objective of the invention is to develop a method of manufacturing a ceramic filter element that ensures the achievement of the purpose of the invention is to improve the quality of the membrane type ceramic filter.
Поставленная цель достигается в отличие от известного способа тем, что образуют промежуточный слой путем ангобирования проницаемых пор в приповерхностных слоях крупнопористой подложки с использованием барботирующей суспензии, содержащей в твердой фазе компоненты, мас.%:This goal is achieved in contrast to the known method in that they form an intermediate layer by engobing permeable pores in the surface layers of a large-pore substrate using a sparging suspension containing components in the solid phase, wt.%:
Шамот высокообоженный 25-29High-worshiped fireclay 25-29
Глинозем 22-26Alumina 22-26
Каолин 9-14Kaolin 9-14
Песок 4-7Sand 4-7
Глина 12-18Clay 12-18
Бентонит 1-2Bentonite 1-2
Тальк 2-3Talcum powder 2-3
Мел 11-15Chalk 11-15
последующую операцию осуществляют в борботирующей суспензии, содержащей в твердой фазе гидрооксиды естественного происхождения циолитного класса и осуществляют ступенчатую термообработку с изотермическими выдержками при температурах удаления влаги, дегидролизации гидрооксидов, а процесс заканчивают при температуре образования в ангобированном слое циолитоподобных соединений и охлаждают.the subsequent operation is carried out in a bubbling suspension containing in the solid phase hydroxides of natural origin of the cytolite class and stepwise heat treatment is carried out with isothermal extracts at temperatures of moisture removal, dehydrolysis of hydroxides, and the process is terminated at the temperature of formation of cytolite-like compounds in the engobed layer and cooled.
Сущность заявляемого технического решения состоит в комплексе операций и последовательности их реализации, которые в совокупности с выбранными химическими компонентами позволяют организовать заданную структуру селективного мембранного слоя с диаметром каналов, являющимися основным контролирующим фактором для достижения цели изобретенияThe essence of the claimed technical solution consists in a complex of operations and the sequence of their implementation, which, together with the selected chemical components, allow you to organize the specified structure of the selective membrane layer with the diameter of the channels, which are the main controlling factor to achieve the purpose of the invention
Совокупность компонентов ангобирующего слоя позволяет получить материал с циолитоподобной структурой, с равномерным объемным распределением мелких пор, с узким доверительным интервалом их размеров, а введение бентонита и талька обеспечивает синтез кордиеритовой составляющей, повышающей устойчивость керамических фильтрующих элементов к нестационарным тепловым нагрузкам.The combination of components of the engobing layer allows one to obtain a material with a cytolite-like structure, with a uniform volume distribution of small pores, with a narrow confidence interval of their sizes, and the introduction of bentonite and talc provides the synthesis of cordierite component, which increases the resistance of ceramic filter elements to unsteady heat loads.
Соотношение в ангобной смеси компонентов обусловлено граничными условиями: минимальное содержание компонентов не приводит к повышению прочности пористого керамического каркаса, максимальное содержание компонентов образуют избыточное количество стеклофазы, приводящее к снижению устойчивости керамического пористого элемента, к нестандартным тепловым нагрузкам.The ratio in the engobe mixture of the components is due to the boundary conditions: the minimum content of the components does not increase the strength of the porous ceramic frame, the maximum content of the components form an excessive amount of glass phase, which reduces the stability of the ceramic porous element to non-standard thermal loads.
Введение в пористую структуру приповерхностных слоев крупнопористой подложки ангобного материала в условиях барботирующей суспензии позволяет получить равномерно распределенную объемную пористость с узкофракционным размером пор, величина которых меньше величины пор крупнопористой подложки, и устранить возможные дефекты пористой структуры подложки.The introduction of a coarse porous substrate of engobe material into the porous structure of the substrate under the conditions of a bubbling suspension allows one to obtain uniformly distributed bulk porosity with a narrow-fraction pore size smaller than the pore size of the large-porous substrate and eliminate possible defects in the porous structure of the substrate.
