一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法
【专利摘要】本发明提供了一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，该方法是将以煅烧铝矾土和高塑性粘土为主要原料的陶瓷泥料与植物造孔材料充分混合后，经真空挤制为陶瓷膜支撑体坯体，干燥后，在坯体表面喷涂陶瓷膜浆料，然后在辊道窑中一次共烧。该陶瓷膜的支撑体的强度是由高度致密化的以刚玉颗粒和原位生成的莫来石晶须为增强相的复相陶瓷材料提供，而孔径和孔隙率则由具有纤维状或片状结构的在高温下完全烧失的植物造孔材料进行调控，因此具有较好的孔连通特性，从而获得高强度和高连通孔结构的陶瓷膜支撑体，再通过一次共烧，陶瓷膜层与支撑体之间的结合强度高，使用寿命长，同时还具有制备成本低、节能等特点。
【专利说明】一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷膜【技术领域】，进一步是指高强度陶瓷膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]布袋式除尘器是粉尘过滤中应用最为广泛的除尘设备，但其也存在如下问题，一是不耐高温，当气体温度超过200°C时就无法使用，即便用玻璃纤维制造的布袋除尘器，也只能在400°C以下使用；二是当气体湿度大(潮湿)时，粉尘粘附在布袋上难以脱落，使除尘设备无法正常运行；三是粉尘回收易产生二次扬尘，布袋再生不彻底，使除尘效率降低。
[0003]陶瓷膜在污水处理、高温烟气处理和粉尘收集等方面获得了越来越广泛的应用，在环境保护中发挥了重要作用。但其在应用过程中也暴露出不少问题，主要是目前的陶瓷膜支撑体的强度较低，且通常需做成圆管式(单孔)或莲藕式(多孔)以增加其强度，但显著降低了单位体积内的过滤面积，使得陶瓷膜过滤设备单位体积的过滤面积仅为布袋式除尘器的2(Γ30%，大大增加了设备体积和制造成本。此外，现有陶瓷膜制备技术因支撑体与膜材料的烧结温度不同，常采用二次烧成的方法，即先将陶瓷膜支撑体烧成，然后再将陶瓷膜材料喷涂或浸涂在支撑体表面，干燥后进行二次烧成。这种方法带来的问题，一是二次烧成增加了制备过程的能源消耗，不利于节能环保；二是陶瓷膜与支撑体的结合强度不高，在使用过程中易出现陶瓷膜层脱落的现象。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服布袋式除尘器的缺陷，提供了一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，以实现陶瓷膜过滤板的高效率低成本制备。该方法是将以煅烧铝矾土和高塑性粘土为主要原料的陶瓷泥料与植物造孔材料充分混合后，经真空挤制为陶瓷膜支撑体坯体，干燥后，在坯体表面喷涂陶瓷膜浆料，然后在辊道窑中一次共烧。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，具体工艺步骤为:
(O将陶瓷泥料配料后球磨3小时飞小时，得浆料；所述陶瓷泥料由重量百分数为35%?50%煅烧铝矾土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%长石组成，所述煅烧铝矾土和长石选平均粒径在10微米以下的粉料；
(2)将浆料过筛、除铁后，根据支撑体的孔径和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均匀，压滤脱水后得泥饼；
(3)将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得支撑体生坯；在所述支撑体生坯表面喷涂陶瓷膜浆料，控制陶瓷膜浆料的喷涂厚度为50微米?250微米，得陶瓷膜生坯；
(4)将陶瓷膜生坯置于辊道窑内，在1260°C?1320°C—次共烧，烧成时间为6小时?8小时；然后冷却，冷却时间为5小时飞小时，出窑得陶瓷膜。
[0006]优选方案，步骤(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸杆等植物中的一种或多种。
[0007]优选方案，步骤(2)所述植物造孔材料的粒径为100目?320目。
[0008]优选方案，步骤(3)中真空挤制时的真空度应小于0.0IMPa。
[0009]优选方案，步骤(3)所述湿坯为内部设有多个中空通道的平板式结构，如图1所示，可以增加过滤面积。
[0010]陶瓷膜浆料是现有技术，现有陶瓷膜浆料均可以用于本申请，本申请的优选方案，步骤(3)所述陶瓷膜浆料的主要成分为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种。陶瓷膜浆料进一步优选由氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种作为主要成分与高岭土和熔块组成,其中主要成分含量大于90%。
[0011]优选方案，步骤(3)所述陶瓷膜浆料的细度控制在平均粒径为0.3微米飞微米。
[0012]经上述步骤得到的陶瓷膜产品，其支撑体的抗弯强度为40MPa?80MPa，连通孔隙率在30%飞0%之间可调，孔径在2(Γ80微米之间可调。陶瓷膜层的孔径在0.2飞微米之间可调。
[0013]以下对本发明做出进一步说明。
[0014]研究表明，陶瓷膜过滤板可耐1000°C以上的高温，可用水或气体方便地进行反冲再生，从而避免因粉尘粘附在膜上面而降低过滤效率；用水反冲再生时不会产生二次扬尘，再生彻底，可确保过滤除尘效果；陶瓷膜过滤板使用寿命长，设备维护和运行成本低。因此，陶瓷膜过滤板可从根本上克服现有布袋式除尘器的不足，更好地满足高温烟气和潮湿粉尘气体的除尘过滤要求。
