DE69033420T2

DE69033420T2 - Keramischer Filter für staubhaltige Gase und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69033420T2
Application number: DE69033420T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Endo; Hiroshi Maeno; Takashi Mimori; Tomohiro Morishita
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2010-04-03
Also published as: ES2142364T3; DE69033420D1; EP0630677A3; FI901698A0; EP0391321A3; EP0391321A2; FI90946B; EP0630677A2; FI90946C; EP0630677B1; US5073178A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Keramikfilter, der zur Entfernung eines Staubes aus einem staubhaltigen Gas, insbesondere aus einem eine hohe Temperatur aufweisenden, staubhaltigen Gas, brauchbar ist, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Keramiken haben üblicherweise eine ausgezeichnete Feuerbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und sie sind geeignet als Materialien für Filter für hohe Temperatur oder korrosive Gase. Andererseits gibt es einen zunehmenden Bedarf an Keramikfiltern, die unter schweren Umgebungs-Bedingungen benutzt werden können.
Ihre Anwendungen decken nicht nur die Kontrolle der Verunreinigung oder die Verbesserung der Qualität von Produkten ab, sondern sparen auch Energie oder entwickeln eine Energie, wie Kohle. Es ist daher erwünscht, einen sehr leistungsfähigen Keramikfilter für ein staubhaltiges Gas zu entwickeln, der ein Schlüssel ist, um diese technischen Entwicklungen zu bewerkstelligen.
Wenn ein Filter bei einer hohen Temperatur eingesetzt werden soll, dann ist ein rasches Erhitzen oder Abschrecken häufig unvermeidbar. Ein Material mit einem geringen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten, das Beständigkeit gegen thermischen Schock hat, ist daher erforderlich.
Von den verschiedenen Arten von Keramiken hat eine Cordierit-Keramik einen besonders geringen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten, und es ist ein gegen thermischen Schock beständiges Material. Unter Nutzung dieser Eigenschaften wurde ein Cordierit-Filter für Verwendung bei hoher Temperatur für einen gewissen spezifischen Zweck entwickelt.
So offenbart, z. B., die JP-A-52133810 einen Cordierit-Keramikfilter sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei ein bienenwabenartiger Filter diskutiert wird, dessen Porengröße zum Entfernen feiner Teilchen aus einem Abgas aus einer Dieselmaschine geeignet ist, und ein Verfahren zum Herstellen eines Cordierit-Keramikfilters mit einer relativ großen mittleren Porengröße. Weiter ist offenbart, eine alkalische Komponente, wie eine Lithiumoxid-Komponente, zur Bildung relativ großer Poren hinzuzugeben.
Wie in der JP-A-63031517 offenbart, hat einer der vorliegenden Erfinder bereits einen rohrförmigen Cordierit-Filter mit einer Porengrößen-Verteilung vorgeschlagen, die kaum verstopft, um einen Staub aus einem eine hohe Temperatur aufweisenden, staubhaltigen Gas zu entfernen. Je geringer der Druckverlust des Filters, um so besser, weil es dadurch möglich ist, eine Filtervorrichtung großer Kapazität zum Behandeln des staubhaltigen Gases zu erhalten. Für diesen Zweck ist es um so besser, je größer die Porosität ist. Es gibt jedoch das Problem, dass die Festigkeit beträchtlich abnimmt, wenn die Porosität zunimmt. Es ist daher üblich, einen Kompromiss zu finden, und einen Filter auf der Grundlage eines solchen Kompromisses herzustellen.
Aluminiumoxid und Siliciumcarbid, die praktisch als Keramikfilter eingesetzt wurden, finden auch Anwendung als Schleifmittel oder Poliermittel. Durch richtiges Auswählen eines kommerziellen Produktes mit einer geeigneten Teilchengröße für den gebrannten Ton ist es möglich, relativ einfach einen Filter mit einem geringen Druckverlust und einem praktischen Festigkeitsniveau herzustellen.
Bei einem solchen Filter wird üblicherweise eine Matrix aus Glas oder Ton eingesetzt. Die Glasmatrix hat das Problem, dass die Festigkeit bei hoher Temperatur gering ist, so dass die Festigkeit bei 800ºC höchstens 1/3 der Festigkeit bei Raumtemperatur beträgt. Demgegenüber hat die Tonmatrix das Problem, das selbst die Festigkeit bei Raumtemperatur kaum erhöht werden kann. Kommerziell erhältlicher, synthetischer, gebrannter Cordierit hat in den meisten Fällen eine große Porosität. Selbst wenn solche kommerziell erhältlichen, gebrannten Tone für die Herstellung von Keramikfiltern eingesetzt werden, haben die resultierenden Filter eine große Porosität und einen großen Druckverlust, und es gab das Problem, dass es bei Erhöhung der Porosität zur Verringerung des Druckverlustes schwierig war, die Festigkeit bei einem praktischen Niveau zu halten. Sollen Cordierit-Keramikfilter bei hoher Temperatur und in einer korrosiven Atmosphäre für eine lange Zeitdauer benutzt werden, dann ist es notwendig, Keramikfilter zu haben, die eine angemessene Festigkeit innerhalb eines weiten Temperaturbereiches von Raumtemperatur bis zu einer hohen Temperatur aufweisen, um die Zuverlässigkeit der Filtervorrichtung sicherzustellen, und die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen thermisches Abspalten haben und kaum verstopfen sowie einen geringen Druckverlust aufweisen, und die im Falle des Entfernens eines Staubes aus einem ein solch korrosives Gas wie NOx oder SOx enthaltenden Gases weiter eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere eine Säurekorrosions-Beständigkeit, aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme der Cordierit-Keramikfilter der konventionellen Techniken zu lösen und Cordierit-Filter für staubhaltiges Gas zu schaffen, die einen geringen Druckverlust und eine praktische Festigkeit sowie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Der Keramikfilter der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens 50 Gew.-% eines gebrannten Cordierit mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% und einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um sowie eine Matrix, die Siliciumdioxid (SiO&sub2;) und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) als die Hauptkomponenten umfasst, und sie enthält Lithiumoxid (Li&sub2;O) in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung enthält die Matrix weiter Magnesiumoxid (MgO).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist der gebrannte Cordierit ein aus einem Glas mit etwa einer Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2M&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;) kristallisierter Cordieritton.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist der Cordieritton der, der erhalten ist durch Imprägnieren eines Cordierittons mit Aluminiumoxidsol, Siliciumdioxidsol, Titaniumoxidsol, Zirkoniumoxidsol oder einer Mischung von mindestens zwei Arten solcher Sole, der nach dem Sintern eine scheinbare Porosität von höchstens 10% aufweist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung beträgt die Porosität des Filtermaterials mindestens 35% und die Biegefestigkeit bei 800ºC ist mindestens 75 kg/cm².
