泡沫陶瓷過濾板的研制

1、第25卷第2期2003年4月山東冶金ShandongMetallurgyVol125,NO12April2003泡沫陶瓷過濾板的研制王立家,張少華,趙秀芳,王樹棟(山東鋁業(yè)股份有限公司研究院,山東淄博255051)摘要:以自產(chǎn)氧化鋁為主要原料,氫氧化鋁為粘結(jié)劑合成原料,研制開發(fā)了用于鋁液過濾凈化的泡沫陶瓷過濾板。通過確定合理的配比和工藝,制品的各項(xiàng)物化性能皆達(dá)到應(yīng)用要求,年可節(jié)約費(fèi)用100萬元。關(guān)鍵詞:泡沫陶瓷過濾板;過濾凈化;氧化鋁;燒成制度中圖分類號:TQ174175+8111文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:100424620(2003)0220050203DevelopmentofFoamedC

2、eramicFilterPlatesWANGLi2jia,ZHANGShao2hua,ZHAOXiu2feng,WANGShu2dong(ResearchInstituteofShandongAluminumCo1,Ltd1,Zibo255051,China)Abstract:Thefoamedceramicfilterplatesthatareusedforfiltrationpurificationofliquidaluminumweredevelopedadoptingthealuminumoxideproducedbythemselvesasmainrawmaterialsandthe

3、aluminumsyntheticrawmaterialsofbinder1Afterestablishingreasonableproportionsand,propertyoftheproductsallmettheneedsofapplication1Therefore,iftheproductswtheicbeonemillionYuan1Keywords:foamedceramicfilteron;firingregime,求也越來越高,不能去除熔體鋁中細(xì)小和懸浮狀的非金屬夾雜物。因此人們研究了許多凈化方法,按其機(jī)理和形式的不同,可分為吸附凈化、物理凈化和過濾凈化1。過濾凈化是使金屬

4、液流經(jīng)某種介質(zhì),此種介質(zhì)按某種機(jī)理,捕捉夾雜物,從而凈化了金屬。1978年美國研制出的新型過濾器泡沫陶瓷過濾片2,為鑄鋁件的生產(chǎn)提供了一種高效率的過濾器,被廣泛用于半連續(xù)鑄錠和成型鑄件生產(chǎn)上。山東鋁業(yè)股份有限公司(簡稱山鋁)外購的過濾板系采用山鋁所產(chǎn)原料制造,而山鋁自20世紀(jì)60年代初就開始進(jìn)行非冶金用氧化鋁(原料及產(chǎn)品)的研制與生產(chǎn),技術(shù)與生產(chǎn)力量雄厚,完全有能力實(shí)現(xiàn)過濾板的自制。主要原料:以自產(chǎn)高溫氧化鋁作為過濾介質(zhì)的基體材料,該材料既不與鋁液發(fā)生反應(yīng),在焙燒過程中也不脫水,收縮率非常小,物理和化學(xué)性能(見表1)相對比較穩(wěn)定。輔助物料主要有:高嶺土、長石和膨潤土等,其化學(xué)成分見表2。表1高

5、溫氧化鋁物化性能%Al2O3SiO2Fe2O3Na2OCaOMgO真比重中位徑D50 gcm233189m01688表2輔助物料的化學(xué)成分%成分SiO2高嶺土60181長石68149膨潤土60120Fe2O3Al2O3CaO011001392415131011202119MgONa2O1010灼減5159112低溫粘結(jié)劑1試驗(yàn)方案111主要原料及輔助物料收稿日期:2002208201作者簡介:王立家(19682),男,山東淄博人,1991年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)半導(dǎo)體物理器件專業(yè)。現(xiàn)為山鋁研究院三所副所長、工程師。主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)品氧化鋁。低溫粘結(jié)劑的合成:采用山鋁生產(chǎn)的氫氧化鋁或擬薄水和工業(yè)磷

6、酸通過下面的反應(yīng)來合成:Al2O3nH2O+6H3PO42Al(H2PO4)3+(n+3)H2OAl2O3nH2O+3H3PO4Al2(HPO4)3+(n+3)H2O(1)(2)50王立家等泡沫陶瓷過濾板的研制2003年第2期Al2O3nH2O+2H3PO42AlPO4+(n+3)H2O(3)(1)與(2)式中生成的Al(H2PO4)3與Al2(HPO4)3具有粘結(jié)性,前者的粘結(jié)性最大,后者次之,而(3)式中的磷酸鋁無粘結(jié)性。為保證生成的是磷酸二氫鋁,而不是磷酸鋁,反應(yīng)時(shí)應(yīng)加入過量的磷酸。粘結(jié)機(jī)理:再燒結(jié)過程中磷酸二氫鋁將發(fā)生如下反應(yīng):2Al(H2PO4)3l2(H2P2O7)3+3H2O生成

