шихта для получения пористого керамического материала

Формула изобретения

Шихта для получения пористого керамического материала, содержащая монофракционный электрокорунд, мелкодисперсную минеральную связку и органическое связующее, отличающаяся тем, что мелкодисперсная связка включает следующие компоненты, мас.%:

Дистен-силлиманит	9-41
Оксидал	6-61
Глинозем ГК	9-40
Каолин	3-13
Бентонит	4-9
Глина	1-4

при соотношении компонентов шихты, мас.%:

Электрокорундовый наполнитель	10-70
Мелкодисперсная связка	30-90
Органическое связующее сверх 100%	4-6

и отношении размера частиц мелкодисперсной смеси и электрокорундового наполнителя от 0,02 до 0,06.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористой, проницаемой керамики для изготовления керамических фильтрующих элементов.

Разработка установок для очистки горячих газов с температурой до 1000°С потребовала создания фильтрующих элементов с повышенными требованиями к механической прочности и термической стойкостью, их эффективной работоспособности в условиях коррозионного воздействия кислотных или щелочных компонентов отходящих газов, с высокой степенью очистки от пылевых частиц размером 1-2 мкм.

Основным методом получения пористой проницаемой керамики является использование шихты, содержащей наполнитель определенной дисперсности, минеральные связки, формирующие макро- и микроструктуру и органические связующие для придания транспортной прочности полуфабрикату (Смирнова К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. - М: Стройиздат, 1968 -196 с; Беркман А.С., Мельникова Н.Г. Пористая проницаемая керамика - Л.: Стройиздат, 19691-141 с; Пугин B.C. Пористые проницаемые материалы - Киев: Наукова Думка, 1970).

Соотношение наполнителя и керамической связки определяют объемное содержание проницаемых пор, их гидравлический диаметр, компоненты керамического связующего формируют прочностные и термопрочностные характеристики, а кристаллические структуры, образующиеся в процессе синтеза проницаемой керамики, должны обеспечивать эффективную работоспособность в условиях воздействия кислотных или щелочных компонентов очищаемых газов.

Практика показала, что амфотерный оксид алюминия эффективно работает в кислотных и щелочных средах и может быть использован в качестве наполнителя.

Известны шихты для получения пористого керамического материала, содержащие в основном электрокорундовые наполнители с использованием в качестве минеральной связки простых и сложных оксидных соединений и органических связующих (SU 1013435, 23.04.1983, SU 1036704, 23.08.1983, SU 1654290, 07.06.1991, RU 2033987, 30.04.1995, RU 2114090, 27.06.1998).

Недостатками пористой керамики из известных шихт являются невысокие значения проницаемой пористости и прочности, получаемый минимальный гидравлический размер пор, на уровне 18-20 мкм, не позволяет использовать известные шихты для изготовления фильтрующих элементов для очистки газов с пылевыми частицами размером 1-2 мкм, а образующиеся кристаллические фазы не устойчивы в кислотных или щелочных средах.

Наиболее близким к заявляемому объекту по решаемой технической задаче - прототипом - является масса для изготовления пористой фильтрующей керамики, включающая фракционированный электрокорунд или шамот, в качестве глинистого компонента - натриевый монтмориллонит и органическую связку в виде декстрина или поливинилацетатную связку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный монофракционный электрокорунд
или шамот, или их смесь в соотношении 1:1	69-78
Натриевый монтмориллонит	21-30
Органическая связка	1-5

(SU 1654290 А 1, кл. С 04 В 38/00, опубл. 07.06.1991 Бюл.21) Недостатком известной смеси является то, что она содержит повышенное содержание натриевого монтмориллонита, что снижает общую пористость материала. Синтезированные фазы обладают низкой устойчивостью, как в щелочной, так и в кислотной среде, а размеры пор при фракциях корунда 40-50 мкм не позволяют достичь возможной очистки от пыли размером 1-2 мкм вследствие большого коэффициента вариации гидравлического диаметра пор.

Задачей изобретения является разработка шихты для изготовления пористого проницаемого, керамического материала, обеспечивающей достижение цели изобретения - повышение качества пористого керамического материала.

