一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，該方法是將以煅燒鋁礬土和高塑性粘土為主要原料的陶瓷泥料與植物造孔材料充分混合后，經(jīng)真空擠制為陶瓷膜支撐體坯體，干燥后在輥道窯中快速燒成。該陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度是由高度致密化的以剛玉顆粒和原位生成的莫來(lái)石晶須為增強(qiáng)相的復(fù)相陶瓷材料提供，而孔徑和孔隙率則由具有纖維狀或片狀結(jié)構(gòu)的在高溫下完全燒失的植物造孔材料進(jìn)行調(diào)控，因此具有較好的孔連通特性，從而獲得高強(qiáng)度和高連通孔結(jié)構(gòu)的陶瓷膜支撐體。該陶瓷膜支撐體還具有原料來(lái)源廣、制備成本低等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷膜支撐體【技術(shù)領(lǐng)域】，進(jìn)一步是指高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]布袋式除塵器是粉塵過(guò)濾中應(yīng)用最為廣泛的除塵設(shè)備，但其也存在如下問(wèn)題:一是不耐高溫，當(dāng)氣體溫度超過(guò)200°C時(shí)就無(wú)法使用，即便用玻璃纖維制造的布袋除塵器，也只能在400°C以下使用；二是當(dāng)氣體濕度大(潮濕)時(shí)，粉塵粘附在布袋上難以脫落，使除塵設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行；三是粉塵回收易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，布袋再生不徹底，使除塵效率降低。
[0003]陶瓷膜在污水處理、高溫?zé)煔馓幚砗头蹓m收集等方面獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮了重要作用。但其在應(yīng)用過(guò)程中也暴露出不少問(wèn)題，主要是目前的陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度較低，且通常需做成圓管式(單孔)或蓮藕式(多孔)以增加其強(qiáng)度，但顯著降低了單位體積內(nèi)的過(guò)濾面積，使得陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備單位體積的過(guò)濾面積僅為布袋式除塵器的2(Γ30%，大大增加了設(shè)備體積和制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于克服布袋式除塵器的缺陷，提供一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，以實(shí)現(xiàn)陶瓷膜過(guò)濾板的高效率低成本制備。該方法是將以煅燒鋁礬土和高塑性粘土為主要原料的陶瓷泥料與植物造孔材料充分混合后，經(jīng)真空擠制為陶瓷膜支撐體坯體，干燥后在輥道窯中快速燒成。該陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度是由高度致密化的以剛玉顆粒和原位生成的莫來(lái)石晶須為增強(qiáng)相的復(fù)相陶瓷材料提供，而孔徑和孔隙率則由具有纖維狀或片狀結(jié)構(gòu)的在高溫下完全燒失的植物造孔材料進(jìn)行調(diào)控，因此具有較好的孔連通特性，從而獲得高強(qiáng)度和高連通孔結(jié)構(gòu)的陶瓷膜支撐體。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，具體工藝步驟為:
(O將陶瓷泥料配料后球磨3小時(shí)?5小時(shí)，得漿料；所述陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為35%?50%煅燒鋁礬土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%長(zhǎng)石組成，所述煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選平均粒徑在10微米以下的粉料；
(2)將漿料過(guò)篩、除鐵后，根據(jù)支撐體的孔徑和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均勻，壓濾脫水后得泥餅；
(3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得生坯；
(4)將生坯置于輥道窯內(nèi)，在1260°C?1320°C燒成，燒成時(shí)間為6小時(shí)?8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為5小時(shí)飛小時(shí)，出窯得陶瓷膜支撐體。
[0006]優(yōu)選方案，步驟(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸桿等植物中的一種或多種。
[0007]優(yōu)選方案，步驟(2)所述植物造孔材料的粒徑為100目^320目。
[0008]優(yōu)選方案，步驟(3)中真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0IMPa。。
[0009]優(yōu)選方案，步驟(3)所述濕坯為內(nèi)部設(shè)有多個(gè)中空通道的平板式結(jié)構(gòu)，如圖1所
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[0010]步驟(4)得到的陶瓷膜支撐體產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度為40MPa?80MPa，連通孔隙率在30°/Γ60%之間可調(diào)，孔徑在I (Tl 00微米之間可調(diào)。
[0011]以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]研究表明，陶瓷膜過(guò)濾板可耐1000°C以上的高溫，可用水或氣體方便地進(jìn)行反沖再生，從而避免因粉塵粘附在膜上面而降低過(guò)濾效率；用水反沖再生時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，再生徹底，可確保過(guò)濾除塵效果；陶瓷膜過(guò)濾板使用壽命長(zhǎng)，設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行成本低。因此，陶瓷膜過(guò)濾板可從根本上克服現(xiàn)有布袋式除塵器的不足，更好地滿(mǎn)足高溫?zé)煔夂统睗穹蹓m氣體的除塵過(guò)濾要求。
