Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б. ЗАО «НТЦ «Бакор»

            Одним из высокоэффективных методов разделения жидких и газовых смесей является их разделение с использованием фильтрующих элементов из различных пористых проницаемых материалов.

            Фильтрующие элементы (ФЭ) из пористой проницаемой керамики (ППК) по сравнению с ФЭ, изготовленными из других материалов имеют ряд преимуществ: высокая температура эксплуатации (до 1500 - 1700?С); устойчивость в химически агрессивных средах; механическая прочность, в том числе при повышенных температурах; стойкость к микробиологическому разрушению. ФЭ из ППК можно регенерировать (воздухом, обратным током жидкости, промывкой в агрессивных жидкостях – кислотах и щёлочах, прокаливанием, воздействием ультразвука и т.д.), а также стерилизовать растворами содержащими хлор или «острым» паром. [1-2].

Для изготовления фильтрующих элементов из ППК в настоящее время наибольшее применение получили керамические материалы на основе оксида алюминия.

            Традиционные методы изготовления пористой проницаемой корундовой керамики: частичное спекание (твёрдофазовое) узкофракционированных порошков глинозёма; жидкофазное спекание узкофракционированных порошков (использование легкоплавких технологических связок); использование порошков из материалов с некубической структурой имеющих резко отличающиеся друг от друга ТКЛР в направлении главных кристаллографических осей; использование различных порообразователей [3

            В работе [4] предложена методика оценки объемных изменений отформованных образцах, происходящих в результате химических реакций и расчета значений конечной пористости образцов. Критерием, позволяющим оценивать реакции с точки зрения возможных объемных изменений, является объемный эффект реакции.

Было выдвинуто предположение о том, что за счет изменения объема при нагревании гидроксида алюминия (ГД) в результате химических реакций Al₂O₃·H₂O (бемит) = Al₂O₃ + H₂O_(г) и Al₂O₃·3H₂O (гиббсит) = Al₂O₃ + 3H₂O_(г) возможно получение ППК с пористостью превышающей значения пористости получаемой традиционными методами.

            Для проведения исследований в работе были использованы: ГД марки ГД-12 (пр-ва ОАО «Бокситогорский глинозем», ТУ 1711-001-00658716-99, получен при разложении алюминатных растворов методом карбонизации в производстве глинозема); ГД марки НПК-1 («ЧДА», пр-во Донецкого завода химических реактивов); ГД марки НПК-2 (пр-во Ачинского глинозёмного завода); ГД марки APYRAL 4 (пр-во фирмы Nabaltec AG, Германия); ГД марки APYRAL AOH 180E (пр-во фирмы Nabaltec AG, Германия).

            Формование образцов для проведения исследований осуществляли на гидропрессе ПГ-10 при давлении 70 МПа. Размеры образцов 25 мм, =25 мм. Образцы обжигали при температуре 800-1500ºС, время выдержки при максимальной температуре составило 1-100 ч. В качестве временной технологической связки использовали 7% водный раствор поливинилового спирта.

            Объемные эффекты реакций (гидроксид алюминия→оксид алюминия) для используемых в работе материалов приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Влияние фазового состава ГД алюминия на объёмный эффект реакции

Δm – изменение массы, выраженное в процентах; Δ – объемный эффект реакции

Реакции разложения ГД алюминия до оксида алюминия сопровождаются отрицательным объемным эффектом – происходит разрыхление структуры и увеличение пористости заготовки. Однако для моногидрата оксида алюминия этот эффект меньше, чем для тригидрата, в связи с чем можно ожидать более низкое значение пористости для образов из ГД марки APYRAL AOH 180E по сравнению с образцами из ГД других марок.

            В работе изучено влияние природы исходного материала (фазового состава, содержания аморфной фазы, а также формы и размеров кристаллов) и технологических факторов (температура и время обжига) на физико-технические свойства ППК.

            На рис. 1 представлены типичные микроструктуры образцов ППК после обжига, а в таблице 2 некоторые физико-технические свойства этих образцов.

Рис. 1. Микроструктура ППК из оксида алюминия полученного прокаливанием ГД алюминия (температура обжига 1500 ºС, время выдержки 1 ч)

Таблица 2. Влияние фазового состава ГД и температуры обжига на физико-технические свойства ППК

В результате проведённой работы:

1. Показана возможность получения ППК из ГД с пористостью 40-65%, удельной поверхностью 1-5 м²/г и средним размером пор 0,1-0,5 мкм.

2. Доказали, что использование в качестве сырья тригидратов оксида алюминия позволяет получить керамику с пористостью 55-65%, в то время как использование моногидрата – только 40-55%.

3. Установили, что для получения материала с высокой пористостью (~60%), высокой прочностью и приемлемым значением усадки (< 10-12%) может быть рекомендован материал APYRAL 4

Список литературы:

1. Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б. Исследование влияния концентрации H₂SO₄, HCI, NaOH и Na2CO3 на химическую стойкость пористой проницаемой керамики на алюмосиликатной связке, Стекло и керамика, № 10, 2011, с. 15-17.

2. Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б. Исследование влияния химического состава алюмосиликатной связки на физико-технические свойства пористой проницаемой керамики, Новые огнеупоры, № 11, 2011, с. 41-44.

3. Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б., Матыцин Я.Г. Влияние температуры обжига на спекание и физико-технические характеристики пористой проницаемой керамики на алюмосиликатной связке, Техника и технология силикатов, № 1, 2012, с.11-14.

4. Гузман И.Я. Реакционное спекание и его использование в технологии огнеупоров, М.: РХТУ, 1996. - 56с.