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung enthält die Matrix von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters, an TiO&sub2; und/oder ZrO&sub2;.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist die Gestalt des Filters ein gerades Rohr.
Der Keramikfilter der vorliegenden Erfindung umfasst eine Filtergrundlage, umfassend mindestens 50 Gew.-% eines gebrannten Cordierits mit einer scheinbaren Dichte von höchstens 10% und einem Teilchendurchmesser von 74 bis 590 um und eine Matrix, die Siliciumdioxid (SiO&sub2;) und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) als die Hauptkomponenten umfasst, und 0,2 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters, an Lithiumoxid (Li&sub2;O) enthält, wobei die Filtergrundlage eine mittlere Porengröße von 10 bis 100 um hat, wobei das Porengrößen-Verhältnis an den Positionen von 75 Vol.% und 25 Vol.% der akkumulierten Porengrößen-Verteilung mindestens 1,3 beträgt, und eine Filterschicht mit einer mittleren Porengröße von 0,2 bis 10 um, die mindestens an der Oberfläche der Filterseite der Filtergrundlage befestigt ist, so dass die Filterschicht die an der Oberfläche der Filtergrundlage offenen Poren füllt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei dem Keramikfilter der vorliegenden Erfindung der gebrannte Cordierit ein gebrannter Cordierit, der aus einem Glas mit etwa einer Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;) kristallisiert ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist die Filterschicht aus Diatomeenerde oder Reishüllenasche hergestellt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist die Gestalt der Filtergrundlage ein Rohr und die Filterschicht ist an der Innenwandoberfläche des Rohres befestigt.
Bei einem Verfahren zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird ein Pulvermaterial zur Bildung einer Matrix, erhalten durch Mischen von Ton und eines Lithiumoxid enthaltenden Pulvers, mit mindestens 50 Gew.-% gebranntem Cordierit mit einer scheinbaren Dichte von höchsten 10% und einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um, vermischt, und zu der Mischung wird ein organischer Binder hinzugegeben, gefolgt vom Formen und Sintern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist der gebrannte Cordierit mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% einer, erhalten durch Vermischen von Materialien, enthaltend MgO, Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2;, zur Bildung von etwa einer Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;), Schmelzen der Mischung und Abkühlen derselben, um ein Glas zu erhalten, dass dann durch Wärmebehandlung kristallisiert wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird ein β-Spodumen-Pulver zu dem Pulvermaterial zur Bil dung der Matrix hinzugegeben, so dass der Gehalt an Lithiumoxid im Filtermaterial innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 1,0 Gew.-% liegt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird ein Cordierit-Pulver mit einem Teilchendurchmesser von höchstens 74 um zu dem Pulvermaterial zur Bildung der Matrix hinzugegeben.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird ein Pulver aus ZrO&sub2; und/oder TiO&sub2; zu dem Pulvermaterial zur Bildung der Matrix in einer Menge von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Filtermaterials, hinzugegeben.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wurde in Kokspulver zu dem Ausgangsmaterial als porenbildendes Material hinzugegeben, das beim Verbrennen Poren bildet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird das Formen des Filters mittels einer isostatischen Presse unter Verwendung einer Metallkern-Form und einer äußeren zylindrischen Kautschukform zur Bildung eines geraden Rohres ausgeführt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird das Sintern innerhalb eines Temperaturbereiches von 1.310 bis 1.380ºC ausgeführt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung wird die scheinbare Porosität des gebrannten Cordierits auf höchstens 10% eingestellt. Dies ist wirksam zur Minimierung des Druckverlustes des Filters. Übersteigt die scheinbare Porosität 10%, dann wird der Druckverlust groß.
Durch Kontrollieren der scheinbaren Porosität des gebrannten Cordierits auf ein Niveau von höchstens 10% wird die Festigkeit des gebrannten Cordierits hoch sein. Folglich wird die Festigkeit des Filters selbst hoch sein.
Der gebrannte Cordierit mit einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um (die Teilchen gehen nicht durch ein Sieb von 200 Maschen hindurch) wird in einer Menge von höchstens 50 Gew.-% eingesetzt. Der gebrannte Ton mit einer Teilchengröße von mindestens 74 um ist brauchbar für die Bildung von Poren mit einer Größe von mindestens 10 um, die für einen Filter für ein Gas geeignet ist. Ein Teil des gebrannten Cordierits kann einen Durchmesser von 2 mm aufweisen. Wird ein solcher gebrannter Ton in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% eingesetzt, dann ist es möglich, mindestens die erforderliche Porenmenge zur Schaffung einer Gasdurchlässigkeit zu verleihen, die für einen Filter brauchbar ist.
Ist der gebrannte Ton mit einer Teilchengröße von mindestens 74 um weniger als 50 Gew.- %, dann wird die Schrumpfung während des Sinterns beträchtlich sein, wodurch sich Nachteile ergeben, wie der Art, dass der Filter einer Verformung unterliegt und die Porosität gering ist, so dass der Druckverlust groß ist.
Es ist weiter bevorzugt, den gebrannten Cordierit in einer Menge von mindestens 70 Gew.-% einzusetzen, wodurch die Sinter-Schrumpfung gering ist und die scheinbare Porosität groß, so dass der Druckverlust gering ist.