[0013]將陶瓷膜過(guò)濾管做成類(lèi)似于布袋的平板中空結(jié)構(gòu)，將大幅增加單位體積內(nèi)的過(guò)濾面積，達(dá)到布袋式除塵器的過(guò)濾效果。與現(xiàn)有的管式或蓮藕式陶瓷膜支撐體比，則可顯著縮小過(guò)濾設(shè)備的體積，提高過(guò)濾效率，降低設(shè)備制造和運(yùn)行成本。
[0014]要制備出可與布袋式除塵元件媲美的陶瓷膜過(guò)濾板，關(guān)鍵是要提高平板式中空陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度，以減小過(guò)濾板的壁厚，這樣既可降低過(guò)濾阻力，又可減少材料消耗，縮小設(shè)備體積，降低制造成本。
[0015]為了獲得高強(qiáng)度的平板式中空陶瓷膜支撐體，必須設(shè)法提高陶瓷膜支撐體材料的致密度和強(qiáng)度。在本發(fā)明中，選用359Γ50%煅燒鋁礬土為增強(qiáng)相，其主晶相為剛玉顆粒，不僅具有很高的強(qiáng)度，而且耐高溫、耐腐蝕和抗熱震性也很好，作為增強(qiáng)相均勻分散于支撐體瓷坯中，可起到很好的顆粒彌散強(qiáng)化作用。同時(shí)，通過(guò)引入適量的瓷土和長(zhǎng)石，在1100°C以上溫度下形成液相，并在高溫下部分鋁礬土熔融于液相中，提高了液相中Al2O3的含量，在燒成后的冷卻過(guò)程中促進(jìn)了莫來(lái)石(3A1203.2Si02)晶須的形成，這種原位生成且相互交織的莫來(lái)石晶須，使支撐體的強(qiáng)度和韌性得到進(jìn)一步提高。
[0016]為了有效調(diào)控支撐體中的孔徑和孔隙率，本發(fā)明選用米糠、稻草、秸桿等植物質(zhì)造孔材料，這些材料多為農(nóng)作物的副產(chǎn)物或廢棄料，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，且具有纖維結(jié)構(gòu)，弓丨入到支撐體的瓷泥中，較易形成相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制這些植物造孔材料的粒度為10(Γ320目，可得到孔徑在1(Γ100微米的相互連通的孔隙，而通過(guò)調(diào)節(jié)這些植物造孔材料的加入量或?qū)⒍喾N植物造孔材料進(jìn)行搭配使用，可將支撐體的開(kāi)口孔隙率控制在30飛0%之間。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
(I)通過(guò)對(duì)支撐體中陶瓷泥料配方的科學(xué)設(shè)計(jì)，引入的煅燒鋁礬土一方面直接提供了顆粒增強(qiáng)相，另一方面又為由瓷土和長(zhǎng)石形成的液相增加了 Al2O3含量，促進(jìn)了原位莫來(lái)石晶須的生成，從多方面提高了支撐體的強(qiáng)度和韌性。
[0018](2)本發(fā)明選用米糠、稻草、秸桿等農(nóng)作物的副產(chǎn)物或廢棄料作為造孔材料，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，且具有纖維結(jié)構(gòu)，引入到支撐體的瓷泥中，較易形成相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)這些植物造孔材料的粒度和加入量，或?qū)⒍喾N植物造孔材料進(jìn)行搭配使用，可實(shí)現(xiàn)支撐體開(kāi)口孔隙率和孔徑的有效調(diào)控。
[0019](3)與現(xiàn)有的管式或蓮藕式陶瓷膜支撐體比，本發(fā)明獲得的高強(qiáng)度平板式中空陶瓷膜支撐體，可采用輥道窯快速燒成，且可實(shí)現(xiàn)支撐體與陶瓷膜一次共燒，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了燒成能耗，降低了生產(chǎn)成本。用該支撐體制備陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備，可顯著縮小過(guò)濾設(shè)備的體積，提高過(guò)濾效率，降低設(shè)備制造和運(yùn)行成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本申請(qǐng)所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的截面結(jié)構(gòu)示意圖。I一陶瓷膜，2—中空通道，3—陶瓷膜支撐體。
[0021]圖2為高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的典型顯微結(jié)構(gòu)。4一莫來(lái)石晶須，5—?jiǎng)傆耦w粒。

【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:所述一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，具體是:
Cl)支撐體的陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為35%煅燒鋁礬土、35%高塑性粘土、15%瓷土和15%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨5小時(shí)，得漿料；
(2)將漿料過(guò)篩、除鐵后，加入粉碎到150目的占陶瓷泥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%的米糠和20%的稻草作為造孔材料，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅；
(3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后在真空度小于0.0lMPa的條件下真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得生坯；
