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1、!热 气 体 净 化 用 的 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料薛 友 祥 孟 宪 谦 李 宪 景 李 杰 吴 庆 祝（ 中 材 高 新 材 料 股 份 有 限 公 司 ， 淄 博#$%&!）摘 要 从 分 析 热 气 体 净 化 用 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 性 能 特 点 着 手 ， 重 点 论 述 了 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 材 料 体 系 及 结构 设 计 、 制 备 工 艺 以 及 应 用 。关 键 词 陶 瓷 ( 净 化 ； 热 气 体 ； 制 备作 者 简 介 ： 薛 友 祥 （ !)*$ + ） ， 男 ， 本 科 ， 高 级 工 程 师 , 主 要 从 事
2、陶 瓷 过 滤 材 料 及 分 离 膜 材 料 的 研 究 开 发 工 作 ,高 温 陶 瓷 过 滤 技 术 是 #% 世 纪 % 年 代 发 展 起 来 的一 种 先 进 的 热 气 体 净 化 技 术 ， 在 许 多 行 业 都 具 有 很 大的 应 用 前 景 ， 如 冶 金 工 业 、 化 学 及 陶 瓷 工 业 中 高 温 烟 尘净 化 、 化 学 工 业 高 温 气 体 的 净 化 及 高 温 催 化 剂 的 回 收 、热 电 行 业 中 热 气 体 净 化 等 。 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 是 整 个高 温 陶 瓷 过 滤 技 术 的 关 键 ， 陶 瓷 过 滤 材 料 的
3、 耐 高 温 、 高压 性 能 、 抗 酸 碱 腐 蚀 、 热 稳 定 性 性 能 、 过 滤 性 能 、 清 洗 再生 性 能 以 及 使 用 寿 命 和 制 造 成 本 等 对 高 温 热 气 体 净 化用 高 温 陶 瓷 过 滤 器 的 推 广 应 用 有 很 大 的 影 响 。 本 文 结合 国 内 外 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 研 制 及 开 发 应 用 情 况 ，综 述 了 目 前 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 主 要 制 备 工 艺 、 产 品性 能 及 应 用 。! 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 性 能 要 求 及 材 质选 择 及 结 构 设 计!, ! 性
4、 能 要 求高 温 陶 瓷 热 气 体 过 滤 器 一 般 都 在 各 种 苛 刻 的 环 境条 件 下 工 作 ， 作 为 热 气 体 净 化 用 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 通常 要 求 具 有 -!. 高 的 机 械 强 度 、 耐 高 温 （ &% + )%/ .和 优 良 的 耐 介 质 腐 蚀 性 能 ； -#. 高 的 过 滤 精 度 （ !0） 和过 滤 气 速 以 及 低 的 压 力 降 ； -&. 易 于 反 吹 、 操 作 稳 定 、过 滤 效 率 高 ； （ 1） 具 有 良 好 的 热 稳 定 性 能 ， 能 够 承 受 频繁 的 高 压 脉 冲 冷 气 体 的
5、反 吹 造 成 的 热 冲 击 。 总 之 ， 高 的过 滤 效 率 、 良 好 的 耐 热 性 和 热 稳 定 性 能 以 及 过 滤 材 料的 长 期 安 定 性 和 稳 定 性 是 对 高 温 热 气 体 净 化 用 陶 瓷 过滤 材 料 的 一 个 基 本 性 能 要 求 。!, # 材 料 体 系在 各 种 高 压 、 高 温 含 尘 （ 烟 尘 ） 气 体 中 ， 通 常 含 有 大量 的 氧 化 性 和 还 原 性 组 分 （ 如 ： 23， 43#， 53#， 53， 6#，56# 等） 、 酸 性 和 碱 性 组 分 、 低 熔 点 金 属 化 合 物 等 ， 这 些介 质
6、对 高 温 过 滤 材 料 都 具 有 一 定 的 腐 蚀 能 力 ， 因 此 ， 良好 的 耐 高 温 、 高 压 和 化 学 稳 定 性 能 是 高 温 陶 瓷 过 滤 元件 的 基 本 条 件 。 目 前 已 研 制 开 发 的 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料主 要 包 括 ： （ !） 氧 化 物 陶 瓷 材 料 （ 氧 化 铝 7 莫 来 石 、 堇 青石 等 ） ； （ #） 非 氧 化 物 陶 瓷 材 料 （ 反 应 结 合 碳 化 硅 、 粘 土 结合 碳 化 硅 、 热 压 烧 结 氮 化 硅 等 ） 。 表 ! 和 表 # 是 目 前 已 研究 或 正 在 研 究 的 各
7、种 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 基 本 性 能 。从 表 !8 表 # 所 述 的 各 种 高 温 陶 瓷 过 滤 元 件 的 综 合性 能 来 看 8 刚 玉 质 过 滤 材 料 虽 然 机 械 强 度 和 抗 介 质 性能 较 好 ， 但 热 稳 定 性 能 较 差 ， 仅 适 用 于 低 温 操 作 。 碳 化硅 质 过 滤 材 料 虽 然 强 度 和 热 稳 定 性 较 好 ， 同 样 存 在 着高 温 介 质 氧 化 和 腐 蚀 问 题 。 堇 青 石 质 高 温 陶 瓷 过 滤 材料 8 具 有 耐 高 温 氧 化 性 能 尤 其 是 高 温 热 稳 定 性 能 较 好 ，
