一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：1）利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，原料配料：将原料按以下重量百分数称量配比：赤泥60-80%、钾长石8-20%、钠长石2-8%、高岭土10-20%；外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的15-30%；2）利用红柱石制备重质陶瓷滤料，①原料配料：将原料按以下重量百分数称量配比：红柱石50~70%、钾长石8~15%、钠长石5~20%、铝矾土15~30%、硼砂2~10%；3）利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，得到新型陶瓷过滤层。该过滤层在高温环境使用过程中强度高，不易掉粉，而且其密度和显气孔率等调节范围较大，不易混层。
【专利说明】一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是利用赤泥和红柱石为主要原料制备的两种陶瓷滤料构筑的新型过滤层(床)的制备方法，用于高温烟气的过滤除尘，属于环保和新材料领域。
【背景技术】
[0002]颗粒床过滤除尘器在去除钢铁、冶金、电力和建材等工业产生的高温烟气的粉尘方面具有独特的优势。其除尘原理是:过滤层(床)由粗而轻(上层)和细而重(下层)的双层滤料组成。过滤时，含尘的高温烟气自上而下穿过滤层。先经过较粗较轻颗粒的上层滤料，截留气体中的绝大部分粉尘，再经过较细较重颗粒的滤料下层，截获漏过上滤层的微细粉尘。这种粗细轻重不同的两层梯级过滤，可同时获得较高的过滤效率和低压降。为了在反吹后过滤层仍然稳定保持上粗下细的两层结构，有必要使用两种密度不同的滤料来构筑过滤层(床)。
[0003]目前颗粒床过滤除尘器所用的双层滤料，一般上层是膨胀珍珠岩，下层是海砂或石英砂。也有的使用不同类型和粒径的矿渣或碎石或砾石作为滤料。中国发明专利《一种颗粒床气体过滤装置及其过滤除尘方法》(CN102019118A)采用f 1.5mm的膨胀珍珠岩、150~200目及0.3^0.5mm的石英砂作为过滤层；《双层滤料颗粒床过滤除尘新方法的研究》一文中采用的上下层滤料分别为，粒径为2~5mm的膨胀珍珠岩和粒径为0.5~Imm的海砂(杨国华等，动力工程，2005 (6)，891-894)；《双滤层颗粒床高温除尘器在铝合金熔炼烟气除尘上的应用》一文中采用的上下层滤料分别为，粒径为2~5mm，容重为70kg/m3的膨胀珍珠岩和粒径为0.5~Imm,容重为1400kg/m3的石英砂(王兴云等,Lw2010招型材技术(国际)论坛文集，2010,132-134);〈〈The influence of granular flow rate on the performanceof a moving bed granular filter))一文中介绍了一种用碎石和石英砂作为滤料的过滤层(Ibrahim A.El-Hedok et al, Powder Technology, 2011 (214),69-76)。美国发明专利《METHOD OF RECOVERING FUEI FROM COAL ASH》(US4657501)公开的是用砂和砾石作为颗粒层滤料。上述天然滤料构筑的过滤层在实际使用过程，特别是反吹过程中，强度较低容易掉粉，而且其比重和孔隙率等调节范围较小，容易混层，从而严重影响高温烟气的粉尘过滤效果。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，该过滤层在高温环境使用过程中强度高，不易掉粉。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于它包括以下步骤:
1)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，
①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥60-80%、钾长石8-20%、钠长石2-8%、高岭土 10-20% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的15-30%,所述成孔剂为煤粉或石墨；②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨3~10小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2^0.5mm的球核，然后交替放入坯料和水(即坯料、和水交替放入)，坯球逐步长大，形成直径3飞mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的6-8% ;生产的坯球放入8(Tl20°C的热风干燥器中干燥12~24小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于112(T120(TC烧成(升温速率3^50C /min，烧制时间l(Tl5h)，得到耐磨不掉粉的直径2.5~5.2mm轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)(显气孔率60%~70%、密度0.5~0.9 g/cm3、压碎强度5~13MPa)； 2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料，
①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石50-70%、钾长石8~15%、钠长石5~20%、铝矾土 15~30%、硼砂2~10% ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨6~24小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2"0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,还球逐步长大,形成直径1.0^2.5mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的6-8% ;生产的坯球放入8(Tl20°C的热风干燥器中干燥12~24小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于132(T140(TC烧成(升温速率3飞。C /min，烧制时间16~20h)，得到耐磨不掉粉的0.8~2.0mm重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)(吸水率1%以下、密度2.5^3.5g/cm3、压碎强度3(T40MPa)；
3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，