Введение в открытые поверхностные поры гидрооксидов естественного происхождения циолитного класса из барботирующей суспензии преследует цель, что и в предыдущей операции и, кроме того, позволяет получить мембранный слой с минимальным гидравлическим сопротивлением, с размером пор для селективного удержания компонентов заданной фракции из фильтруемой среды.The introduction into the open surface pores of naturally occurring hydroxides of a ziolitic class from a bubbling suspension is aimed at, as in the previous operation, and, in addition, allows to obtain a membrane layer with minimal hydraulic resistance, with a pore size for the selective retention of components of a given fraction from the filtered medium.
Изотермические выдержки при термообработке предназначены для осуществления мягких режимов, неприводящих к образованию пузырей, каналов или микротрещин в процессе удаления физически сорбированной и кристаллографической воды и наиболее полного прохождения физико-химических процессов в ангобированном слое при температуре образования циолитоподобных соединений.Isothermal holdings during heat treatment are designed to implement mild conditions that do not lead to the formation of bubbles, channels or microcracks during the removal of physically sorbed and crystallographic water and the most complete passage of physicochemical processes in the engobed layer at the temperature of formation of cytolite-like compounds.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
1. Предлагаемый способ был использован для изготовления пустотелых, керамических элементов секторного типа с выходным патрубком и суммарной фильтрующей поверхностью 5000 см2.1. The proposed method was used for the manufacture of hollow, ceramic sector-type elements with an outlet pipe and a total filter surface of 5000 cm 2 .
2. Для реализации процесса использовали:2. For the implementation of the process used:
2.1. Пористые керамические элементы, обработанные в соответствии с требованиями чертежа на изделия секторного типа.2.1. Porous ceramic elements, processed in accordance with the requirements of the drawing for sector-type products.
2.2. Шамот высокообожженный.2.2. High-baked fireclay.
2.3. Каолин Просяновский.2.3. Kaolin Prosyanovsky.
2.4. Глинозем ПС, α-Аl2О3 96%.2.4. Alumina PS, α-Al 2 O 3 96%.
2.5. Песок Авдеевский.2.5. Sand Avdeevsky.
2.6. Глина ВГО-1.2.6. Clay VGO-1.
2.7. Бентонит Болгарский.2.7. Bentonite Bulgarian.
2.8 Тальк Анотский.2.8 Talc of Anot.
2.9. Мел Райгородский.2.9. Chalk Raigorodsky.
2.10. Циолит со структурой натролита.2.10. Ziolite with a natrolite structure.
2.11. Вода водопроводная.2.11. Water is tap.
3. Процессам нанесения фильтрующих материалов предшествовали операции подготовки шликерных суспензий.3. The processes of applying filter materials were preceded by the operation of the preparation of slip suspensions.
Для ангобирования использовали смесь компонентов, мас.%:For engobing used a mixture of components, wt.%:
Шамот высокообожженный 27Highly burnt fireclay 27
Каолин 14,5Kaolin 14.5
Глинозем 24Alumina 24
Песок 5,5Sand 5.5
Глина 15Clay 15
Бентонит 1,5Bentonite 1.5
Тальк 2,5Talc 2.5
Мел 13Chalk 13
Компоненты перемешивали в сухом виде в Z-образном смесителе, а последующую гомогенизацию проводили совместным измльчением компонентов в вибромельнице до удельной поверхности 800-900 см2/г. Шликерную систему получали путем смешивания с водой до получения суспензии с удельным весом 1,4 г/см3. Идентичным методом получали шликерную суспензию, содержащую гидрооксид цеолитного класса - натролит с удельным весом 1,65 г/см3.The components were mixed dry in a Z-shaped mixer, and subsequent homogenization was carried out by co-grinding the components in a vibrating mill to a specific surface of 800–900 cm 2 / g. A slip system was obtained by mixing with water to obtain a suspension with a specific gravity of 1.4 g / cm 3 . An identical method was used to obtain a slip suspension containing zeolite class hydroxide - natrolite with a specific gravity of 1.65 g / cm 3 .
4. В 200 метровую емкость, содержащую суспензию с ангобным материалом, снизу подавали воздух из воздушной распределительной системы и погружали пористый секторный элемент - подложку, внутренний объем которой через выходной патрубок был соединен с вакуумной системой. Процесс проводили в течение 2-3 с. При разрежении 90 Па. Затем заготовку извлекали и оставляли 5-7 с. под разрежением для удаления избыточной влаги и уплотнения ангобирующего слоя.4. In a 200-meter capacity container containing a suspension with engobe material, air was supplied from the air distribution system from below and a porous sector element, a substrate, was immersed, the internal volume of which was connected to the vacuum system through the outlet pipe. The process was carried out for 2-3 s. With a vacuum of 90 Pa. Then the workpiece was removed and left for 5-7 s. under vacuum to remove excess moisture and seal the engobing layer.