[0015]将陶瓷膜过滤元件做成类似于布袋的平板中空结构，将大幅增加单位体积内的过滤面积，达到布袋式除尘器的过滤效果。与现有的管式或莲藕式陶瓷膜支撑体比，则可显著缩小过滤设备的体积，提高过滤效率，降低设备制造和运行成本。
[0016]要制备出可与布袋式除尘元件媲美的陶瓷膜过滤板，关键是要提高陶瓷膜支撑体的强度，以减小过滤板的壁厚，这样既可降低过滤阻力，又可减少材料消耗，缩小设备体积，降低制造成本。
[0017]为了获得高强度的陶瓷膜支撑体，必须设法提高陶瓷膜支撑体材料的致密度和强度。在本发明中，选用359Γ50%煅烧铝矾土为增强相，其主晶相为刚玉颗粒，不仅具有很高的强度，而且耐高温、耐腐蚀和抗热震性也很好，作为增强相均匀分散于支撑体瓷坯中，可起到很好的颗粒弥散强化作用。同时，通过引入适量的瓷土和长石，在1100°C以上温度下形成液相，并在高温下溶解部分铝矾土到液相中，提高了液相中Al2O3的含量，在烧成后的冷却过程中促进了莫来石(3A1203.2Si02)晶须的形成，这种原位生成且相互交织的莫来石晶须，使支撑体的强度和韧性得到进一步提高。
[0018]为了有效调控支撑体中的孔径和孔隙率，本发明选用米糠、稻草、秸杆等天然造孔材料，这些材料多为农作物的副产物或废弃料，来源广泛，价格便宜，且具有纤维结构，引入到支撑体的坯泥中，较易形成相互连通的孔隙结构，通过控制这些植物造孔材料的粒度为100^320目，可得到孔径在2(Γ80微米的相互连通的孔隙，而通过调节这些植物造孔材料的加入量或将多种纤维状造孔材料进行搭配使用，可将支撑体的开口孔隙率控制在30飞0%之间。
[0019]该方法将支撑体与陶瓷膜一次共烧，一方面简化了陶瓷膜的制备工艺，缩短了制备周期，节约了烧成能耗，降低了制备成本；另一方面，提高了陶瓷膜层与支撑体之间的结合强度，延长了陶瓷膜过滤元件的使用寿命。
[0020]与现有技术相比，本发明的优势在于:
(I)通过对支撑体中陶瓷泥料配方的科学设计，引入的煅烧铝矾土一方面直接提供了颗粒增强相，另一方面又为由瓷土和长石形成的液相增加了 Al2O3含量，促进了原位莫来石晶须的生成，从多方面提高了支撑体的强度和韧性。
[0021](2)本发明选用米糠、稻草、秸杆等农作物的副产物或废弃料作为造孔材料，来源广泛，价格便宜，且具有纤维结构，引入到支撑体的瓷泥中，较易形成相互连通的孔隙结构，通过调节这些植物造孔材料的粒度和加入量，或将多种植物造孔材料进行搭配使用，可实现支撑体开口孔隙率和孔径的有效调控。
[0022](3)与现有的管式或莲藕式陶瓷膜支撑体比，本发明获得的陶瓷膜的支撑体与陶瓷膜一次共烧，且可在辊道窑内连续快速烧成，简化了生产工艺，节约了烧成能耗，降低了生产成本，提高了支撑体与陶瓷膜层的结合强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本申请所述一次共烧高强度陶瓷膜的截面结构示意图。I一陶瓷膜，2—中空通道，3—陶瓷膜支撑体。
[0024]图2为高强度陶瓷膜支撑体的典型显微结构。4一莫来石晶须，5—刚玉颗粒。
【具体实施方式】
[0025]实施例1:
一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，具体是:
(1)陶瓷膜支撑体的原料由重量百分数为48%煅烧铝矾土、25%高可塑性粘土、15%瓷土和12%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在10微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨5小时，得支撑体浆料；
(2)将支撑体浆料过筛、除铁后，加入米糠作为造孔材料，加入前需将米糠粉碎到320目的细度，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼。
[0026](3)将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得支撑体生坯(如图1所示)，真空挤制时的真空度应小于0.0lMPa0
[0027](4)将重量比为氧化铝92%、高岭土 5%、熔块3%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒径为1.(Tl.5微米的细度，得陶瓷膜浆料；
(5)将陶瓷膜浆料均匀喷涂到支撑体生坯表面，控制喷涂后陶瓷膜浆料层厚度为100^150微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)将陶瓷膜生坯置于辊道窑内，在1320°C下一次共烧，烧成时间为8小时；然后冷却，冷却时间为6小时，出窑得陶瓷膜产品。
[0028]经上述步骤得到的陶瓷膜产品，其支撑体的抗弯强度不低于70MPa，开口气孔率不小于50%，孔径为2(Γ50微米。陶瓷膜层的孔径为0.5^1微米。
[0029]实施例2:
一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，具体是: (1)陶瓷膜支撑体的原料由重量百分数为40%煅烧铝矾土、30%高可塑性粘土、20%瓷土和10%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在10微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨5小时，得支撑体浆料；
