CN103553704B - 一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以红柱石为主要原料制备高温除尘陶瓷过滤管的方法。一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，其特征在于它包括如下步骤：①原料破碎；②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石 60~80%、高温粘结剂10~20%、粘土5~10%，造孔剂5~20%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；③原料混合；④坯体挤出；⑤坯体干燥；⑥坯体烧成；⑦喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料，形成过滤膜，过滤膜的厚度为100~200μm，经微波炉干燥10~30mim，放入梭式窑于1240~1300℃烧成，制备得到高温除尘陶瓷过滤管。该方法制备的陶瓷过滤管不仅具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点，而且制造成本相对低廉。

Description

一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法

技术领域

本发明涉及一种以红柱石为主要原料制备高温除尘陶瓷过滤管的方法。该过滤管主要用于各类高温烟气的除尘和净化，属于环保和新材料领域。

背景技术

高温除尘陶瓷过滤技术是环保除尘领域的一项新技术。与常规的旋风除尘、静电除尘等技术相比，该技术更适合于去除高温（800℃以上）和腐蚀性工业气体中的粉尘，已经大规模应用于煤气化联合循环发电***(IGCC)等高温除尘领域。该技术的关键核心材料即是高温除尘陶瓷过滤管。其除尘原理是利用多孔陶瓷管的缝隙，阻挡工业气体中的粉尘，使之聚集在陶瓷管外壁，而洁净的工业气体顺利穿过陶瓷管排空或送去再利用；聚集在陶瓷管外壁的粉尘达到一定程度要通过脉冲反吹，使粉尘脱离陶瓷管外壁，从而使陶瓷管又具备过滤粉尘的功能。

目前，高温除尘陶瓷过滤管一般利用碳化硅、堇青石和莫来石为原料等制备。美国发明专利《CERAMIC FILTER ELEMENT》（US20110058990A1）公布了一种以碳化硅、莫来石等为原料制备用于高温烟气除尘陶瓷过滤管的方法。日本发明专利《CERAMIC FILTER》(JP63051914A)公布了一种以高纯氧化铝为主要原料制备了陶瓷过滤管的方法。中国发明专利《热气体净化用高温陶瓷过滤元件及其制备方法》(CN1569306A)公布了一种以堇青石为主要原料制备陶瓷过滤管的方法。中国发明专利《一种高温气体过滤器支撑体及其制备方法》(CN101628195A)公布了一种以莫来石为主要原料制备高温气体陶瓷过滤器的方法。碳化硅陶瓷管机械强度和抗热震性较好，但高温抗氧化和抗腐蚀性能较差。莫来石陶瓷管机械强度和抗腐性能较好，但抗热震性较差。堇青石陶瓷管抗热震性较好，机械强度较差。碳化硅、堇青石和莫来石均需人工预烧合成，因此制备陶瓷管的成本较高。

红柱石是一种铝硅酸盐天然结晶矿物，具有较高的机械强度和良好的高温体积稳定性、抗蠕变性和抗氧化性，使用前不需要进行预烧，是制备高等级耐火材料和工业陶瓷的优质原料，价格相对低廉。中国发明专利《一种利用红柱石制备蜂窝陶瓷铸造过滤片的方法》(CN102320841A)公布了一种以红柱石为主要原料制备蜂窝陶瓷铸造过滤片，该产品兼具良好的耐高温性能和抗热震性。日本发明专利《CERAMIC BURNER FOR USE IN HOT-AIR OVEN》(JP57124604A)公布了一种以红柱石和硅线石等为主要原料制备用于热风炉中的陶瓷燃烧器(喷嘴)，说明红柱石适合在高温恶劣环境使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，该方法制备的陶瓷过滤管不仅具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点，而且制造成本相对低廉。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，其特征在于它包括如下步骤：

①原料破碎：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂四种原料分别用破碎机或打粉机破碎至粒径为1mm以下；然后将红柱石、高温粘结剂分别用球磨机研磨4h~12h，分别过200~350目筛（所述高温粘结剂和造孔剂均需过200~350目筛），备用；