在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料(下层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之一到三分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料(上层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之三到三分之二，以此构筑新型陶瓷过滤层。
[0006]本发明其上层是利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料，下层是利用红柱石制备的重质陶瓷滤料。这两种陶瓷滤料构筑的过滤层，在高温环境使用过程中强度高，不易掉粉，而且其密度和显气孔率等调节范围较大，不易混层，可广泛用于钢铁、冶金、电力、建材等工业产生的高温烟气净化。比如，新型陶瓷过滤层用于过滤水泥厂含尘烟气(15(T200°C，含尘浓度20(T500mg/Nm3)时，烟气出口含尘浓度< 20 mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，且两年内不用补充陶瓷滤料(即不易掉粉)。
[0007]本发明的有益效果是:
1.过滤层运行效果较好。本发明制备的轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)和重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)，具有较大范围可调的显气孔率、密度和较高的机械强度，因此它们构筑的陶瓷过滤层过滤高温烟气时可同时获得较高的过滤效率和低压降，与膨胀珍珠岩和石英砂等其他材料构筑的过滤层相比，运行效果好且比较稳定。
[0008]3.过滤层运行成本较低。本发明制备的赤泥质轻滤料和红柱石质重滤料机械强度高(轻质滤料压碎强度5~13MPa，重质滤料压碎强度3(T40MPa)且耐高温(轻质滤料耐热800°C，重质滤料耐热1100°C)，因此它们构筑的陶瓷过滤层运行特别是脉冲反吹时不掉粉，运行数年不用补充滤料，与膨胀珍珠岩和石英砂等其他材料构筑的过滤层相比，每年至少节约三分之一的运行费。
[0009]此外，由于赤泥是氧化铝工业的一种废料，本发明将其作为轻质陶瓷滤料的原料使用，因此本发明还有消耗废料、促进环保的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构示意图。
[0011]图中:1-耐热钢板，2-轻质陶瓷滤料(粗而轻的陶瓷滤料)，3-重质陶瓷滤料(细而重的陶瓷滤料)，4-承托层和布风板。H表示新型陶瓷过滤层的总厚度。
【具体实施方式】
[0012]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。
[0013]实施例1
一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，它包括以下步骤:
1)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，
①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥60%、钾长石20%、钠长石8%、高岭土 12% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的15%，所述成孔剂为煤粉 ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨3小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2mm的球核，然后交替放入坯料和水(即坯料、和水交替放入)，坯球逐步长大，形成直径3mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的6% ;生产的坯球放入80°C的热风干燥器中干燥12小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1120°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间10h)，得到耐磨不掉粉的直径2.5_轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)(显气孔率60%~70%、密度0.5~0.9 g/cm3、压碎强度5~13MPa)；
2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料，
①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石50%、钾长石15%、钠长石10%、铝矾土 15%、硼砂10% ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨6小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2mm的球核,然后交替放入还料和水,?球逐步长大,形成直径1.0mm的还球；水的加入总量为坯料总质量的6% ;生产的坯球放入80°C的热风干燥器中干燥12小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1320°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间16h)，得到耐磨不掉粉的0.8_重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)(吸水率1%以下、密度2.5~3.5g/cm3、压碎强度30~40MPa)；3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，
在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料(下层)，铺设厚度为过滤层总厚度的三分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料(上层)，铺设厚度为过滤层总厚度的三分之二，以此构筑新型陶瓷过滤层(见附图1)。
[0014]该新型陶瓷过滤层用于过滤水泥厂含尘烟气(15(T20(TC，含尘浓度20(T500mg/Nm3)时，烟气出口含尘浓度< 20 mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，且两年内不用补充陶瓷滤料(即不易掉粉)。
[0015]实施例2
一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，它包括以下步骤:
1)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，
