Масса для получения пористого керамического материала

 

Назначение: изобретение относится к производству пористой фильтрующей керамики, предназначенной для фильтрации жидкостей. Сущность изобретения: масса содержит электрокорунд с размером частиц 20 мкм 82,0 - 86,0 мас.%, стеклоэмаль с размером частиц 1 мкм 4,0 - 8,0 мас.%, водорастворимый полимер 0,5 - 0,9 мас.% и воду - остальное, причем стеклоэмаль имеет состав, мас.%: оксид кремния 66,5 (БФ SiO₂ ); оксид алюминия 1,9 (БФ Al₂O₃ ); оксид бора 13,9 (БФ B₂O₃ ); оксид кальция 2,5 (БФ CaO); оксид натрия 2,4 (БФ Na₂O ); оксид калия 2,1 (БФ K₂O ); оксид лития 5,1 (БФ Li₂O ); оксид титана 1,1 (БФ TiO₂ ); оксид цинка 1,9 (БФ ZnO); оксид кобальта 2,6 (БФ Co₂O₃ ). Получают материал с пористостью 41 - 44%, средним диаметром пор 7 мкм, пределом прочности при сжатии 12 - 24 МПа, стойкостью в 12%-ных растворах HNO₃ 66,5 - 99% (сохранение прочности от исходной и NaOH 71,1 - 99,6%. 2 табл.

Изобретение относится к производству пористой фильтрующей керамики, предназначенной для фильтрации жидкостей.

Известна керамическая масса, содержащая, мас.%: Шамотный наполнитель 2-5 Жидкое стекло 5-10 кремнезем, содержащий отвердитель (побочный продукт производства двойного суперфосфата) 0,5-3 Волокнистый отход мехового производства 6-10 Природный цеолит 8-20 Шамотный заполнитель Остальное [1] Пористый материал получают при температуре порядка 1300^оС. Известный состав позволяет снизить температуру спекания, однако, как показали исследования, недостатками указанного состава являются низкие механическая прочность и химическая устойчивость пористого изделия.

Известна также масса для изготовления пористой фильтрующей керамики [2] .

Масса содержит, мас. %: Электрокорунд М20 79,8 Глина веселовская ВГТ 5,7 AlCl₃ 9,6 ПВС 0,3 Вода 9,7 Масса в дозированном составе всех компонентов перемешивается в лопастной мешалке. Фильтры формуются в виде пластин методом пластического формования или трубок экструзий через фильеры. Обжиг проводят при 1300^оС.

Недостатками известного состава являются низкая механическая прочность и химическая стойкость, а также довольно широкое распределение пор по размеру (пор с размером 7,0 мкм согласно данным ртутной порометрии содержится 24%), что является весьма нежелательно при проведении фильтрации.

Техническим решением, наиболее близким к предложенному, является состав для получения пористого керамического материала, включающий 70-98 мас.% белого электрокорунда с размером частиц 0,1-3 мм, 2-30 мас.% стекла с размером частиц менее 0,04 мм, содержащего SiО₂, В₂О₃, Al₂О₃, ZnО, ВаО, МgО и органическое временное связующее [3].

Недостатком материала является сравнительно невысокая химическая стойкость.

Целью изобретения является повышение химической устойчивости материала и получение монопористостой структуры.

Для достижения поставленной цели предложена масса для изготовления керамического материала, имеющая следующий состав, мас.%: Электрокорунд с размером частиц 20 мкм 82,0-86,0 Стеклоэмаль с размером частиц мкм 4,0-8,0 Водорастворимый полимер 0,5-0,9 Вода Остальное Химический состав стеклоэмали дан в табл.1.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава было приготовлено несколько смесей. В качестве стеклоэмали использовали фритту, полученную из гранулята кислото-щелочестойкой стеклоэмали марки УЭС 300БФ (ОСТ 26-01-198/79) путем мокрого помола последней в шаровой мельнице с корундовыми мелющими телами в течение 40-80 ч и последующего седиментационного отделения фракции с размером частиц мкм.