Der Rest wird üblicherweise in Form eines feinen Pulvers vermischt, und er bildet im Filter nach dem Sintern eine Matrix für den gebrannten Cordierit. Diese Matrix hat vorzugsweise eine Feuerbeständigkeit, die etwas geringer ist als die des gebrannten Cordierits, und einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten nahe dem des gebrannten Cordierits. Sie hat vorzugsweise eine solche Zusammensetzung, dass sie während des Sinterns Glas bildet. Ton wird in das Pulvermaterial zur Bildung einer Matrix eingebracht, weil er Aluminiumoxid und Siliciumdioxid als die Hauptkomponenten enthält, und er wirksam ist zur Verbesserung der Formbarkeit und Sinterbarkeit.
Enthält die Matrix Lithiumoxid zusätzlich zu Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, dann wird die Matrix die obigen Anforderungen erfüllen und in Kombination mit dem gebrannten Cordierit mit einer geringen scheinbaren Porosität einen Filter mit angemessener Festigkeit, nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei einer hohen Temperatur von etwa 800ºC, ergeben.
Der Gehalt an Lithiumoxid (Li&sub2;O) im Filtermaterial beträgt von 0,05 bis 1 Gew.-% (entsprechend der Einbringung von 1 bis 20 Gew.-% β-Spodumen). Ist der Gehalt geringer als 0,05%, dann wird es schwierig, einen Sinterkörper genügender Festigkeit zu erhalten. Übersteigt andererseits der Gehalt 1 Gew.-%, dann wird die Feuerbeständigkeit des Cordierit-Keramikfilters beeinträchtigt, was unerwünscht ist. Werden sowohl die Feuerbeständigkeit als auch die Festigkeit des resultierenden Filters in Betracht gezogen, dann liegt der Gehalt an Lithiumoxid vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 0,6 Gew.-%.
Der Grund, warum ein Filter, der seine Festigkeit selbst bei einer hohen Temperatur beibehält, durch die Lithiumoxid (Li&sub2;O) enthaltende Matrix erhältlich ist, ist nicht klar verstanden, da die Phasenbeziehung zwischen Cordierit und β-Spodumen (Li&sub2;O · Al&sub2;O&sub3; · 4SiO&sub2;) komplex ist (Yoichi Shiraki, Fine Ceramics, Seite 310, 1976, Gihodo). Er kann jedoch folgendermaßen erklärt werden.
In dem anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung wird die Matrix des Lithiumoxid (Li&sub2;O) enthaltenden und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Siliciumdioxid (SiO&sub2;) als Hauptkomponnten umfassenden Filters während des Sinterns in einem beträchtlichen Ausmaß unter Bildung einer starken Bindung zwischen den gebrannten Tonteilen verglast.
In diesem Glas ist der Hauptteil des Lithiumoxids enthalten, und das Glas hat, verglichen mit dem gebrannten Ton, einen geringen Schmelzpunkt. Durch nachfolgendes Abkühlen tritt eine Kristallisation des Glases ein.
Die gebildeten Kristalle haben einen geringen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten, und die Matrix als Ganzes hat einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten nahe dem des gebrannten Cordierit. Es wird daher ein Cordierit-Keramikfilter mit einer hohen Festigkeit bei Raumtemperatur und einer geringen Restspannung präsentiert, die durch den Unterschied in der Wärmeausdehnung vom gebrannten Ton verursacht wird, selbst wenn auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
β-Spodumen wird zum Pulvermaterial hinzugegeben, um eine Matrix zu bilden, weil es geeignet ist, die Lokalisierung von Lithiumoxid zu vermeiden, und β-Spodumen ist wirksam bei der Reduzierung des Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der gesamten Matrix, selbst wenn es, so wie es ist, im Filtermaterial verbleibt. Das Cordierit-Pulver wird eingebracht, weil es dazu dient, den Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der Matrix dicht an den Wärmeausdehnungs-Koeffizienten des gebrannten Tons zu bringen.
Das Cordierit-Pulver, das einen Teilchendurchmesser von weniger als 74 um hat, dient hauptsächlich zur Bildung einer Matrix in dem anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung. Dies ist der Grund für die Beschränkung des "feiner als 74 um".
Da die resultierende Matrix einen relativ großen Anteil der kristallinen Komponente enthält, wird die Festigkeit ohne beträchtliches Erweichen selbst bei einer Temperatur von etwa 1.000ºC beibehalten.
Lithiumoxid enthaltende, natürliche Erze, wie Petalit und Eukryptit, können auch als Pulvermaterial für die Bildung der Matrix benutzt werden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des anderen Keramikfilters der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, einen aus dem Glas kristallisierten Cordieritton einzusetzen, weil es dadurch möglich ist, einen dichten Ton zu erhalten, z. B. einen Ton mit einer scheinbaren Porosität von nicht mehr als 4%, obwohl ein solcher Ton eine mühsame Verfahrensstufe für seine Herstellung benötigen mag. Verglichen mit einem üblichen Cordieritton, erhalten durch Sintern, ist der Wärmeausdehnungs-Koeffizient um etwa 1/2 geringer. Das Filtermaterial hat daher einen kleinen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten, und es ist dadurch möglich, einen Cordierit-Filter für ein Gas zu erhalten, der besonders ausgezeichnet ist in der Beständigkeit gegen thermisches Abspalten. Der Ton ist sehr dicht und macht daher ein Filtermaterial auch ausgezeichnet in der Korrosionsbeständigkeit. Es ist daher möglich, einen Cordierit-Filter für ein Gas herzustellen, der geeignet ist zum Einsatz besonders unter einer strengen Atmosphäre bei hoher Temperatur.
Als das Ausgangsmaterial für den aus dem Glas kristallisierten Cordieritton werden vorzugsweise Magnesiumoxid-Klinker, Bayer-Aluminiumoxid und Kieselsand eingesetzt. Die Herstellung wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass die Schmelze einmal zur Bildung eines Glases abgeschreckt wird, das dann zur Kristallisation einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wie, z. B., in der JP-PS 20269/1982 offenbart.