5. Затем заготовку перемещали в емкость, содержащую барботируемую суспензию с натролитом, выдерживали в течение 10-15 с при разрежении ≈20 Па. После извлечения заготовки осуществляли термообработку в воздушной среде.5. Then, the preform was transferred to a container containing a bubbling suspension with natrolite, kept for 10-15 s at a vacuum of ≈20 Pa. After removing the preform, heat treatment was carried out in air.
6. Первую изотермическую выдержку осуществляли при температуре 80-90°С, в течение 5 ч, вторую выдержку проводили при 250-300°С, 2 ч, затем температуру доводили до 900-1000°С и осуществляли выдержку 3 ч.6. The first isothermal exposure was carried out at a temperature of 80-90 ° C for 5 hours, the second exposure was carried out at 250-300 ° C for 2 hours, then the temperature was brought to 900-1000 ° C and the exposure was carried out for 3 hours.
Окончание процесса термообработки проводили при температуре 1300±50°С в течение 3-х часов и охлаждали вместе с печью.The end of the heat treatment process was carried out at a temperature of 1300 ± 50 ° C for 3 hours and was cooled together with the furnace.
7. По предлагаемому способу была изготовлена опытно-экспериментальная партия изделий в количестве 12 штук. Материал и сами фильтрующие элементы были подвергнуты контролю по стандартным методикам в соответствии с ГОСТами.7. According to the proposed method was made a pilot batch of products in the amount of 12 pieces. The material and the filter elements themselves were subjected to control by standard methods in accordance with GOST.
Химический состав материала ангобного слоя выполнен химическим, спектрографическим и атомноабсорбционным методами. Анализ фазового состава выполнен рентгеновским методом. На основании анализов установлено, что ангобирующий материал представляет собой твердый раствор анорита CaAl2Si2O3 и смеси аналогов (Na, Zi) лейцита KAlSi3O8, в котором половина ионов Nа замещена К, Zi, часть ионов Са замещена Mg и Ва, ионы Fe и Сr замещают Al, a Ti замещают Si. Наличие изоморфных примесей приводит к искажению криталлической решетки материала, что обусловливает наличие большого количества дислокации различного рода, повышающих ионообменную активность типичных цеолитов молекулярных сит.The chemical composition of the engobe layer material is made by chemical, spectrographic, and atomic absorption methods. The analysis of the phase composition was performed by the x-ray method. Based on the analysis, it was found that the engobing material is a solid solution of anorite CaAl 2 Si 2 O 3 and a mixture of analogues of (Na, Zi) leucite KAlSi 3 O 8 , in which half of the Na ions are replaced by K, Zi, part of the Ca ions are replaced by Mg and Ba , Fe and Cr ions replace Al, and Ti replace Si. The presence of isomorphic impurities leads to a distortion of the material’s crystalline lattice, which leads to the presence of a large number of various kinds of dislocations that increase the ion-exchange activity of typical molecular sieve zeolites.
Таким образом, керамический фильтрующий элемент выполняет роль:Thus, the ceramic filter element plays the role of:
- механического фильтра;- mechanical filter;
- адсорбционного поглотителя;- adsorption absorber;
- молекулярного сита;- molecular sieve;
- ионообменного материала.- ion exchange material.
Характеристики керамических фильтрующих элементов представлены в таблице.Characteristics of ceramic filter elements are presented in the table.