8、被 最 早 应 用 于 高 温 热 气 体 净 化 。 但 堇 青 石 陶 瓷 材 料 在高 温 下 ， 尤 其 在 含 碱 金 属 及 硫 组 分 较 高 的 情 况 下 ， 有 可能 会 因 为 组 成 晶 体 结 构 中 晶 粒 的 增 长 导 致 各 晶 相 结 构线 胀 系 数 不 同 而 造 成 产 品 微 裂 纹 的 产 生 ， 影 响 材 料 的材 料 名 称 化 学 组 成刚 玉 质莫 来 石堇 青 石硅 酸 铝 纤 维碳 化 硅9:#3&9:#3& #4;3#9:#3& $4;3# # !%?*/, &, $!, 1, 抗 热 震能 力低较 好较 好好较 好低较 好较 好较
9、 好差抗 氧 化能 力适 宜 操作 温 度 7 /$%!%!%!%)$%机 械强 度较 高较 高一 般差高材 料 名 称莫 来 石 7 氧 化 铝堇 青 石硅 酸 铝 纤 维碳 化 硅高高高中高高高中 7 低高中低低高 温 气 体 介 质 特 性碱 金 属 蒸 气 煤 气!# 年 第 $ 期%总 第&# 期综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综
10、述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评综 述 与 述 评现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶
11、 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷现 代 技 术 陶 瓷表 & 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 基 本 性 能表 ! 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 抗 介 质 腐 蚀 性 能!使 用 寿 命 。 另 外 ，
12、 #$%& 等(!)还 对 尖 晶 石 、 氧 化 铝 及#*+, 等 材 质 的 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 进 行 了 实 验 研 究 。 但从 目 前 国 外 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 开 发 应 用 范 围 来 看 ， 目前 的 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 开 发 主 要 还 是 集 中 在 碳 化硅 、 堇 青 石 和 陶 瓷 纤 维 材 料 方 面 。! # 产 品 结 构根 据 高 温 陶 瓷 过 滤 器 的 组 装 结 构 和 过 滤 方 式 不 同以 及 过 滤 性 能 不 同 ， 高 温 陶 瓷 过 滤 元 件 从 形 状 上 来 讲主 要 有 长 管 状
13、 、 烛 状 和 错 流 片 状 - 种 结 构 形 式 ， 而 从 微孔 结 构 上 来 讲 ， 又 可 分 为 均 质 和 复 合 膜 层 . 种 结 构 /见表 -0。相 比 之 下 1 双 层 或 多 层 结 构 的 烛 状 和 长 管 式 高 温陶 瓷 过 滤 元 件 1 也 就 是 孔 梯 度 陶 瓷 膜 过 滤 元 件 1 由 于其 显 微 结 构 是 由 微 孔 孔 径 较 大 的 支 撑 体 层 和 孔 径 相 对较 小 的 膜 过 滤 层 双 层 结 构 构 成 1 使 之 克 服 了 传 统 陶 瓷过 滤 元 件 压 力 损 失 高 和 过 滤 效 率 低 的 问 题 1
14、 实 现 了 流体 的 表 面 过 滤 ； 是 近 些 年 来 开 发 应 用 最 为 典 型 的 一 种结 构 形 式 。 膜 层 的 厚 度 主 要 取 决 膜 层 孔 径 大 小 ， 而 膜 层的 孔 径 又 主 要 与 需 捕 捉 的 杂 质 粒 子 的 粒 径 大 小 有 关 。关 于 这 一 点 ， 2&3$4 等【 .】等 曾 做 过 详 细 研 究 。 可 以 说 ， 过滤 元 件 结 构 设 计 、 膜 层 孔 径 的 确 定 和 膜 层 厚 度 控 制 对材 料 的 粒 子 捕 捉 和 过 滤 性 能 有 重 要 影 响 。. 高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 制 备 工
15、 艺高 温 陶 瓷 过 滤 材 料 的 制 备 主 要 包 括 支 撑 体 的 制 备工 艺 和 膜 层 的 制 备 工 艺 ， 这 在 文 献 (- 5 6) 中 都 提 到过 。 这 些 制 备 工 艺 主 要 包 括 ： 支 撑 体 的 挤 出 和 冷 等 静 压工 艺 ， 凝 浇 注 工 艺【 7】， 膜 层 的 喷 涂 和 化 学 气 相 沉 积 工艺 ， 陶 瓷 纤 维 过 滤 元 件 的 纤 维 编 织 和 缠 绕 工 艺 ， 陶 瓷 纤维 膜 的 真 空 抽 滤 成 型 工 艺 等 。$ ! 管 式 高 温 陶 瓷 过 滤 元 件 的 制 备管 式 高 温 陶 瓷 过 滤 元
16、件 分 烛 式 和 长 管 式 . 种 结 构形 式 。 最 早 用 于 高 温 气 体 净 化 的 管 式 高 温 陶 瓷 过 滤 元件 为 日 本 旭 硝 子 公 司 研 制 开 发 的 堇 青 石 质 烛 型 过 滤 元件 ， 后 来 日 本 84%+& 玻 璃 公 司 进 一 步 发 展 了 堇 青 石 质长 管 式 高 温 陶 瓷 过 滤 元 件 。 此 后 ， 随 着 高 温 陶 瓷 过 滤 技术 的 发 展 ， 管 式 高 温 陶 瓷 过 滤 元 件 的 制 备 工 艺 有 了 较大 的 进 展 ， 产 品 性 能 也 有 了 较 大 的 提 高 。.9 !9 ! 碳 化 硅 质 陶 瓷 复 合 膜 层 高 温 过 滤 元 件碳 化 硅 质 陶 瓷 复 合 膜 高 温 过 滤 元 件 最 早 是 由 德 国*:%;3&:%$） 和 涂 层 工 艺 ， 其 典型 的 产 品 为 ?+& *:%;3&A+B% C .D。 该 产 品 主 要 由 平均 粒 径 !ED!3 碳 化