所述高温粘结剂为滑石、长石、玻璃粉中的一种或上述任意二种以上（含任意二种）按任意比例混合物；所述粘土为紫木节、膨润土、高岭土中的一种或上述任意二种以上（含任意二种）按任意比例混合物；所述造孔剂为石墨粉、木屑、炭黑中的一种或上述任意二种以上（含任意二种）按任意比例混合物；

②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石 60~80%、高温粘结剂10~20%、粘土5~10%，造孔剂5~20%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，40~60wt%；20~45μm，60~40wt%；

③原料混合：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂在捏合机中混合，得到混合料；混合料中再加入水溶性粘结剂、润滑剂和水，水溶性粘结剂的加入量为混合料质量的3~8%、润滑剂的加入量为混合料质量的2~5%，水的加入量为混合料质量的14~18%，混合30min，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，得到陈腐好的泥料；

所述水溶性粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃中的一种或上述任意二种以上（含任意二种）按任意比例混合物；所述润滑剂为桐油、豆油中的一种或上述两者任何比例混合物；

④坯体挤出: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，切割得到长度为1000~3000mm，外径为40~100mm，内径为20~60mm的陶瓷管坯体；挤出机挤出压力为3-8MPa；

⑤坯体干燥：将挤出的陶瓷管坯体放入微波炉中定型20-45min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1-2h，微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

⑥坯体烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑内，经1300-1500℃烧成（升温速率3~5℃/min，烧制时间20~30h）得到陶瓷过滤管支撑体；

⑦喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料(莫来石纤维与红柱石质量比为1:2，料浆含水量为总质量的40%)，形成过滤膜，过滤膜（镀膜）的厚度为100~200μm，经微波炉干燥10~30mim，放入梭式窑于1240~1300℃烧成（升温速率5℃/min，烧制时间10~15 h），制备得到高温除尘陶瓷过滤管（成品）。

经测试，本发明的高温除尘陶瓷过滤管的软化温度≥1300℃，1000℃～20℃抗热震循环8次不开裂，抗压强度≥40MPa，对电厂和水泥工业等产生烟气的除尘效率高达99.5%。

本发明的高温除尘陶瓷过滤管适合于去除高温（800℃以上）和腐蚀性工业气体中的粉尘。

本发明的有益效果是：

1.成本相对低廉。红柱石是一种天然结晶体，资源丰富，价格低廉，不需预先合成，故本发明比价格昂贵的碳化硅质、合成堇青石质和合成莫来石质陶瓷过滤管在原料成本上节约三分之一以上。

2. 综合热性能良好。本发明制备的高温除尘陶瓷过滤管主要原料为红柱石，其在高温作用下可转化为莫来石，本发明使之原位生成了堇青石，并与莫来石有机结合，使产品兼具优良的高温耐腐蚀性和抗热震性，高温强度高，在高温除尘环境中表现更为优异。

3.过滤性能较好。本发明制备的高温除尘陶瓷过滤管对其孔隙结构进行了精心的梯度设计，膜层的孔径为8~15μm，支撑体的孔径为40~100μm，形成管壁的梯度孔结构，过滤效率高，阻力降小，过滤粉尘的效果优异（即过滤效率高）。

本发明对大气环境保护和节约能源具有重要意义。

附图说明

图1是高温除尘陶瓷过滤管的电镜扫描图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，它包括如下步骤：

     ①原料破碎：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂四种原料分别用破碎机破碎至粒径为1mm以下；然后将红柱石、高温粘结剂分别用球磨机研磨4h，分别过200目筛（所述高温粘结剂和造孔剂均需过200目筛），备用；

所述高温粘结剂为滑石；所述粘土为紫木节；所述造孔剂为石墨粉；

②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石 60%、高温粘结剂10%、粘土10%，造孔剂20%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，40wt%；20~45μm，60wt%；

③原料混合：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂在捏合机中混合，得到混合料；混合料中再加入水溶性粘结剂、润滑剂和水，水溶性粘结剂的加入量为混合料质量的3%、润滑剂的加入量为混合料质量的2%，水的加入量为混合料质量的14%，混合30min，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，得到陈腐好的泥料；

所述水溶性粘结剂为羧甲基纤维素；所述润滑剂为桐油；

④坯体挤出: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，切割得到长度为1000mm，外径为40mm，内径为20mm的陶瓷管坯体；挤出机挤出压力为3MPa；