Als der synthetische Cordieritton kann vorzugsweise ein gesintertes Produkt, hergestellt unter Einsatz von Talk, Ton und Aluminiumhydroxid als dem Ausgangsmaterial, hergestellt werden. Um gröbere Cordierit-Teilchen mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% zu erhalten, ist es wirtschaftlich, das Material in der Stufe der Herstellung des üblichen synthetischen Cordierits genügend zu sintern, und es ist effektiv, ein Ausgangsmaterial einzusetzen, das Zirkon-Pulver enthält, um die Sinterbarkeit zu verbessern.
Ein kommerziell erhältlicher, synthetischer Cordierit hat üblicherweise eine Porosität von mehr als 10% und kann selbst nicht als gemahlener Ton für den Cordieritfilter der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Unter Umständen kann er nochmals zur Verdichtung gesintert werden. Als ein Ergebnis verschiedener Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, dass mit einem eine nicht so große scheinbare Porosität aufweisenden Ton die scheinbare Porosität auf ein Niveau von höchsten 10% geändert werden kann, indem man ihn mit einer kolloidalen Lösung, wie einem Aluminiumoxidsol, einem Siliciumdioxidsol oder einem Titanoxidsol, imprägniert. Kann die Porosität auf ein Niveau von höchstens 10% gebracht werden, dann kann er als Ton für den Cordieritfilter der vorliegenden Erfindung ohne Problem eingesetzt werden, und der dadurch hergestellte Filter hat einen geringen Druckverlust und eine hohe Festigkeit.
Um die kolloidale Lösung genügend zu imprägnieren, wird vorzugsweise ein verringerter Druck benutzt. Es ist weiter bevorzugt, dass der Ton getrocknet wird, und die Imprägnierung zur weiteren Verdichtung wiederholt wird.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung kann der mit der kolloidalen Lösung imprägnierte Ton nach dem Gelieren oder Trocknen als der gebrannte Ton benutzt werden.
Bei einem anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung ist die Bedingung, dass die scheinbare Porosität des gebrannten Tones höchstens 10% beträgt, bei dem gebrannten Ton nach dem Sintern zu erzielen.
In einem Falle, bei dem der Ansatz zu einem rohrförmigen Filter verarbeitet und dann eine solche kolloidale Lösung imprägniert wird, ist es jedoch wahrscheinlich, dass die als Durchgänge für ein Gas im Filter zu benutzenden Poren verstopft und verringert werden, und der Filter einen großen Druckverlust hat, was unerwünscht ist.
Der Grund, warum der Druckverlust durch Einstellen der scheinbaren Porosität des Cordierittons auf ein Niveau von höchstens 10% verringert werden kann, ist angenommenermaßen der Folgende.
Unter der Annahme, dass die Strömung des durch den Keramikfilter hindurchgehenden Gases nach der Gleichung (Kozeny-Carman-Gleichung) abgeschätzt werden kann, die die Strömung eines durch eine gepackte Pulverschicht hindurchgehenden Strömungsmittels repräsentiert, kann der Druckverlust ΔP durch den Filter durch die folgende Gleichung repräsentiert werden, unter der Bedingung, dass das durch den Filter hindurchgehende Gas eine laminare Strömung aufweist (Fine Particle Measurement, Clyde Orr Jr. et al. Kapitel 7, The Macmillan Co., New York, 1959).
Sv² = (gcL/2uuLe)(ΔP/L)[&epsi;²/(1-&epsi;)²]
Hierin ist Sv eine Oberfläche pro Einheitsvolumen des Feststoffes, gc ist eine Schwerkraft- Konstante, L ist die Dicke des Filters, u ist die Viskosität des Gases, u ist die scheinbare Geschwindigkeit des Gases, Le ist die Länge eines kapillaren Mäanders im Filter, e ist die Porosität und, als Annäherung, gibt es eine Beziehung von uc = (u/&epsi;)(Le/L).
Der Druckverlust des durch den Filter hindurchgehenden Gases kann als proportional dem Quadrat der gesamten Oberfläche der Teilchen in einem Einheitsvolumen des Filters angenähert werden. Um den Druckverlust des Filters zu verringern, wird die gesamte Oberfläche der Teilchen im Einheitsvolumen des Filters so weit als möglich minimiert, wodurch der Druckverlust verringert werden kann.
In einem gesinterten Körper, kann die Gasdurchlässigkeit, wenn die scheinbare Porosität höchstens 10% beträgt, so gering sein, dass sie im Wesentlichen vernachlässigt werden kann (Porous Material, zusammengestellt von Ren-ichi Kondo, veröffentlicht durch Gihodo, 1973). Poren im gebrannten Ton mit einer Porosität von höchstens 10% betreffen daher nicht die Gasdurchlässigkeit und sind daher keine Ursache für den Druckverlust.
Der Druckverlust wird in erster Linie durch die Oberflächengröße der Teilchen des gebrannten Tons und der Struktur zwischen den Tonteilchen bestimmt, wobei angenommen wird, dass ein Filter mit einem geringen Druckverlust hergestellt wird.
Um den Druckverlust zu minimieren, während die Gasdurchlässigkeit verbessert wird, ist es wirksam, in das Ausgangsmaterial ein porenbildendes Material einzubringen, das in der Lage ist, beim Verbrennen während des Sinterns Poren zu bilden. Als ein solches porenbildendes Material wird vorzugsweise ein Kokspulver, insbesondere ein Pechkoks-Pulver, eingebracht, da es eine relativ geringe Menge an Verunreinigungen, wie Eisen, enthält, wodurch ein Färben vermieden werden kann, und das leicht erhältlich ist und die richtige Härte hat, um die Formbarkeit nicht zu beeinträchtigen.
Ein organischer Binder wird in das Ausgangsmaterial eingebracht, hauptsächlich um dem ungesinterten Körper Festigkeit zu verleihen, um das Formen des Filters zu erleichtern und dadurch den Bruch des ungesinterten Körpers während seiner Handhabung zu vermeiden. Das Einbringen des organischen Binders dient aber auch zur Erhöhung der Porosität.
