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
Материал |
Содержание кристаллич.фазы, масс.% |
Δm |
Δ% |
||
Гиббсит (ρ=2,42 г/см3) |
Байерит (ρ=2,53 г/см3) |
Бемит
(ρ=3,04 г/см3) |
|||
ГД-12 | 100 | - | - | -0,3465 | -60,36 |
НПК-1 | 78 | 22 | - | -0,3465 | -59,98 |
НПК-2 | 100 | - | - | -0,3465 | -60,36 |
APYRAL 4 | 100 | - | - | -0,3465 | -60,36 |
APYRAL AOH 180E | - | - | 100 | -0,1502 | -35,25 |
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.
ГД12 | НПК-1 | НПК-2 | APYRAL 4 | APYRAL AOH 180E |
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
Тобж, °С |
Время обжига, ч |
Усадка |
Открытая пористость, % |
Средняя плотность, г/см3 |
Прочность на разрыв, кПа |
Sуд
(BET),м2/г |
dпор,мкм |
||
По высоте, % | По диаметру, % |
Δh/Δ d |
|||||||
ГД-12 |
|||||||||
1400 | 1 | 6,71 | 5,61 | 1,20 | 63,0 | 1,46 | 38 | 1,44 | 0,439 |
1500 | 1 | 11,61 | 11,31 | 1,03 | 56,0 | 1,76 | 332 | 1,30 | 0,429 |
НПК-1 | |||||||||
1400 | 1 | 8,35 | 7,94 | 1,05 | 65,0 | 1,38 | 623 | 5,22 | 0,125 |
1500 | 1 | 15,24 | 15,48 | 0,99 | 55,0 | 1,76 | 1063 | 4,90 | 0,112 |
НПК-2 | |||||||||
1400 | 1 | 5,25 | 4,76 | 1,11 | 65,0 | 1,35 | 147 | 4,96 | 0,131 |
1500 | 1 | 9,25 | 8,73 | 1,06 | 61,0 | 1,53 | 737 | 1,20 | 0,510 |
APYRAL 4 | |||||||||
1400 | 1 | 5,92 | 5,56 | 1,07 | 65,0 | 1,37 | 875 | 4,88 | 0,133 |
1500 | 1 | 9,90 | 8,73 | 1,14 | 62,0 | 1,51 | 2277 | 4,24 | 0,146 |
APYRAL AOH 180E |
|||||||||
1400 | 1 | 11,34 | 10,71 | 1,05 | 58,0 | 1,66 | 481 | 4,27 | 0,136 |
1500 | 1 | 14,84 | 14,09 | 1,05 | 53,0 | 1,86 | 607 | 2,57 | 0,207 |
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.
Все новости