①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥60%、钾长石12%、钠长石8%、高岭土 20% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的30%，所述成孔剂为石墨；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨10小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.5mm的球核，然后交替放入坯料和水(即坯料、和水交替放入)，坯球逐步长大，形成直径6mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的8% ;生产的坯球放入120°C的热风干燥器中干燥24小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1200°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间15h)，得到耐磨不掉粉的直径5.2_轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)(显气孔率60%~70%、密度0.5~0.9 g/cm3、压碎强度5~13MPa)；
2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料，
①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石50%、钾长石8%、钠长石10%、铝矾土 30%、硼砂2% ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨24小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,?球逐步长大,形成直径2.5mm的还球；水的加入总量为坯料总质量的8% ;生产的坯球放入120°C的热风干燥器中干燥24小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1400°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间20h)，得到耐磨不掉粉的2.0mm重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)(吸水率1%以下、密度2.5~3.5g/cm3、压碎强度30~40MPa)；
3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，
在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料(下层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料(上层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之三，以此构筑新型陶瓷过滤层。
[0016]该新型陶瓷过滤层用于过滤水泥厂含尘烟气(15(T20(TC，含尘浓度20(T500mg/Nm3)时，烟气出口含尘浓度< 20 mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，且两年内不用补充陶瓷滤料(即不易掉粉)。
[0017]实施例3
一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，它包括以下步骤:
1)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，
①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥80%、钾长石8%、钠长石2%、闻岭土 10% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的20%，所述成孔剂为煤粉；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨6小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2^0.5mm的球核，然后交替放入坯料和水(即坯料、和水交替放入)，坯球逐步长大，形成直径3飞mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的7% ;生产的坯球放入100°C的热风干燥器中干燥20小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1150°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间12h)，得到耐磨不掉粉的直径2.5~5.2_轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)(显气孔率60%~70%、密度0.5~0.9 g/cm3、压碎强度5~13MPa)；
2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料，
①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石70%、钾长石8%、钠长石5%、招帆土 15%、硼砂2% ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨20小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2"0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,还球逐步长大,形成直径1.0^2.5mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的7% ;生产的坯球放入100°C的热风干燥器中干燥20小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1350°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间17h)，得到耐磨不掉粉的0.8^2.0mm重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)(吸水率1%以下、密度2.5~3.5g/cm3、压碎强度30~40MPa)；
3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，
在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料(下层)，铺设厚度为过滤层总厚度的二分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料(上层)，铺设厚度为过滤层总厚度的二分之一，以此构筑新型陶瓷过滤层。
[0018]该新型陶瓷过滤层用于过滤水泥厂含尘烟气(15(T20(TC，含尘浓度20(T500mg/Nm3)时，烟气出口含尘浓度< 20 mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，且两年内不用补充陶瓷滤料(即不易掉粉)。
[0019]实施例4
一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，它包括以下步骤:
I)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料，
①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥70%、钾长石10%、钠长石5%、高岭土 10% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的20%，所述成孔剂为石墨；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨8小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2^0.5mm的球核，然后交替放入坯料和水(即坯料、和水交替放入)，坯球逐步长大，形成直径3飞mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的7% ;生产的坯球放入90°C的热风干燥器中干燥18小时； ④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1180°C烧成(升温速率5°C/min，烧制时间14h)，得到耐磨不掉粉的直径2.5~5.2_轻质陶瓷滤料(赤泥轻质滤料)(显气孔率60%~70%、密度0.5~0.9 g/cm3、压碎强度5~13MPa)；
2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料，
①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石54%、钾长石8%、钠长石20%、铝矾土 15%、硼砂3% ；
②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨18小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用；
③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷少量的水在成球机的坯料中，形成直径0.2"0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,还球逐步长大,形成直径1.0^2.5mm的坯球；水的加入总量为坯料总质量的7% ;生产的坯球放入90°C的热风干燥器中干燥18小时；
④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于1380°C烧成(升温速率:TC/min，烧制时间19h)，得到耐磨不掉粉的0.8^2.0mm重质陶瓷滤料(或称红柱石重质滤料)(吸水率1%以下、密度2.5~3.5g/cm3、压碎强度30~40MPa)；
3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层，
在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料(下层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料(上层)，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之三，以此构筑新型陶瓷过滤层。
[0020]该新型陶瓷过滤层用于过滤水泥厂含尘烟气(15(T20(TC，含尘浓度20(T500mg/Nm3)时，烟气出口含尘浓度< 20 mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，且两年内不用补充陶瓷滤料(即不易掉粉)。
【权利要求】
1.一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于它包括以下步骤: 1)利用赤泥为主要原料制备轻质陶瓷滤料， ①.原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:赤泥60-80%、钾长石8-20%、钠长石2-8%、高岭土 10-20% ;外加成孔剂，成孔剂的加入量为赤泥、钾长石、钠长石和高岭土总质量的15-30% ； ②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨3~10小时，其中赤泥、钾长石、钠长石和高岭土过250目，成孔剂过180目，然后在混料机中混合得到坯料，备用； ③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷水在成球机的坯料中，形成直径0.2"0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,?球逐步长大,形成直径3~6_的还球；水的加入总量为坯料总质量的6-8% ;生产的坯球放入8(T12(TC的热风干燥器中干燥12~24小时； ④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于112(Tl200°C烧成，得到耐磨不掉粉的直径2.5^5.2mm轻质陶瓷滤料； 2)利用红柱石制备重质陶瓷滤料， ①原料配料:将原料按以下重量百分数称量配比:红柱石50-70%、钾长石8~15%、钠长石5~20%、铝矾土 15~30%、硼砂2~10% ； ②.破碎混合:将上述原料以球磨机分别干磨6~24小时，过250目，然后在混料机中混合得到坯料，备用； ③.成球干燥:将坯料和水逐步放入成球机中成球:先喷水在成球机的坯料中，形成直径0.2"0.5mm的球核,然后交替放入还料和水,还球逐步长大,形成直径1.0^2.5mm的还球；水的加入总量为坯料总质量的6-8% ;生产的坯球放入8(T12(TC的热风干燥器中干燥12~24小时； ④.烧成滤料:干燥后的坯球放入隧道窑或梭式窑中，于132(Tl400°C烧成，得到耐磨不掉粉的0.8^2.0mm重质陶瓷滤料； 3)利用上述两种陶瓷滤料构筑新型陶瓷过滤层， 在颗粒床过滤除尘器中，下层先铺设利用红柱石制备的重质陶瓷滤料，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之一到三分之一；然后再利用赤泥制备的轻质陶瓷滤料，铺设厚度为过滤层总厚度的四分之三到三分之二，得到新型陶瓷过滤层。
2.根据权利要求1所述的一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于:步骤I)中，所述成孔剂为煤粉或石墨。
3.根据权利要求1所述的一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于:步骤I)的④中，升温速率:T5°C /min，烧制时间l(Tl5h。
4.根据权利要求1所述的一种用于高温除尘的新型陶瓷过滤层的制备方法，其特征在于:步骤2)的④中，升温速率3~5°C /min，烧制时间16~20h。
【文档编号】C04B35/18GK103553703SQ201310550176
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】吴建锋, 徐晓虹, 吴事江, 劳新斌, 徐笑阳 申请人:武汉理工大学