Als ein Verfahren zum Formen des Filters kann ein isostatisches Pressen-Formverfahren, ein halbfeuchtes Formen oder ein Strangpress-Formverfahren benutzt werden. Von diesen Verfahren wurde das isostatische Pressformen am Häufigsten als ein für die Herstellung eines hochdichten gesinterten Körpers geeignetes Formverfahren benutzt. Es scheint, dass es keinen Fall gibt, bei dem ein isostatisches Pressformen als ein Verfahren zum Formen poröser Filter benutzt wurde. Es ist jedoch ein Formverfahren, das auch für die Herstellung eines solchen Filters bevorzugt ist, da dadurch die Trockenstufe vermieden werden kann, ein großer Rohrfilter leicht gebildet werden kann und die Produktivität gut ist.
Ein mittels einer isostatischen Presse geformter rohrförmiger Keramikfilter hat eine relativ glatte innere Oberfläche, da ein Metallkern mit einer glatten Oberfläche üblicherweise für das Formen benutzt wird, und wenn er als eine Filtergrundlage benutzt wird, dann ist es geeignet, eine Filterschicht dünn in die innere Oberfläche zu reiben.
Das Sintern wird in vielen Fällen durch einen Tunnelofen ausgeführt. Ein Schüttelofen oder ein elektrischer Ofen kann jedoch auch benutzt werden. Der Temperaturbereich zum Sintern liegt vorzugsweise von 1.310 bis 1.380ºC.
Ist die Sintertemperatur geringer als 1.310ºC, dann ist das Sintern unangemessen und die Festigkeit ist zu gering. Übersteigt andererseits die Sintertemperatur 1.380ºC, dann gibt es solche Nachteile, wie eine Verformung des Filters während des Sinterns durch das Gewicht des Filters selbst, und bei überschüssigem Sintern wird die Porosität gering, was unerwünscht ist.
Die scheinbare Porosität ist als mindestens 35% festgelegt, weil dies bevorzugt ist, um eine praktisch brauchbare Gasdurchlässigkeit für einen Filter zu erhalten. Die Biegefestigkeit bei 800ºC von mindestens 75 kg/cm² ist ein großer Wert, der durch konventionelle keramische Cordieritfilter mit einer scheinbaren Dichte von mindestens 35% nicht erreicht wurde.
Wurde jedoch der so erhaltene keramische Cordieritfilter hoher Festigkeit tatsächlich bei einer hohen Temperatur benutzt, und dann die Biegefestigkeit bei Raumtemperatur bestimmt, stellte man fest, dass die Festigkeit abgenommen hatte.
Der Grund dafür ist nicht klar verstanden. Bei abnehmender Festigkeit wurde jedoch die Anwesenheit von Kristallen von β-Spodumen in der Matrix durch Röntgenstrahl-Beugung festgestellt.
Es wurde in Betracht gezogen, dass die Abnahme der Festigkeit der Änderung der Struktur der Matrix zuzuschreiben ist. Die Zugabe der ZrO&sub2;- und/oder TiO&sub2;-Komponente zu dieser Matrix soll die Kristallisation von Glas in der Matrix durch Zugabe einer solchen Komponente fördern, so dass das in der Matrix vorhandene Glas vollständig während des Abkühlens nach dem Sintern auskristallisiert, um einen stabilisierten Zustand zu erhalten.
Durch die Zugabe einer solchen Komponente nach dem Sintern wird die Anwesenheit von β- Spodumen-Kristallen in der Matrix des Filters durch Röntgenstrahl-Beugung sicher bestätigt. Obwohl die anfängliche Festigkeit etwas verringert wird, verglichen mit dem Fall, bei dem eine solche Komponente nicht hinzugegeben wurde, gibt es keine Tendenz zur Abnahme der Festigkeit während des Gebrauchs, was in einem Falle beobachtet wurde, bei dem eine solche Komponente nicht hinzugegeben wurde. Ein keramischer Cordieritfilter mit stabilisierter Festigkeit, der wiederholt mit großer Zuverlässigkeit benutzt werden kann, wird daher erhalten.
Die hinzugegebene Menge von ZrO&sub2; und/oder TiO&sub2; liegt üblicherweise von 0,5 bis 12 Gew.- %, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, als Gesamtmenge im Filtermaterial. Ist die Gesamtmenge geringer als 0,5 Gew.-%, dann erhält man keine angemessenen Wirkungen zur Stabilisierung der Festigkeit. Übersteigt andererseits die Gesamtmenge 12 Gew.-%, dann ist der Wärmeausdehnungs- Koeffizient des Filters groß, wodurch die Beständigkeit gegen thermisches Abspalten beeinträchtigt wird, was unerwünscht ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch solche spezifischen Beispiele beschränkt ist.
Im Folgenden werden Beispiele für einen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Als Cordieritton wurden sieben Arten von Materialien, d. h., a, b, c, d, g, f und g, hergestellt.
a. Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Kieselsand wurden zur Bildung einer Cordierit-Zusammensetzung von 2MgO · Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2; vermischt. Die Mischung wurde unter Verwendung von Kohlenstoff-Elektroden elektrisch geschmolzen und die Schmelze in Wasser gegossen und abgeschreckt, um ein Glas mit der Cordierit-Zusammensetzung zu erhalten. Das Glas wurde herausgenommen und zerkleinert, um Glasteilchen mit einem Teilchen-Durchmesser von 1 bis 10 mm zu erhalten.
Die Teilchen wurden in einen Tunnelofen eingeführt und 10 Stunden zur Kristallisation bei etwa 1.380ºC wärmebehandelt.
Das Produkt wurde zerkleinert und durch Sieben klassiert, um Teilchen mit einer Größe von 74 bis 590 um zu erhalten.