(4)將生坯置于輥道窯內(nèi)，在1280°C燒成，燒成時(shí)間為8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為6小時(shí)，出窯得陶瓷膜支撐體產(chǎn)品。
[0023]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜支撐體產(chǎn)品，其抗彎強(qiáng)度不低于40MPa，連通孔隙率大于50%，孔徑在40?80微米之間。
[0024]實(shí)施例2:所述一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，具體是:
Cl)支撐體的陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為40%煅燒鋁礬土、30%高塑性粘土、18%瓷土和12%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨4小時(shí)，得漿料；
(2)將漿料過(guò)篩、除鐵后，加入粉碎到250目的占陶瓷泥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的米糠和15%的秸桿作為造孔材料，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅；
(3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后在真空度小于0.0lMPa的條件下真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得生坯；
(4)將生坯置于輥道窯內(nèi)，在1300°C燒成，燒成時(shí)間為8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為6小時(shí)，出窯得陶瓷膜支撐體產(chǎn)品。
[0025]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜支撐體產(chǎn)品，其抗彎強(qiáng)度不低于60MPa，連通孔隙率大于40%，孔徑在20?50微米之間。
[0026]實(shí)施例3:所述一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，具體是:
Cl)支撐體的陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為45%煅燒鋁礬土、25%高塑性粘土、20%瓷土和10%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨5小時(shí)，得漿料；
(2)將漿料過(guò)篩、除鐵后，加入粉碎到200目的占陶瓷泥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的米糠和15%的稻草作為造孔材料，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅；
(3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后在真空度小于0.0lMPa的條件下真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得生坯；
(4)將生坯置于輥道窯內(nèi)，在1320°C燒成，燒成時(shí)間為8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為6小時(shí)，出窯得陶瓷膜支撐體產(chǎn)品。
[0027]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜支撐體產(chǎn)品，其抗彎強(qiáng)度不低于70MPa，連通孔隙率大于30%，孔徑在30?60微米之間。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，具體工藝步驟為: (O將陶瓷泥料配料后球磨3小時(shí)?5小時(shí)，得漿料；所述陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為35%?50%煅燒鋁礬土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%長(zhǎng)石組成，所述煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選平均粒徑在10微米以下的粉料； (2)將漿料過(guò)篩、除鐵后，根據(jù)支撐體的孔徑和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均勻，壓濾脫水后得泥餅； (3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得生坯； (4)將生坯置于輥道窯內(nèi)，在1260°C?1320°C燒成，燒成時(shí)間為6小時(shí)?8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為5小時(shí)飛小時(shí)，出窯得陶瓷膜支撐體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸桿中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，步驟(2)所述植物造孔材料的粒徑為100目?320目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，步驟(3)中真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0 IMPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，步驟(3)所述濕坯為內(nèi)部設(shè)有多個(gè)中空通道的平板式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的制備方法，其特征是，步驟(4)所述陶瓷膜支撐體產(chǎn)品的連通孔隙率在309Γ60%之間，孔徑在1(Γ100微米之間。
【文檔編號(hào)】C04B38/06GK104387111SQ201410595276
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】肖漢寧, 林晶, 高朋召 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)