⑤坯体干燥：将挤出的陶瓷管坯体放入微波炉中定型20min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1h，微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

⑥坯体烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑内，经1300℃烧成（升温速率3℃/min，烧制时间20h），得到陶瓷过滤管支撑体；

⑦喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料(莫来石纤维：红柱石质量比为1:2，料浆含水量为总质量的40%)，形成过滤膜，过滤膜（镀膜）的厚度为100~200 μm，经微波炉干燥10mim，放入梭式窑于1240℃烧成（升温速率5℃/min，烧制时间10 h），制备得到高温除尘陶瓷过滤管（成品）。

图1是观察膜与基体之间的结合情况。

经测试，本发明的高温除尘陶瓷过滤管的软化温度≥1300℃（高温强度高），1000℃～20℃抗热震循环8次不开裂，抗压强度≥40MPa，对电厂和水泥工业等产生烟气的除尘效率高达99.5%。说明本发明具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点。

实施例2：

一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，它包括如下步骤：

     ①原料破碎：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂四种原料分别用打粉机破碎至粒径为1mm以下；然后将红柱石、高温粘结剂分别用球磨机研磨12h，分别过350目筛（所述高温粘结剂和造孔剂均需过350目筛），备用；

所述高温粘结剂为长石；所述粘土为膨润土；所述造孔剂为木屑；

②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石80%、高温粘结剂10%、粘土5%，造孔剂5%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，60wt%；20~45μm， 40wt%；

③原料混合：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂在捏合机中混合，得到混合料；混合料中再加入水溶性粘结剂、润滑剂和水，水溶性粘结剂的加入量为混合料质量的8%、润滑剂的加入量为混合料质量的5%，水的加入量为混合料质量的18%，混合30min，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，得到陈腐好的泥料；

所述水溶性粘结剂为聚乙烯醇；所述润滑剂为豆油；

④坯体挤出: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，切割得到长度为3000mm，外径为100mm，内径为60mm的陶瓷管坯体；挤出机挤出压力为8MPa；

⑤坯体干燥：将挤出的陶瓷管坯体放入微波炉中定型45min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥2h，微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

⑥坯体烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑内，经1500℃烧成（升温速率5℃/min，烧制时间30h）得到陶瓷过滤管支撑体；

⑦喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料(莫来石纤维与红柱石质量比为1:2，料浆含水量为总质量的40%)，形成过滤膜，过滤膜（镀膜）的厚度为100~200μm，经微波炉干燥30mim，放入梭式窑于1300℃烧成（升温速率5℃/min，烧制时间15h），制备得到高温除尘陶瓷过滤管（成品）。

经测试，本发明的高温除尘陶瓷过滤管的软化温度≥1300℃，1000℃～20℃抗热震循环8次不开裂，抗压强度≥40MPa，对电厂和水泥工业等产生烟气的除尘效率高达99.5%。说明本发明具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点。

实施例3：

一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，它包括如下步骤：

     ①原料破碎：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂四种原料分别用破碎机破碎至粒径为1mm以下；然后将红柱石、高温粘结剂分别用球磨机研磨8h，分别过280目筛（所述高温粘结剂和造孔剂均需过280目筛），备用；

所述高温粘结剂为玻璃粉；所述粘土为高岭土；所述造孔剂为炭黑；

②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石 62%、高温粘结剂20%、粘土8%，造孔剂10%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，50wt%；20~45μm，50wt%；

③原料混合：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂在捏合机中混合，得到混合料；混合料中再加入水溶性粘结剂、润滑剂和水，水溶性粘结剂的加入量为混合料质量的6%、润滑剂的加入量为混合料质量的3%，水的加入量为混合料质量的16%，混合30min，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，得到陈腐好的泥料；

所述水溶性粘结剂为水玻璃；所述润滑剂为桐油；

④坯体挤出: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，切割得到长度为2000mm，外径为80mm，内径为40mm的陶瓷管坯体；挤出机挤出压力为6MPa；

⑤坯体干燥：将挤出的陶瓷管坯体放入微波炉中定型35min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1.5h，微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

⑥坯体烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑内，经1400℃烧成（升温速率4℃/min，烧制时间25h）得到陶瓷过滤管支撑体；