Der mittlere Teilchendurchmesser dieses zerkleinerten Tons betrug 270 um, und seine scheinbare Porosität war 3%.
b. Feine Pulver von Talk, Ton, Aluminiumhydroxid und Zirkon wurden zur Bildung einer Cordierit-Zusammensetzung vermischt; umfassend eine chemische Komponente von 2MgO · 2Al&sub2;O&sub2; · 5SiO&sub2; als der Hauptkomponente, und 3 Gew.-% ZrO&sub2; enthaltend. Zu 100 Gewichtsteilen des vermischten Rohmaterials wurden 2 Gewichtsteile Methylcellulose und eine geeignete Menge Wasser hinzugegeben und die Mischung geknetet und zu einem Stab mit einem Außendurchmesser von etwa 30 mm extrudiert.
Der Stab wurde getrocknet und dann auf einen Wagen gelegt und in einen Tunnelofen eingeführt und 10 Stunden bei einer Maximaltemperatur von 1.360ºC gehalten, um einen synthetischen Cordierit zu erhalten.
Das Produkt wurde zerkleinert und durch Sieben klassiert, um Teilchen mit einer Größe von 74 bis 590 um zu erhalten.
Der mittlere Teilchendurchmesser dieses zerkleinerten Tons betrug 265 um, und seine scheinbare Porosität war 7%.
c. Feine Pulver von Talk, Ton und Aluminiumhydroxid wurden zur Bildung einer Cordierit- Zusammensetzung von 2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2; vermischt. Zu 100 Gewichtsteilen des vermischten Rohmaterials wurden 2 Gewichtsteile Methylcellulose und eine geeignete Menge Wasser hinzugegeben und die Mischung geknetet und zu einem Stab mit einem Außendurchmesser von etwa 30 mm extrudiert.
Der Stab wurde getrocknet und dann auf einen Wagen gelegt und in einen Tunnelofen eingeführt und 10 Stunden bei einer Maximaltemperatur von 1.360ºC gehalten, um einen synthetischen Cordierit zu erhalten.
Das Produkt wurde zerkleinert und durch Sieben klassiert, um Teilchen mit einer Größe von 74 bis 590 um zu erhalten.
Der mittlere Teilchendurchmesser dieses zerkleinerten Tons betrug 250 um, und seine scheinbare Porosität war 12%.
d. Ein kommerzieller synthetischer Cordieritton wurde zerkleinert und durch Sieben klassiert, um einen zerkleinerten Ton mit einer Teilchengröße von 74 bis 590 um zu erhalten.
Der zerkleinerte Ton hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von 230 um und eine scheinbare Porosität von 30%.
e. Ein Aluminiumoxidsol wurde in den in c erhaltenen Cordieritton imprägniert und unter verringertem Druck getrocknet. Die gleiche Operation wurde noch einmal wiederholt. Nach dem Erhitzen dieses zerkleinerten Tons bei 1.000ºC betrug die scheinbare Porosität 8%.
f und g. Ein Siliciumdioxidsol und ein Titanoxidsol wurden wiederholt in den in ~ erhaltenen Cordieritton imprägniert, gefolgt vom Trocknen.
Nach dem Erhitzen dieser zerkleinerten Tone bei 1.000ºC betrugen die scheinbaren Porositäten 7% bzw. 8%.
Ein Pulver aus β-Spodumen wurde in der folgenden Weise hergestellt. Pulver von Pyrophyllit und Lithiumcarbonat wurden in den Anteilen von 85 Gew.-% bzw. 15 Gew.-% vermischt und die Mischung weiter gemischt und in einem Nass-System gemahlen. Der so erhaltene Filterpress-Ku chen wurde getrocknet und dann in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 1.150ºC gesintert, um β-Spodumen zu erhalten. Dieses wurde fein pulverisiert und mit einem Sieb von 325 Maschen gesiebt. Unter Einsatz von sieben Arten von Cordierittonen a bis g wurden rohrförmige Cordieritfilter für ein Gas unter den in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Bedingungen hergestellt.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele in Tabelle 1 sind auf die Untersuchung der Wirkungen der Porosität des Tons und des Mischungsverhältnisses des Tons für die Filter-Eigenschaften gerichtet.
In diesen Beispielen wurde eine Mischung, umfassend 10 Gew.-% Ton, von 10 bis 25 Gew.-% feines Cordieritpulver des gleichen Materials wie bei dem Ton und 5 Gew.-% eines feinen β-Spodumen-Pulvers für die Matrix benutzt. Zu 100 Gewichtsteilen dieser Mischung gab man 25 Gewichtsteile eines Kokspulvers mit einem Teilchendurchmesser von 20 bis 100 um, als einem porenbildenden Material, und 7 Gewichtsteile einer 40 gewichtsprozentigen wässerigen Lösung eines Phenolharzes, als einen organischen Binder, hinzu. Die Mischung wurde vermengt, bei 110ºC getrocknet und dann zerkleinert, um ein Granulat mit einem Teilchendurchmesser von höchsten 3 mm zu erhalten.
Dieses Material wurde in eine Form gefüllt, die durch eine Säulenkern-Form aus Stahl und eine äußere zylindrische Kautschukform gebildet wurde, und mittels einer isostatischen Presse unter einem Druck von 1.000 kg/cm² geformt, um ein Rohr mit einem Außendurchmesser von etwa 170 mm, einem Innendurchmesser von etwa 140 mm und einer Länge von etwa 850 mm zu erhalten.
Dieser rohrförmige Formkörper wurde in einem elektrischen Ofen bei einer Maximaltemperatur von 1.320ºC 5 Stunden lang gesintert, um einen rohrförmigen Keramikfilter zu erhalten.
Wurde das Sintern in einem Tunnelofen ausgeführt, dann erhielt man einen Filter mit im Wesentlichen dem gleichen Sinterzustand, wie er in dem Falle erhalten wurde, bei dem das Sintern bei einer Temperatur von etwa 1.350ºC ausgeführt wurde.
Die an den entsprechenden Rohrfiltern festgestellten Eigenschaften sind in Tabelle 1 gezeigt.
In anderen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden Rohrfilter unter den gleichen Bedingungen mit der Ausnahme hergestellt, dass die Bedingungen die in Tabelle 1 angegebenen waren, und deren Eigenschaften sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Die scheinbare Porosität ist der Wert, der nach einem Wasser-Eintauchverfahren gemessen wurde, und die mittlere Porengröße ist der Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter an würfelförmigen Testproben von 1 cm³ gemessen wurde.
