高溫陶瓷纖維膜微濾管的製作方法
2023-10-04 04:08:29 1
本發明專利涉及一種用於各類高溫煙氣的除塵和淨化，屬於環保和新材料領域的高溫陶瓷纖維膜微濾管。
背景技術：
眾所周知，高溫煙氣處理傳統方法有布袋、靜電、水膜和旋風除塵方法，傳統方法中水膜除塵對粉塵顆粒大於100μm除塵效果較差，且用水量較大，易造成二次汙染，除塵效率低，使用壽命短；靜電除塵器佔地面積大，運行電耗高，配件損耗較大；布袋除塵器的布袋易板結或燒壞，須經常更換，造成運行成本較高，使用壽命短；旋風除塵器對粉塵顆粒小於50μm除塵效果不明顯，除塵效率低，使用壽命短。
高溫陶瓷膜微濾管過濾技術是環保除塵領域的一項新技術。與常規的布袋、靜電、水膜和旋風除塵技術相比，膜分離技術是一種新型高效、精密分離技術，它是材料科學與介質分離技術交叉結合形成的一門技術，具有高效分離、設備簡單、節能、無汙染等優點，陶瓷纖維膜分離技術代表著未來高溫煙氣治理發展的方向，被稱為21世紀的煙氣淨化新技術。
該陶瓷膜微濾管過濾技術更適合去除高溫（500℃以上）、小顆粒和腐蝕性工業氣體中的粉塵，可廣泛應用於冶鍊冶金行業煙氣、煤氣化工藝、電力鍋爐煙塵的處理、催化流化床工藝、脫氫反應、加氫反應、催化重整反應、精細化工、納米材料等高溫和腐蝕性除塵領域。
高溫陶瓷膜微濾管主要採用多晶莫來石、氧化鋁、氧化鋯、鋯矽酸鋁陶瓷纖維、堇青石、造孔劑、無極粘結劑等材料在高溫下燒制而成。
但現有高溫陶瓷膜微濾管在實際使用中還存在以下不足：一是膜層結構不大穩定，耐高溫裂變穩定性不高，使用壽命還不長；二是膜層微孔分散不是很均勻，比表面積還不夠大，孔隙度不夠高，除塵效果還不是很理想。
技術實現要素：
針對上述高溫陶瓷膜微濾管在處理高溫煙氣中所存在的問題，本發明提供了一種機械強度好，耐高溫裂變穩定性高，使用壽命長，且比表面積大，孔隙率高，除塵效果更理想的高溫陶瓷纖維膜濾管。
本發明要解決的技術問題所採用的技術方案是：所述高溫陶瓷纖維膜濾管包括支撐管體和塗覆在支撐管體表面上的纖維膜層，所述高溫陶瓷纖維膜濾管按下述方法步驟製備而成：
a、主料破碎：將莫來石、氧化鋁、鈦碳化鋁、氧化鋯、鉀長石和核桃殼粉分別用破碎機或打粉機破碎至粒徑為1mm以下；然後分別用球磨機研磨，分別過40～100目篩備用，
b、主料配比：將40～50wt%莫來石、20～30wt%氧化鋁、5～10wt%的鈦碳化鋁、3～5wt%的氧化鋯、10～15wt%的鉀長石和5～10wt%的核桃殼粉在捏合機中混合，得到混合料，再在混合料中加入混合料質量15～20%的羧甲基纖維素和加入混合料質量2～5%的植物油，混合20～30分鐘，再用鋼製容器陳腐，得到制胚料；
c、胚體擠出與乾燥：將陳腐好的制胚料通過成型機擠出，切割得到微濾管胚體，將擠出的微濾管胚體放在管胚架上定型，然後進入溫度40～70℃、溼度25～40%的恆溫烘房中乾燥，得到乾燥管胚體待用，
d、胚體燒制：將乾燥好的管胚體放入梭式窯內，經1350℃下保溫燒成，冷卻後得到支撐管體待用，
e、輔料選擇：將直徑3～5μm的鋯矽酸鋁陶瓷纖維剪切在20mm以下，用球磨機研磨，得到長度在20μm以下的鋯矽酸鋁陶瓷纖維備用；將莫來石、氧化鎂、鈦酸鋁和長石用球磨機分別研磨，過200目篩備用，
f、輔料混合：將40～50wt%的鋯矽酸鋁陶瓷纖維、20～30wt%的鈦酸鋁、10～20wt%莫來石、3～5wt%的氧化鎂、2～5wt%的氧化鈰和7～10wt%的長石在捏合機混合均勻，得到混合料，再在混合料中加入水溶性粘結劑、水和流便劑，水溶性粘結劑的加入量為混合料質量的15～20%，水的加入量為混合料質量的20～30%，流便劑加入量為混合料質量的3～5%，進入球磨機研磨，得到陶瓷纖維膜的膜料，所述水溶性粘結劑為羧甲基纖維素；所述流便劑為鋰雲母，
g、鍍膜：將製備好的膜料放入成型槽中，把表面處理好的支撐管體浸入膜料漿槽，介入真空系統，利用真空泵形成的負壓使膜漿料吸附在支撐管體外表面，形成厚薄均勻的陶瓷纖維濾膜，