В качестве водорастворимого полимера использовали поливиниловый сприт (ПВС, М= 52, СОО, остаточное количество ацетатных групп 2% ГОСТ 6-09-05-22-78), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ, М=38000, ГОСТ 6-09-2344-79), полиэтиленгликоль (ПЭГ, М-40000 фирмы "МЕRСК" ФРГ).

В качестве наполнителя использовали электроплавленный корунд производства Запорожского абразивного комбината марки М20 с размером частиц 20 мкм (ГОСТ 28-64-160-75).

Технология получения пористого керамического материала из предлагаемой массы включает: перемешивание в шаровой мельнице массы в дозированном составе всех компонентов в течение 20-30 мин до полной гомогенизации, формование образцов методом полусухого прессования (при удельном давлении 250-500 мг/см²) в виде дисков (толщина 2,5 мм диаметр 25 и 64 мм) и последующий двухстадийный обжиг, вначале, при температуре 400-600^оС в течение 30-60 мин для удаления полимера, а затем окончательное спекание при 1300^оС в течение 30-180 мин в шахтной электрической печи сопротивления.

Определение химической стойкости осуществлялось по изменению функциональной характеристики - механической прочности (предела прочности при сжатии) в % от исходной после кипячения стандартных образцов в виде цилиндров 20х20 в 12%-ных растворах кислоты (НNО₃) и щелочи (NаОН) соответственно в течение 24 ч. Распределение пор по размеру и величину открытой пористости определяли на ртутном поромере фирмы "МЕRIIМЕХ" (США).

Определение удельной водопроницаемости образцов пористой керамики проводили в ультрафильтрационной ячейке "ФМ-01".

Пример конкретного выполнения.

Берут 168 г электрокорунда (размер частиц 20 мкм) и 12 г стеклоэмали с размером частиц мкм, перемешивают в шаровой мельнице вначале всухую, а затем с добавлением 20 г раствора поливинилового спирта (в нем содержится 18,6 г воды и 1,4 г поливинилового спирта в расчете на вес сухого вещества) до полной гомогенизации. Состав полученной смеси соответствует примеру 2 в табл.2. Формование образцов осуществляют методом полусухого прессования при удельном давлении 300 кг/м² в виде дисков (толщина 2,5 мм диаметр 24 мм). Обжиг проводят в шахтной электрической печи сопротивления, вначале при температуре 450^оС в течении 45 мин с целью удаления ПВС, а затем спекание при 1300^оС в течение 120 мин. Характеристики полученного пористого керамического материала соответствуют примеру 2 в табл.2.

Пористый керамический материал, полученный на основе предлагаемой массы обладает более высокими технологическими показателями. Преимущества материала, полученного на основе предложенной массы, по сравнению с известной подтверждаются данными, приведенными в табл.2. Монопористость материала увеличивается в 1,9-2,4 раза, что характеризуется увеличением содержания пор с размером 7 мкм. Химическая стойкость материала к действию агрессивных сред увеличивается в 4,2-6,3 раза (для кислоты) и в 3,0-4,2 раза (для щелочи). Механическая прочность увеличивается в 1,04-1,65 раза. При этом не снижается открытая пористость и удельная водопроницаемость.

Формула изобретения

МАССА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащая электроплавленный корунд, органическое связующее и стеклофритту, включающую SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃ и оксид щелочноземельного элемента, отличающаяся тем, что, с целью повышения химической устойчивости материала и получения монопористой структуры, она содержит электрокорунд с размером частиц 20 мкм, в качестве органического связующего - раствор водорастворимого полимера в воде, стеклофритту с размером частиц не более 1 мкм, содержащую в качестве оксида щелочноземельного элемента CaO и дополнительно Na₂O, K₂O, Li₂O, TiO₂, ZnO, Co₂O₃ и имеющую состав, мас.%:
SiO₂ 66,5
Al₂O₃ 1,9
B₂O₃ 13,9
CaO 2,5
Na₂O 2,4
K₂O 2,1
Li₂O 5,1
TiO₂ 1,1
ZnO 1,9
Co₂O₃ 2,6
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный электрокорунд 82,0 - 86,0
Указанная стеклофритта 4,0 - 8,0
Водорастворимый полимер 0,5 - 0,9
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1