Die Biegefestigkeit wurde mit einem Dreipunkt-Biegetest mit einem Spann von 70 mm an einem Teststück von 14 · 20 · 100 mm gemessen.
Die Säure-Korrosionsbeständigkeit wurde in einer solchen Weise gemessen, dass das Teststück in eine wässerige 1 N H&sub2;SO&sub4;-Lösung 72 Stunden bei Raumtemperatur eingetaucht wurde, woraufhin die Änderung der Biegefestigkeit untersucht wurde.
Die Filtereigenschaft wurde in einer solchen Weise bestimmt, dass ein Rohrfilter mit einer Länge von 400 mm auf einer Filtrations-Testvorrichtung montiert wurde, die mit einem Umkehr- Reinigungssystem ausgerüstet war, ein Staub von Eisen(III)oxid-Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 50 um wurde in Luft in einer Konzentration von 40 g/Nm³ zur Bildung eines staubhaltigen Gases bei einer Temperatur von 300ºC dispergiert, und der Filtrations-Test 100 Stunden jeweils bei einer Filtrations-Geschwindigkeit des Gases von 5 cm/s ausgeführt.
Der Grund für den Einsatz des Eisen(II)oxid-Pulvers ist der, dass dieses Pulver eine Farbe hat und leicht beobachtet werden kann, wenn es in den Keramikfilter eindringt.
Die Teilchengrößen-Verteilung des Eisen(III)oxid-Pulvers war derart, dass weniger als 1 um 1 Gew.-% ausmachte, von 1 bis 10 um 7 Gew.-% waren, von 10 bis 40 um 35 Gew.-% waren, von 40 bis 100 um 46 Gew.-% und von 100 bis 800 um 11 Gew.-% waren.
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Wirkungen der Änderung der Zusammensetzung der Matrix auf die Eigenschaften des Filtermaterials und die Filter-Eigenschaften. Von den für die Herstellung der Filter benutzten Bedingungen sind die nicht in der Tabelle gezeigten die gleichen wie die oben erwähnten.
Bentonit enthält eine Alkali-Komponente und verglast beim Sintern leicht zur Bildung einer Glasmatrix, wodurch ein Filter mit einer hohen Festigkeit bei Raumtemperatur erhalten wird. In Tabelle 2 ist die Menge von ZrO&sub2; und/oder TiO&sub2; in Gewichtsteilen als das Verhältnis mit Bezug auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Ton- und Matrix-Komponente angegeben.
Als ein Verfahren zum Untersuchen der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Abnahme der Festigkeit während des Einsatzes wurde ein Teststück für die Biegefestigkeit aus dem Keramikfilter herausgeschnitten und 24 Stunden bei 900ºC in einem elektrischen Ofen belassen und dann dessen Biegefestigkeit bei Raumtemperatur gemessen.
Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass Keramikfilter unter Zugabe von Zirkoniumoxid und/oder Titanoxid zu der Matrix eine geringe Abnahme der ursprünglichen Festigkeit, aber keine Abnahme der Festigkeit nach der Wärmebehandlung zeigen.
Wurde der Keramikfilter der vorliegenden Erfindung richtig mit einer Kombination des richtigen Tonmaterials, Matrixmaterials, Filterschicht-Materials und anorganischen Binders hergestellt, dann ist es möglich, einen Filter zu erhalten, der für die Filtration eines staubhaltigen Gases korrosiver Natur und einer hohen Temperatur stabil für eine lange Zeitdauer benutzt werden kann.
Durch einen anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung und das Verfahren für seine Herstellung wurde ein Keramikfilter, der besonders geeignet ist für die Filtration eines Hochtemperatur-Gases, der eine ausgezeichnete thermische Abspaltbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und einen geringen Druckverlust und eine hohe Festigkeit, selbst bei einer hohen Temperatur von 800ºC, aufweist sowie ein Verfahren für seine Herstellung gezeigt.
Bei dem genannten anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung wurde ein zerkleinerter Ton mit einer geringen scheinbaren Porosität von höchstens 10%, insbesondere ein Cordieritton mit einer sehr geringen scheinbaren Porosität, kristallisiert aus einem Glas, eingesetzt und mit einer Lithiumoxid enthaltenden Matrix kombiniert, wodurch ein Filter für ein Gas mit einem geringen Druckverlust, hoher Festigkeit selbst bei einer großen Porosität und Aufrechterhalten dieser Festigkeit selbst bei hoher Temperatur und gleichzeitig mit ausgezeichneter Korrosions beständigkeit, insbesondere ausgezeichneter Säure-Korrosionsbeständigkeit, erhältlich wurde. Da der Druckverlust des Filters gering ist, kann die Behandlungs-Kapazität des staubhaltigen Gases erhöht werden, selbst wenn die gleiche Filtrations-Vorrichtung benutzt wird. Da die Filterfestigkeit angemessen ist, wird der Bruch des Filters während der Installation und der Wartung der Filtrations-Vorrichtung beträchtlich verringert und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung merklich verbessert.
Ein Siliciumcarbid-Filter, der derzeit als vielversprechend angesehen wird, hatte das Problem, dass er empfindlich ist gegen Oxidation durch in einem Verbrennungsgas enthaltenen Dampf, wodurch Poren verstopft werden oder der Druckverlust groß wird. Ein anderer Keramikfilter gemäß der vorliegenden Erfindung hat ausgezeichnete Haltbarkeit in einer sauren korrosiven Gasatmosphäre, enthaltend Dampf, NOx und SOx, wie einem Verbrennungsgas von Kohle, und ist somit brauchbar für die Filtration eines Verbrennungsgases aus einem Fließbett-Verbrennungsboiler oder einem unter Druck betriebenen Fließbett-Verbrennungsboiler, in dem Kohle zur Energieerzeugung verbrannt wird, oder zur Filtration eines durch einen Kohlevergasungs-Ofen erzeugten synthetischen Gases.