⑦喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料(莫来石纤维与红柱石质量比为1:2，料浆含水量为总质量的40%)，形成过滤膜，过滤膜（镀膜）的厚度为100~200μm，经微波炉干燥20mim，放入梭式窑于1280℃烧成（升温速率5℃/min，烧制时间12 h），制备得到高温除尘陶瓷过滤管（成品）。

经测试，本发明的高温除尘陶瓷过滤管的软化温度≥1300℃，1000℃～20℃抗热震循环8次不开裂，抗压强度≥40MPa，对电厂和水泥工业等产生烟气的除尘效率高达99.5%。说明本发明具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点。

实施例4-6：

与实施例1-3基本相同，不同之处在于：

步骤①中：所述高温粘结剂为滑石、长石和玻璃粉，三者质量各占1/3；所述粘土为紫木节、膨润土和高岭土，三者质量各占1/3；所述造孔剂为石墨粉、木屑和炭黑，三者质量各占1/3；

步骤③中：所述水溶性粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇和水玻璃，三者质量各占1/3；所述润滑剂为桐油和豆油，二者质量各占1/2。

经测试，本发明的高温除尘陶瓷过滤管的软化温度≥1300℃，1000℃～20℃抗热震循环8次不开裂，抗压强度≥40MPa，对电厂和水泥工业等产生烟气的除尘效率高达99.5%。说明本发明具有高温强度高、抗热震性能好、过滤效率高的优点。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数（如温度、时间等）的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，其特征在于它包括如下步骤：

     ①原料破碎：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂四种原料分别用破碎机或打粉机破碎至粒径为1mm以下；然后将红柱石、高温粘结剂分别用球磨机研磨4h~12h，分别过200~350目筛，备用；

②原料配比：各原料所占重量百分数为：红柱石 60~80%、高温粘结剂10~20%、粘土5~10%，造孔剂5~20%，选取红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂；

所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，40~60wt%；20~45μm，60~40wt%；所述红柱石需按颗粒大小搭配使用，其级配为：280~320μm，40~60wt%；20~45μm，60~40wt%；

③原料混合：将红柱石、高温粘结剂、粘土和造孔剂在捏合机中混合，得到混合料；混合料中再加入水溶性粘结剂、润滑剂和水，水溶性粘结剂的加入量为混合料质量的3~8%、润滑剂的加入量为混合料质量的2~5%，水的加入量为混合料质量的14~18%，混合30min，再用真空练泥机练泥，陈腐24h，得到陈腐好的泥料；

④坯体挤出: 将陈腐好的泥料通过挤出机挤出，切割得到长度为1000~3000mm，外径为40~100mm，内径为20~60mm的陶瓷管坯体；挤出机挤出压力为3-8MPa；

⑤坯体干燥：将挤出的陶瓷管坯体放入微波炉中定型20-45min，然后放入120℃红外干燥箱中干燥1-2h，微波炉功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz；

⑥坯体烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑内，经1300-1500℃烧成，升温速率3~5℃/min，烧制时间20~30h，得到陶瓷过滤管支撑体；

喷涂过滤膜：在陶瓷过滤管支撑体外表面喷涂一层莫来石纤维和红柱石浆料，形成过滤膜，莫来石纤维和红柱石浆料由莫来石纤维、红柱石和水混合而成，莫来石纤维与红柱石质量比为1:2，料浆含水量为总质量的40%；过滤膜的厚度为100~200μm，经微波炉干燥10~30mim，放入梭式窑于1240~1300℃烧成，升温速率5℃/min，烧制时间10~15 h，制备得到高温除尘陶瓷过滤管。

2.根据权利要求1所述的一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，其特征在于：步骤①中：所述高温粘结剂为滑石、长石、玻璃粉中的一种或上述任意二种以上按任意比例混合物；所述粘土为紫木节、膨润土、高岭土中的一种或上述任意二种以上按任意比例混合物；所述造孔剂为石墨粉、木屑、炭黑中的一种或上述任意二种以上按任意比例混合物。

3.根据权利要求1所述的一种利用红柱石制备高温除尘陶瓷过滤管的方法，其特征在于：步骤③中：所述水溶性粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃中的一种或上述任意二种以上按任意比例混合物；所述润滑剂为桐油、豆油中的一种或上述两者任何比例混合物。