Данные таблицы показывают, что предлагаемый способ позволяет получать структуру изделий с минимальным допустимым интервалом свойств, гарантирующих стабильность качества получаемых изделий, расширить функциональные возможности по эксплуатационным характеристикам. Повышенная проницаемость и прочность пористой структуры позволяют увеличить рабочее давление фильтрации и регенарации, а следовательно, и производительность фильтрующих установок в целом, заявляемый способ осуществляется на стандартном технологическом оборудовании с возможностью организации, на стадии нанесения слоев в барботирующих керамических суспензиях, поточных линий с использованием контролирующих и регулирующих устройств, выпускаемых отечественной промышленностью.These tables show that the proposed method allows to obtain the structure of products with a minimum acceptable range of properties that guarantee the stability of the quality of the products obtained, to expand the functionality for operational characteristics. The increased permeability and strength of the porous structure can increase the working pressure of the filtration and regeneration, and therefore the performance of the filtering systems as a whole, the inventive method is carried out on standard processing equipment with the possibility of organizing, at the stage of applying layers in sparging ceramic suspensions, production lines using control and regulatory devices manufactured by domestic industry.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110295/03A RU2239614C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method of manufacturing ceramic filter elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110295/03A RU2239614C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method of manufacturing ceramic filter elements |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2239614C1 true RU2239614C1 (en) | 2004-11-10 |
RU2003110295A RU2003110295A (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110295/03A RU2239614C1 (en) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | Method of manufacturing ceramic filter elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2239614C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594500C1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-08-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method of producing block-cellular filter-sorbents |
RU2602547C2 (en) * | 2015-03-10 | 2016-11-20 | Геннадий Леонидович Багич | Method of heat-resistant cartridge making |
RU2646650C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ceramic mixture for making filters |
-
2003
- 2003-04-11 RU RU2003110295/03A patent/RU2239614C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602547C2 (en) * | 2015-03-10 | 2016-11-20 | Геннадий Леонидович Багич | Method of heat-resistant cartridge making |
RU2594500C1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-08-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method of producing block-cellular filter-sorbents |
RU2646650C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ceramic mixture for making filters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bouazizi et al. | Elaboration and characterization of a new flat ceramic MF membrane made from natural Moroccan bentonite. Application to treatment of industrial wastewater | |
Almandoz et al. | Composite ceramic membranes from natural aluminosilicates for microfiltration applications | |
Sarkar et al. | New clay–alumina porous capillary supports for filtration application | |
Saffaj et al. | Elaboration and characterization of microfiltration and ultrafiltration membranes deposited on raw support prepared from natural Moroccan clay: application to filtration of solution containing dyes and salts | |
TWI388372B (en) | Method for preparing a porous inorganic coating on a porous support using certain pore formers | |
Belibi et al. | Microfiltration ceramic membranes from local Cameroonian clay applicable to water treatment | |
Majouli et al. | Characterization of flat membrane support elaborated from local Moroccan Perlite | |
Monash et al. | Development of ceramic supports derived from low‐cost raw materials for membrane applications and its optimization based on sintering temperature | |
Lindqvist et al. | Preparation of alumina membranes by tape casting and dip coating | |
KR101638338B1 (en) | control method for pore size of silica chabazite zeolite membranes and silica chabazite zeolite membranes with controlled the pore size using the same | |
Eom et al. | Ceramic membranes prepared from a silicate and clay-mineral mixture for treatment of oily wastewater | |
Khemakhem et al. | Study of ceramic ultrafiltration membrane support based on phosphate industry subproduct: application for the cuttlefish conditioning effluents treatment | |
Aloulou et al. | Elaboration and characterization of ceramic microfiltration membranes from natural zeolite: Application to the treatment of cuttlefish effluents | |
CN111804159A (en) | Silicon carbide whisker reinforced silicon carbide ceramic separation membrane based on tape casting and preparation method thereof | |
Aloulou et al. | New ceramic microfiltration membrane from Tunisian natural sand: Application for tangential waste water treatment | |
JP6270685B2 (en) | Separation method of normal paraffin | |
Ray et al. | Preparation and characterization of macroporous pure alumina capillary membrane using boehmite as binder for filtration application | |
Barrouk et al. | Elaboration and characterization of ceramic membranes made from natural and synthetic phosphates and their application in filtration of chemical pretreated textile effluent | |
Şan et al. | Preparation and filtration testing of diatomite filtering layer by acid leaching | |
CN115090122A (en) | Ceramic membrane with alumina whisker film layer structure and preparation method and application thereof | |
RU2239614C1 (en) | Method of manufacturing ceramic filter elements | |
CN107008157B (en) | SAPO-56 molecular sieve membrane and preparation method thereof | |
Das et al. | Effect of size distribution of the starting powder on the pore size and its distribution of tape cast alumina microporous membranes | |
US1081573A (en) | Porous article. | |
JP2008521738A (en) | Zeolite membrane and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110412 |