Поставленная цель достигается в отличие от известной шихты тем, что мелкодисперсная связка включает следующие компоненты, мас.%

Димстен-силлиманит	9-41
Глинозем ГК	9-40
Оксидал	6-61
Каолин	3-13
Бентонит	4-9
Глина	1-4

при соотношении компонентов шихты, мас.%, электрокорундовый наполнитель 10-70, мелкодисперсная связка 3-90, органическое связующее сверх 100% 4-6 и соотношении размера частиц мелкодисперсной смеси и электрокорундового наполнителя от 0,02 до 0,06

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем:

- присутствие дистена увеличивает открытую и проницаемую пористость вследствие увеличения объема при переходе более плотного кианита тригональной структуры в ромбический муллит с менее плотной упаковкой и компенсирует усадочные процессы за счет образования жидких фаз бентонита и глинистых компонентов;

- совокупность компонентов мелкодисперсной смеси позволяет получать пористый проницаемый материал с равномерным объемным распределением мелких пор, с узким доверительным интервалом их размеров, а процентное соотношение компонентов обусловлено граничными условиями: минимальное содержание компонентов не приводит к повышению прочности пористого каркаса при максимальной его пористости, максимальное содержание компонентов резко снижает объем проницаемых пор при максимальной прочности;

- введение оксидала ( - Al₂О₃) и глинозема ГК позволяет устранить возможные дефекты пористого каркаса, образованного электрокорундовым наполнителем, а соотношение размеров частиц мелкодисперсной смеси и электрокорундового наполнителя от 0,02 до 0,06 позволяет получать мелкие поры в широком диапазоне общей пористости;

- временное технологическое связующее в виде водного раствора декстрина при содержании 4-6% на сухой вес сверх 100% не участвует в образовании кристаллических фаз пористого материала, а используется как средство для придания прочности полуфабриката при прессовании и транспортировке в технологических операциях.

Пример изготовления шихты

Для изготовления шихты были использованы компоненты:

Электрокорунд, ТУ 3988-075-0022450-99;

Дистен-силлиманит ТУ - 11-10-017-93;

Оксидал ( - Al₂О₃) - пыль электрофильтров Ачинского глиноземного комбината, очищенная от железа и щелочных компонентов ТУ - 8.39157-26003;

Глинозем ГК-1 Гост 30559-98;

Каолин КЕ-1 ТУ - 57-29-070-00284530-96.

Бентонит Болгарский ТУ-3-94-08-658-86

Глина Печорская ТУ - 56171-05

Все компоненты керамической связки были подготовлены путем дробления и измельчения до величины частиц 1-3 мкм. Из подготовленных компонентов изготавливали шихту. Схема изготовления шихты во всех вариантах была идентична и состояла в следующем: смешивали расчетное количество электрокорунда, оксидала, дистен-силлиманита, глинозема всухую в течение 5-10 мин, добавляли раствор декстрина в воде и продолжали смешение в течение 5 мин, к подготовленной массе добавляли смесь глинистых компонентов, смешанных всухую, в течение 3-5 мин, и все компоненты дополнительно перемешивали в течение 5-10 мин. Подготовленную шихту помещали в герметичную емкость и осуществляли вылежку в течение 24-48 часов.

Подготовленную шихту формовали в металлических пресс-формах при давлении 20-40 мПа, превышение которого нецелесообразно из-за разрушения крупных фракций наполнителя.

Отформованные плиты размером 300×300×10 мм спекали в воздушной среде при температуре 1300±100°С. Примеры составов и характеристики проницаемых, керамических фильтрующих элементов представлены в таблице 1, 2. Изделия, изготовленные из предлагаемых шихт, были испытаны на демонстрационной мусоросжигающей установке, в интервале температур отходящих газов 500-700°С, результаты испытаний показали эффективность работы проницаемых, керамических материалов, позволивших достигнуть степени очистки воздуха 99,9% от продуктов сжигания твердых бытовых отходов.

Таким образом, была подтверждена техническая полезность и реализованы поставленные цели, а также выявлена возможность использования предложенного технического решения для изготовления керамического проницаемого материала для сохранения экологии окружающей среды.

Таблица 1. Характеристики фильтрующих материалов.
Компоненты шихты	Содержание компонентов, масс.%					Прототип
	Шихта 1	Шихта 2		Шихта 3
Электрокорунд (50-60 мкм)	10	40		70		69
Дистен-силлиманит	7,8	9,7		11,6
Оксидал	52,8	27,3		1,7
Глинозем	7,7	9,5		11,3
Каолин	11,2	6,0		0,9
Бентонит	3,5	3,0		2,5		30
Глина	3,5	1,9		0,3
Декстрин	3,5	2,6		1,7		1,0
Таблица 2
Характеристика	Предложенное техническое решение						Прототип
	1		2		3
Пористость, %	40		50		65		27-32
Размер пор, мкм	1,2		1,5		2,0		21
Проницаемость, пм2	10		15		20		5
Прочность, МПа	90		82		60		50-55
Термостойкость теплосмен (1000±50)°С охлаждение в воде	15		12		10		8
Кислотостойкость %	99,2		99,7		99,8		95,6
Щелочестойкость, %	100		100		100		98,5