h、乾燥與燒制：將浸鍍好膜料的支撐管體送入恆溫、恆溼的無塵車間自然乾燥，將乾燥後的支撐管體放入梭式窯內，經1380℃保溫燒成，冷卻後得到陶瓷纖維膜微濾管。
本發明的工作原理：
高溫陶瓷纖維膜微濾管除塵原理是利用微濾管的微孔，阻擋工業氣體中的粉塵，使之聚集在微濾管外壁，而潔淨的工業氣體順利穿過微濾管過濾直接外排或送去在利用；聚集在微濾管外壁的粉塵達到一定程度要通過高壓氣體脈衝反吹，使粉塵脫離微濾管外壁，從而使微濾管又具備過濾粉塵的功能。具有膜體強度高、耐腐蝕性強、過濾精度高、抗粘結能力強、再生能力強、使用壽命長等優點。
本發明所述高溫陶瓷纖維膜微濾管機械強度和耐熱變性高，膜層微孔分布性好，比表面積大，孔洞連通性好，過濾精度達到0.1μm，使用壽命提高30%以上，除塵效率達到99.99%，過濾後的粉塵濃度小於10mg/nm3，遠優於40mg/nm3的國家標準，同時也可解決了pm2.5中脫砷、脫汞、脫鎘等技術難題。
本發明一是以莫來石、氧化鋁、鈦碳化鋁、氧化鋯為主原料作為複合骨料來製取支撐管體，其中氧化鋯熔點高、耐蝕性強；鈦碳化鋁粉末強度和彈性模量高，導熱性好；莫來石是一種優質的耐火材料，它具有膨脹均勻、熱震穩定性極好、荷重軟化點高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學腐蝕性好等特點；這種複合骨料可降低燒制溫度，拓寬相變溫度區域，避免晶粒析出，有利於晶鬚生成和生長，不僅可提高支撐管體耐溫、耐腐蝕性、降低膨脹蠕變性，而且具有強度高、剛性好等綜合性能的特點。二是以鋯矽酸鋁陶瓷纖維、鈦酸鋁、莫來石和氧化鎂作為製取膜液的主要原料，其中鋯矽酸鋁陶瓷纖維具有優良的化學穩定性、熱穩定性、吸音降噪性能以及高的抗拉強度，低熱導率，低熱容量特點；加入鈦酸鋁並加入氧化鈰和氧化鎂對鈦酸鋁進行改性，使鈦酸鋁在具有更高機械強度的同時、具有低的膨脹和高的熱穩定性，三者有機的統一，且還有利於氧化鎂與氧化鋁的固溶體的形成，使氧化鎂與氧化鈦形成大量的微晶固溶體，同時加入莫來石能使鈦酸鋁晶粒畸形變小，有利於膜層燒制後一方面能與支撐管體有機牢固地結合成整體，另一方面可使膜層內部形成大量的、連通性好的網狀微小孔洞，從而提高膜層的比表面積和吸附能力，使高溫煙氣通過膜層時，將煙氣中顆粒徑在50μm以下的粉塵吸附，從而可提高高溫煙氣除塵效果並有利於反衝洗，延長微濾管的使用壽命。
具體實施方式
實施例1，所述高溫陶瓷纖維膜濾管包括支撐管體和塗覆在支撐管體表面上的纖維膜層，所述高溫陶瓷纖維膜濾管按下述方法步驟製備而成：
a、主料破碎：將多晶莫來石（優選）、α氧化鋁（優選）、鈦碳化鋁、γ氧化鋯（優選）、鉀長石和核桃殼粉分別用破碎機或打粉機破碎至粒徑為1mm以下；然後分別用球磨機研磨4h，分別過40～100目篩備用，
b、主料配比：將45wt%多晶莫來石、25wt%α氧化鋁、7wt%的鈦碳化鋁、4wt%的γ氧化鋯、13wt%的鉀長石和6wt%的核桃殼粉在捏合機中混合，得到混合料，再在混合料中加入混合料質量18%的羧甲基纖維素和加入混合料質量3%的植物油，混合30分鐘，再用鋼製容器陳腐24h，得到陳腐好的制胚料；
c、胚體擠出與乾燥：將陳腐好的制胚料通過成型機擠出，切割得到長度為2000mm，外徑為60mm,內徑為40mm的微濾管胚體，將擠出的微濾管胚體放在管胚架上定型60分鐘，然後進入溫度50℃、溼度30%的恆溫烘房中乾燥24h，得到乾燥管胚體待用，
d、胚體燒制：將乾燥好的管胚體放入梭式窯內，經1350℃下保溫24小時燒成，冷卻後得到支撐管體待用，
e、輔料選擇：將直徑3～5μm的鋯矽酸鋁陶瓷纖維剪切在20mm以下，用球磨機研磨，得到長度在20μm以內的鋯矽酸鋁陶瓷纖維備用；將莫來石、氧化鎂、鈦酸鋁和長石用球磨機分別研磨，過200目篩備用，
