红柱石陶瓷过滤管的研究

发布时间：2018-03-10 14:23

本文选题：红柱石　切入点：颗粒级配　出处：《武汉理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：火力发电、水泥、煤炭、采矿等行业在快速发展的同时,向空气中排放了大量的高温含尘气体,给人类健康和自然环境造成了极大的危害。为了经济和社会的可持续发展,必须进行高温烟尘过滤。目前,研究较多的除尘技术包括旋风除尘、静电除尘、湿法除尘、介质过滤除尘等,相比前几种除尘技术,介质过滤除尘具有除尘效率高(除尘效率为90%~99%)、无二次污染、充分利用资源、经济效益好等优点。过滤除尘技术的核心在于高温除尘材料。多孔陶瓷材料具有生产成本低、过滤效率高、孔径均匀且易于控制、使用寿命长等诸多优点,是用于高温烟尘过滤的最佳选择。红柱石具有良好的高温机械性能及体积稳定性、优异的耐酸碱性以及抗热震性好等特点,我国红柱石矿产资源储量丰富,将红柱石原料用于制备高温除尘用多孔陶瓷具有巨大的开发前景。本文试图以红柱石为主要原料,采用颗粒堆积法结合造孔剂法制备气孔率高、抗折强度高、抗热震性能好的高温除尘用红柱石多孔陶瓷支撑体,在其表面涂覆了纤维膜层及过滤层,制备了孔梯度的陶瓷过滤材料。采用现代测试技术研究红柱石多孔陶瓷的组成、结构与性能,探讨了成孔机理及纤维膜、过滤层与支撑体的结合机理。以新疆库尔勒红柱石精矿、星子高岭土、桂广滑石、工业Al2O3、PSZ、烧结板状刚玉为原料设计了X和Y两个系列配方,采用颗粒堆积法,半干压成型制备了高温烟尘过滤用红柱石多孔陶瓷支撑体,经不同温度烧成后,测试了样品的吸水率、气孔率、体积密度和抗折强度,采用XRD、SEM等现代测试技术研究了样品的物相组成及显微结构。探讨了不同红柱石颗粒级配对样品气孔率、抗折强度及显微结构的影响。实验结果表明,经1420℃烧成的X2配方样品(颗粒级配比为48目:250目=60:40,质量百分比)的综合性能最佳,吸水率8.09%,气孔率18.26%,体积密度2.26g/cm3,抗折强度37.38MPa,样品的主晶相为莫来石和堇青石,次晶相为α-石英;经1460℃烧成的Y5样品(颗粒级配比为48目:250目=35:65,质量百分比)的综合性能最佳,吸水率14.53%,气孔率32.05%,体积密度2.21g/cm3,抗折强度41.09MPa,样品主晶相为莫来石和堇青石,次晶相为硅酸锆。SEM显微结构研究表明,X2样品中的气孔多为三维连通气孔,存在一些孔径100μm的大气孔,孔径分布较宽,孔径大小为7.51~118.23μm;Y5样品气孔分布相对均匀,多为细小狭长的连通气孔,孔径大小6.43~44.16μm。颗粒堆积成孔的机理研究表明,欲获得高气孔率样品,必须合理控制配料组成中粗细颗粒的比例,同时必须对原料颗粒球磨整形,使原料颗粒形状近似球形或椭球形。在级配比实验的基础上,研究了添加造孔剂来提高样品的气孔率的方法。利用正交试验方法,以级配比、烧成温度、石墨添加量(外加)、700目sic添加量(外加)为实验因素,设计了4因素3水平的正交试验方案,确定了最佳实验配方为a2(48目红柱石60wt%、250目红柱石10wt%、星子高岭土13wt%、桂广滑石13wt%、工业al2o34wt%、外加石墨30wt%、外加700目sic0.1wt%)。经1360℃烧成的样品吸水率22.86%,气孔率39.16%,体积密度1.71g/cm3,抗折强度46.70mpa,30次热震后(室温~1000℃,风冷)样品的强度为40.42mpa,强度损失率为13.45%。样品的主晶相为莫来石和堇青石,sem显微结构研究表明样品中多为连通气孔,气孔分布较为均匀,孔径大小为8.33~51.67μm。通过改变烧成温度、红柱石颗粒级配比,研究了提高样品气孔率的方法。在a2配方的基础上,在1320~1420℃的温度范围内探讨了烧成温度对样品性能的影响。实验结果表明:改变烧成温度并不能显著提高样品的气孔率,但可显著提高样品的抗折强度,由1360℃的46.70mpa提高到1380℃的91.33mpa。设计了t系列新级配比配方,实验发现,当红柱石颗粒级配比为48目(300μm):120目(125μm)=60:40(质量百分比)时,经1280℃烧成的t2样品吸水率和气孔率达到最大,吸水率23.72%,气孔率40.28%,体积密度1.70g/cm3,抗折强度39.34mpa,30次热震后强度损失率3.69%,气孔率40.31%。提高红柱石多孔陶瓷气孔率的途径是增大细颗粒红柱石的粒径,细颗粒红柱石的粒径由63μm增大到125μm,样品的气孔率由39.16%增大至40.28%,且烧成温度由1360℃降低到1280℃。以a1配方(烧成温度1360℃)为多孔陶瓷支撑体,在其表面涂覆了纤维膜过渡层、再涂过滤层,研制了孔梯度的红柱石多孔陶瓷。研究了烧成温度、不同的纤维添加量及过滤层的涂覆方式对样品结构与性能的影响;测试了最佳样品的耐酸耐碱性;采用sem及专业图像分析软件image-proplus6.0分析了基体、纤维过渡层和过滤膜的孔径及分布。结果表明,设计的陶瓷纤维过渡层、陶瓷颗粒过滤膜层与基体三者之间具有优良的结合性能,过渡层中纤维添加量为80wt%,经1080℃烧成后样品性能最佳;红柱石多孔陶瓷基体的孔径为40~45μm,纤维过渡层的孔径为7~9μm,过滤膜的孔径为2.5~10μm。样品的耐酸性为99.35%,耐碱性为98.49%,满足高温除尘应用要求。纤维膜、过滤层与支撑体的结合机理表明,在设计纤维膜及过滤层配方时,使其配方组成与支撑体的组成相近或相同,三者之间的热膨胀系数相近,制得的样品表面平整、无裂纹。
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【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.7

【参考文献】