紅柱石陶瓷過濾管的研究.pdf

1、火力發(fā)電、水泥、煤炭、采礦等行業(yè)在快速發(fā)展的同時，向空氣中排放了大量的高溫含塵氣體，給人類健康和自然環(huán)境造成了極大的危害。為了經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，必須進行高溫?zé)焿m過濾。目前，研究較多的除塵技術(shù)包括旋風(fēng)除塵、靜電除塵、濕法除塵、介質(zhì)過濾除塵等，相比前幾種除塵技術(shù)，介質(zhì)過濾除塵具有除塵效率高（除塵效率為90％~99%）、無二次污染、充分利用資源、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。過濾除塵技術(shù)的核心在于高溫除塵材料。多孔陶瓷材料具有生產(chǎn)成本低、過濾效率高

2、、孔徑均勻且易于控制、使用壽命長等諸多優(yōu)點，是用于高溫?zé)焿m過濾的最佳選擇。紅柱石具有良好的高溫機械性能及體積穩(wěn)定性、優(yōu)異的耐酸堿性以及抗熱震性好等特點，我國紅柱石礦產(chǎn)資源儲量豐富，將紅柱石原料用于制備高溫除塵用多孔陶瓷具有巨大的開發(fā)前景。本文試圖以紅柱石為主要原料，采用顆粒堆積法結(jié)合造孔劑法制備氣孔率高、抗折強度高、抗熱震性能好的高溫除塵用紅柱石多孔陶瓷支撐體，在其表面涂覆了纖維膜層及過濾層，制備了孔梯度的陶瓷過濾材料。采用現(xiàn)代測試技術(shù)

3、研究紅柱石多孔陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能，探討了成孔機理及纖維膜、過濾層與支撐體的結(jié)合機理。
　　以新疆庫爾勒紅柱石精礦、星子高嶺土、桂廣滑石、工業(yè) Al2O3、PSZ、燒結(jié)板狀剛玉為原料設(shè)計了X和Y兩個系列配方，采用顆粒堆積法，半干壓成型制備了高溫?zé)焿m過濾用紅柱石多孔陶瓷支撐體，經(jīng)不同溫度燒成后，測試了樣品的吸水率、氣孔率、體積密度和抗折強度，采用XRD、SEM等現(xiàn)代測試技術(shù)研究了樣品的物相組成及顯微結(jié)構(gòu)。探討了不同紅柱石顆粒級配對

4、樣品氣孔率、抗折強度及顯微結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果表明，經(jīng)1420℃燒成的X2配方樣品（顆粒級配比為48目：250目=60:40，質(zhì)量百分比）的綜合性能最佳，吸水率8.09%，氣孔率18.26%，體積密度2.26g/cm3，抗折強度37.38MPa，樣品的主晶相為莫來石和堇青石，次晶相為α-石英；經(jīng)1460℃燒成的Y5樣品（顆粒級配比為48目：250目=35:65，質(zhì)量百分比）的綜合性能最佳，吸水率14.53%，氣孔率32.05%，體積密度

5、2.21g/cm3，抗折強度41.09MPa，樣品主晶相為莫來石和堇青石，次晶相為硅酸鋯。SEM顯微結(jié)構(gòu)研究表明，X2樣品中的氣孔多為三維連通氣孔，存在一些孔徑＞100μm的大氣孔，孔徑分布較寬，孔徑大小為7.51~118.23μm；Y5樣品氣孔分布相對均勻，多為細小狹長的連通氣孔，孔徑大小6.43~44.16μm。顆粒堆積成孔的機理研究表明，欲獲得高氣孔率樣品，必須合理控制配料組成中粗細顆粒的比例，同時必須對原料顆粒球磨整形，使原料顆

6、粒形狀近似球形或橢球形。
　　在級配比實驗的基礎(chǔ)上，研究了添加造孔劑來提高樣品的氣孔率的方法。利用正交試驗方法，以級配比、燒成溫度、石墨添加量（外加）、700目SiC添加量（外加）為實驗因素，設(shè)計了4因素3水平的正交試驗方案，確定了最佳實驗配方為A2（48目紅柱石60 wt%、250目紅柱石10wt%、星子高嶺土13wt%、桂廣滑石13wt%、工業(yè)Al2O34wt%、外加石墨30wt%、外加700目SiC0.1wt%）。經(jīng)1360

7、℃燒成的樣品吸水率22.86%，氣孔率39.16%，體積密度1.71g/cm3，抗折強度46.70MPa，30次熱震后（室溫~1000℃，風(fēng)冷）樣品的強度為40.42MPa，強度損失率為13.45%。樣品的主晶相為莫來石和堇青石，SEM顯微結(jié)構(gòu)研究表明樣品中多為連通氣孔，氣孔分布較為均勻，孔徑大小為8.33~51.67μm。
　　通過改變燒成溫度、紅柱石顆粒級配比，研究了提高樣品氣孔率的方法。在A2配方的基礎(chǔ)上，在1320~142

8、0℃的溫度范圍內(nèi)探討了燒成溫度對樣品性能的影響。實驗結(jié)果表明：改變燒成溫度并不能顯著提高樣品的氣孔率，但可顯著提高樣品的抗折強度，由1360℃的46.70MPa提高到1380℃的91.33MPa。設(shè)計了T系列新級配比配方，實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅柱石顆粒級配比為48目（300μm）：120目（125μm）=60:40（質(zhì)量百分比）時，經(jīng)1280℃燒成的T2樣品吸水率和氣孔率達到最大，吸水率23.72%，氣孔率40.28%，體積密度1.70g/cm

9、3，抗折強度39.34MPa，30次熱震后強度損失率3.69%，氣孔率40.31%。提高紅柱石多孔陶瓷氣孔率的途徑是增大細顆粒紅柱石的粒徑，細顆粒紅柱石的粒徑由63μm增大到125μm，樣品的氣孔率由39.16%增大至40.28%，且燒成溫度由1360℃降低到1280℃。
　　以A1配方（燒成溫度1360℃）為多孔陶瓷支撐體，在其表面涂覆了纖維膜過渡層、再涂過濾層，研制了孔梯度的紅柱石多孔陶瓷。研究了燒成溫度、不同的纖維添加量及過

10、濾層的涂覆方式對樣品結(jié)構(gòu)與性能的影響；測試了最佳樣品的耐酸耐堿性；采用SEM及專業(yè)圖像分析軟件Image-pro plus6.0分析了基體、纖維過渡層和過濾膜的孔徑及分布。結(jié)果表明，設(shè)計的陶瓷纖維過渡層、陶瓷顆粒過濾膜層與基體三者之間具有優(yōu)良的結(jié)合性能，過渡層中纖維添加量為80wt%，經(jīng)1080℃燒成后樣品性能最佳；紅柱石多孔陶瓷基體的孔徑為40~45μm，纖維過渡層的孔徑為7~9μm，過濾膜的孔徑為2.5~10μm。樣品的耐酸性為99