f、輔料混合：將45wt%的鋯矽酸鋁陶瓷纖維、25wt%的鈦酸鋁、15wt%莫來石、4wt%的氧化鎂、3wt%的氧化鈰和8wt%的長石在捏合機混合均勻，得到混合料，再在混合料中加入水溶性粘結劑、水和流便劑，水溶性粘結劑的加入量為混合料質量的15%，水的加入量為混合料質量的25%，流便劑的加入量為混合料質量的3%，進入球磨機研磨，得到陶瓷纖維膜的膜料，所述水溶性粘結劑為羧甲基纖維素；所述流便劑為鋰雲母，
g、鍍膜：將製備好的膜料放入成型槽中，把表面處理好的支撐管體浸入膜料漿槽，介入真空系統，利用真空泵形成的負壓使膜漿料吸附在支撐管體外表面，形成厚薄均勻的陶瓷纖維濾膜，
h、乾燥與燒制：將浸鍍好膜料的支撐管體送入恆溫、恆溼的無塵車間自然乾燥，將乾燥後的支撐管體放入梭式窯內，經1380℃保溫燒成，冷卻後得到陶瓷纖維膜微濾管。
實施例1所製得的陶瓷纖維膜微濾管經抽樣檢測和試用，各項技術指標為：
抗壓強度：25～28mpa耐酸鹼腐蝕性：≥99.5%
熱穩定性：在-20-500℃急冷急熱十次，試樣重量損失率為99.98%，
膜層比表面積：450-520cm2/g，除塵效率：99.99%，
膜層孔隙率：≥70%，過濾精度：達到0.1μm（最小顆粒徑）。
實施例2，所述高溫陶瓷纖維膜濾管包括支撐管體和塗覆在支撐管體表面上的纖維膜層，所述高溫陶瓷纖維膜濾管按下述方法步驟製備而成：
a、主料破碎：將多晶莫來石（優選）、α氧化鋁（優選）、鈦碳化鋁、γ氧化鋯（優選）、鉀長石和核桃殼粉分別用破碎機或打粉機破碎至粒徑為1mm以下；然後分別用球磨機研磨4h，分別過40～100目篩備用，
b、主料配比：將50wt%多晶莫來石、20wt%α氧化鋁、3wt%的γ氧化鋯、10wt%的鈦碳化鋁、10wt%的鉀長石和7wt%的核桃殼粉在捏合機中混合，得到混合料，再在混合料中加入混合料質量15%的羧甲基纖維素和加入混合料質量5%的植物油，混合30分鐘，再用鋼製容器陳腐24h，得到陳腐好的制胚料；
c、胚體擠出與乾燥：將陳腐好的制胚料通過成型機擠出，切割得到長度為2000mm，外徑為60mm,內徑為40mm的微濾管胚體，將擠出的微濾管胚體放在管胚架上定型60分鐘，然後進入溫度50℃、溼度30%的恆溫烘房中乾燥24h，得到乾燥管胚體待用，
d、胚體燒制：將乾燥好的管胚體放入梭式窯內，經1350℃下保溫24小時燒成，冷卻後得到支撐管體待用，
e、輔料選擇：將直徑3～5μm的鋯矽酸鋁陶瓷纖維剪切在20mm以下，用球磨機研磨，得到長度在20μm以內的鋯矽酸鋁陶瓷纖維備用；將莫來石、氧化鎂、鈦酸鋁和長石用球磨機分別研磨，過200目篩備用，
f、輔料混合：將48wt%的鋯矽酸鋁陶瓷纖維、20wt%的鈦酸鋁、18wt%莫來石、3wt%的氧化鎂、4wt%的氧化鈰和7wt%的長石在捏合機轉給你混合均勻，得到混合料，再在混合料中再加入水溶性粘結劑、水和流便劑，水溶性粘結劑的加入量為混合料質量的17%，水的加入量為混合料質量的22%，流便劑的加入量為混合料質量的5%，進入球磨機研磨，得到陶瓷纖維膜的膜料，所述水溶性粘結劑為羧甲基纖維素；所述流便劑為鋰雲母，
g、鍍膜：將製備好的膜料放入成型槽中，把表面處理好的支撐管體浸入膜料漿槽，介入真空系統，利用真空泵形成的負壓使膜漿料吸附在支撐管體外表面，形成厚薄均勻的陶瓷纖維濾膜，
h、乾燥與燒制：將浸鍍好膜料的支撐管體送入恆溫、恆溼的無塵車間自然乾燥，將乾燥後的支撐管體放入梭式窯內，經1380℃保溫燒成，冷卻後得到陶瓷纖維膜微濾管。
實施例2所製得的陶瓷纖維膜微濾管經抽樣檢測和試用，各項技術指標為：
抗壓強度：26～29mpa耐酸鹼腐蝕性：≥99.5%
熱穩定性：在-20-500℃急冷急熱十次，試樣重量損失率為99.95%，
膜層比表面積：440-509cm2/g，除塵效率：99.99%，
膜層孔隙率：≥70%，過濾精度：達到0.1μm（最小顆粒徑）。