Mit einem anderen Keramikfilter der vorliegenden Erfindung gab es die Tendenz, dass die Festigkeit während des Einsatzes bei einer hohen Temperatur abnimmt. Durch Zugabe von TiO&sub2; und ZrO&sub2; zu der Matrix, so dass eine instabile Glasphase in der Matrix durch Sintern in Kristalle umgewandelt wird, wurde er zu einem zuverlässigen Filter verbessert, der keine Tendenz zur Abnahme der Festigkeit aufweist.
Dieser andere Keramikfilter der vorliegenden Erfindung ist in weitem Rahmen brauchbar zur Entfernung eines Staubes aus verschiedenen, eine hohe Temperatur aufweisenden, staubhaltigen Gasen, die in der Industrie bei hohen Temperaturen anfallen, und er ermöglicht die Gewinnung und wirksame Verwendung von Wärmeenergie, die schwierig zu gewinnen war und deshalb ungenutzt blieb, da sie einen Staub enthielt. Weiter ist bei den filtrierten Hochtemperatur-Gasen die Entfernung von NOx oder SOx erleichtert, und der Staub wird in einem trockenen Zustand gewonnen, was die wirksame Nutzung des Staubes erleichtert.
Durch Montieren des Keramikfilters der vorliegenden Erfindung für ein Gas auf einer Filtrations-Vorrichtung ist es möglich, eine Filtrations-Vorrichtung zu erhalten, die eine relativ geringe Größe und doch eine große Kapazität hat, und die einen weiten Bereich der Anwendungen aufweist. So dehnt sich das Anwendungsgebiet der Filtrations-Vorrichtung, z. B., auf die Filtration eines Gases aus einem Kohle-Vergasungsprozess und die Filtration eines Verbrennungsgases unter Druck aus einem unter Druck stehenden Fließbett-Verbrennungsboiler für die Energieerzeugung aus, in dem Kohle verbrannt wird. Die vorliegende Erfindung eröffnet einen Weg für die effiziente Nutzung von Kohleenergie ohne Verunreinigung und daher ist ihr Wert für die industrielle Anwendung bedeutend. Tabelle 1
*1: Gesiebt, um Teilchen von 74 bis 590 um (200 bis 28 Maschen) zu erhalten
*2: Durchgang durch 200 Maschen, gleiches Material wie der Ton
*3: Durchgang durch 325 Maschen Tabelle 2
*1: Gesiebt, um Teilchen von 74 bis 590 um (200 bis 28 Maschen) zu erhalten. *2: Durchgang durch 200 Maschen. *3: Durchgang durch 325 Maschen.
*4: Es wurden nach dem Sintern kleine Risse beobachtet. *5: Beträchtliche Verformung während des Sinterns.

Claims

1. Keramikfilter für ein staubhaltiges Gas, umfassend mindestens 50 Gew.-% eines Cordierittons mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% und einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um und eine Matrix, wobei die Matrix Siliciumdioxid (SiO&sub2;) und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) als die Hauptkomponenten umfasst und 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters, an Lithiumoxid (Li&sub2;O) enthält.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, worin die Matrix Magnesiumoxid (MgO) enthält.

3. Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2, worin der Cordieritton ein aus einem Glas mit etwa der Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;) kristallisierter Cordieritton ist.

4. Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2, worin der Cordieritton der ist, der erhalten ist durch Imprägnieren von Aluminiumoxidsol, Siliciumdioxidsol, Titandioxidsol, Zirkoniumdioxidsol oder einer Mischung von mindestens zwei Arten dieser Sole in einen Cordieritton, und der nach dem Sintern des Tons eine scheinbare Porosität von höchstens 10% hat.

5. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Filtermaterial eine scheinbare Porosität von mindestens 35% und eine Biegefestigkeit von mindestens 75 kg/cm² bei 800ºC hat.

6. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Matrix von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters, an TiO&sub2; und/oder ZrO&sub2; enthält.

7. Keramikfilter nach Anspruch 1 für ein staubhaltiges Gas, der mindestens 50 Gew.-% eines aus einem Glas mit etwa der Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;) kristallisierten Cordieritton mit einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um umfasst, und das Filtermaterial eine scheinbare Porosität von mindestens 35% und eine Biegefestigkeit bei 800ºC von mindestens 75 kg/cm² aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters für ein staubhaltiges Gas, umfassend das Vermischen von mindestens 50 Gew.-% eines Cordierittons mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% und einem Teilchendurchmesser von mindestens 74 um und eines Pulvermaterials zur Bildung einer Matrix, erhalten durch Vermischen eines Pulvers, enthaltend Lithiumoxid, Ton und eines Cordierit-Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als 74 um, so dass Lithiumoxid von 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Filters, ausmacht, Hinzugeben eines organischen Binders zu der Mischung, gefolgt vom Formen und Sintern.

9. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters nach Anspruch 8, worin der Cordieritton mit einer scheinbaren Porosität von höchstens 10% hergestellt wird durch Vermischen von Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Kieselsand zur Bildung etwa einer Cordierit-Zusammensetzung (2MgO · 2Al&sub2;O&sub3; · 5SiO&sub2;), Schmelzen der Mischung und Abkühlen derselben, um ein Glas zu erhalten, gefolgt von einer Wärmebehandlung, um das Glas zu kristallisieren.

10. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters nach Anspruch 8 oder 9, bei dem ein β-Spodumen-Pulver zu dem Pulvermaterial zur Bildung der Matrix hinzugegeben wird, so dass der Gehalt an Lithiumoxid im Filter von 0,2 bis 0,6 Gew.-% beträgt.

11. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters nach Anspruch 8, 9 oder 10, worin ein Kokspulver zu dem Ausgangsmaterial als ein porenbildendes Material hinzugegeben wird, das beim Verbrennen Poren bildet.

12. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters nach Anspruch 8, worin das Formen mittels einer isostatischen Presse unter Benutzung einer säulenförmigen Metallkern-Form und einer äußeren zylindrischen Kautschukform und das Sintern bei einer Temperatur von 1.310 bis 1.380ºC ausgeführt wird.