(2)将支撑体浆料过筛、除铁后，加入稻草作为造孔材料，加入前需将稻草粉碎到250目的细度，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼。
[0030](3)将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得支撑体生坯，真空挤制时的真空度应小于0.0lMPa0
[0031](4)将重量比为二氧化硅95%、高岭土 3%、熔块2%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒径为1.5^2.5微米的细度，得陶瓷膜浆料；
(5)将陶瓷膜浆料均匀喷涂到支撑体生坯表面，控制喷涂后陶瓷膜浆料层厚度为150^200微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)将陶瓷膜生坯置于辊道窑内，在1290°C下一次共烧，烧成时间为7小时；然后冷却，冷却时间为6小时，出窑得陶瓷膜产品。
[0032]经上述步骤得到的陶瓷膜产品，其支撑体的抗弯强度不低于50MPa，开口气孔率不小于45%，孔径为30?80微米。陶瓷膜层的孔径为1?2微米。
[0033]实施例3:
所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，具体是:
(1)陶瓷膜支撑体的原料由重量百分数为35%煅烧铝矾土、35%高可塑性粘土、15%瓷土和15%长石组成，将配方中的硬质原料煅烧铝矾土和长石选用已粉碎至平均粒径在10微米以下的粉料，将所述硬质原料粉与其他原料配料后球磨5小时，得支撑体浆料；
(2)将支撑体浆料过筛、除铁后，加入秸杆作为造孔材料，加入前需将秸杆粉碎到250目的细度，再加入适量水用高速搅拌机分散均匀，压滤脱水后得泥饼。
[0034](3)将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得支撑体生坯，真空挤制时的真空度应小于0.0lMPa0
[0035](4)将重量比为二氧化钛95%、高岭土 3%、熔块2%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒径为4飞微米的细度，得陶瓷膜浆料；
(5)将陶瓷膜浆料均匀喷涂到支撑体生坯表面，控制喷涂后陶瓷膜浆料层厚度为200^250微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)将陶瓷膜生坯置于辊道窑内，在1260°C下一次共烧，烧成时间为6小时；然后冷却，冷却时间为5小时，出窑得陶瓷膜产品。
[0036]经上述步骤得到的陶瓷膜产品，其支撑体的抗弯强度不低于40MPa，开口气孔率不小于50%，孔径为30?80微米。陶瓷膜层的孔径为3飞微米。
【权利要求】
1.一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，具体工艺步骤为: (O将陶瓷泥料配料后球磨3小时?5小时，得浆料；所述陶瓷泥料由重量百分数为35%?50%煅烧铝矾土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%长石组成，所述煅烧铝矾土和长石选平均粒径在10微米以下的粉料； (2)将浆料过筛、除铁后，根据支撑体的孔径和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均匀，压滤脱水后得泥饼； (3)将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后真空挤制为所需尺寸的湿坯，干燥后得支撑体生坯；在所述支撑体生坯表面喷涂陶瓷膜浆料，控制陶瓷膜浆料的喷涂厚度为50微米?250微米，得陶瓷膜生坯； (4)将陶瓷膜生坯置于辊道窑内，在1260°C?1320°C—次共烧，烧成时间为6小时?8小时；然后冷却，冷却时间为5小时飞小时，出窑得陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸杆中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(2)所述植物造孔材料的粒径为100目?320目。
4.根据权利要求1或2所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(3)中真空挤制时的真空度应小于0.0 IMPa。
5.根据权利要求1或2所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(3)所述湿坯为内部设有多个中空通道的平板式结构。
6.根据权利要求1或2所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(3)所述陶瓷膜浆料的主要成分为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述一次共烧制备高强度陶瓷膜的方法，其特征是，步骤(3)所述陶瓷膜浆料的细度控制在平均粒径为0.3微米?5微米。
【文档编号】C04B33/13GK104446384SQ201410595169
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】肖汉宁, 李格, 郭文明 申请人:湖南大学