7、的焦磷酸鋁,隨著溫度的升高便發(fā)生了偏磷酸的分子聚合:Al2(H2P2O7)3113成型載體2H2OnAl2(H2PO10)+1Al(PO3)nl(PO3)2+nH2O低溫粘結(jié)劑過多、料漿粘結(jié)性過大時(shí),在擠出多余的料漿(目的是防止胚料產(chǎn)生盲孔)之后,泡沫塑料絲網(wǎng)較難恢復(fù)原狀;加入粘結(jié)劑太少、料漿粘結(jié)性太小時(shí),料漿就不能更多地、更牢固地粘結(jié)在泡沫塑料絲網(wǎng)上,在脫塑之后,試塊就沒有強(qiáng)度,甚至散架。即使有一定強(qiáng)度,由于胚體掛上的料漿太稀薄,此時(shí)網(wǎng)結(jié)構(gòu)很細(xì)脆,整體強(qiáng)度就較差。11512干燥與燒成制度的制定試驗(yàn)采用金屬網(wǎng)制做烘箱板,作為掛漿后的泡沫試塊焙體放置的托板,先在室溫下自然晾干,再采用熱空氣干燥烘

8、干。燒成是制瓷過程中很關(guān)鍵的一步,掌握焙體在高溫焙燒過程中的變化規(guī)律,制訂出正確的燒成制度,是燒出高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵3。而研究各組分物料在加熱過程中的變化,又是確定燒成制度的基礎(chǔ)。以高嶺土的研究為例,其差熱曲線、脫水曲線、膨脹收縮曲線如圖243所示。通過對所用高嶺土進(jìn)行的差熱分析,結(jié)合目前:在400450,550時(shí)晶格水,600左右有一,。高嶺土脫水后的925,曲線上9251050有一強(qiáng)烈的放熱峰,是發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化所致。另外,高嶺土在加熱到9001020時(shí),發(fā)生一次劇烈的體積收縮。根據(jù)這些特征,試驗(yàn)時(shí)在相應(yīng)的溫度區(qū)400550、9201020采取低速升溫或保溫操作。蒸發(fā)期:以慢速升溫為宜,此階段目

9、的是去除泡沫塑料試塊中的結(jié)晶水。?；纱善?此期也以慢速升溫為宜,在400550保溫2h,9201020緩慢升溫并保溫2h。成型載體是制作過程中比較關(guān)鍵的材料,試驗(yàn)采用聚氨脂泡沫塑料作為成型載體。該載體網(wǎng)眼均勻、彈性較好,使用時(shí),在涂掛料漿之后,仍能恢復(fù)原狀,網(wǎng)眼大小及規(guī)格見表3。表3成型載體的規(guī)格尺寸 cm430×430×40360×360450×450×孔徑m1518101310注:(1)PPcm指每單位厘米上的孔洞數(shù)。114制作工藝流程泡沫陶瓷的制作工藝流程如圖1所示。泡沫塑料塊2結(jié)果與分析211成分確定與計(jì)算選定以高溫Al2O3、高嶺土

10、、長石三大原料為基元的基礎(chǔ)組分,按成分滿足法3初步計(jì)算組分比例,定出基礎(chǔ)配方。并在此基礎(chǔ)上調(diào)整其它小組分原料的加入量。膨潤土的量一般固定在3%左右,然后設(shè)高嶺土為Y份,長石為Z份,參照成Al2O3為X份、分為:SiO231169%,Al2O355140%,Na2O01621%,K2O0121%,CaO0113%,MgO01015%,計(jì)算得:2215 20X Y Z=40圖1泡沫陶瓷制作工藝流程115技術(shù)要點(diǎn)11511料漿的配制試驗(yàn)所用料漿是以Al2O3為主的多種成分的水狀懸膠,在制作胚料時(shí),該料漿能牢固地粘結(jié)在泡沫塑料絲網(wǎng)上。灌漿時(shí),料漿既不能太稠也不能太稀。太稠,料漿不易灌到泡沫塑料絲網(wǎng)上;

11、太稀則在塑料絲網(wǎng)上易發(fā)生沉降形成不均勻掛漿。所以,控制適當(dāng)?shù)乃质侵苽淞蠞{的關(guān)鍵所在。另外,料漿具有的粘結(jié)性也要適中,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)加入一般固定長石的量為20份,膨潤土的量為3份,則有:氧化鋁40份,高嶺土2215份,長石20份,512003年4月山東冶金第25卷圖2高嶺土差熱曲線圖3高嶺土脫水曲線圖4高嶺土膨脹收縮曲線膨潤土3份。換算成百分?jǐn)?shù):氧化鋁4617%,高嶺土2613%,長石23136%,膨潤土316%。212試驗(yàn)結(jié)果與討論21211對實(shí)驗(yàn)室制品進(jìn)行物化分析,結(jié)果列于表4,制品的XRD圖見圖5。從物化分析結(jié)果來看,實(shí)制度與制品強(qiáng)度的關(guān)系曲線。試驗(yàn)后期制定了合理的燒成制度,如在400550

12、保溫2h,9201020緩慢升溫并保溫2h等。通過嚴(yán)格控制燒成工藝,所得制品的強(qiáng)度有了較大的提高,平均強(qiáng)度達(dá)到0164MPa,如圖7中曲線1所示。而試驗(yàn)前期采用直接升溫到1260、保溫2h的燒成制度,如圖7中曲線2所示,所得制品的強(qiáng)度達(dá)不到使用要求,01038MPa。因此,是保證制。驗(yàn)室制品符合一般工業(yè)應(yīng)用要求。表4制品的物化分析結(jié)果化學(xué)成分 %物理性能XRDNa2OSiO2Al2O3Fe2O3CaOK2O強(qiáng)度 比重 孔徑0179715方石英2Al23圖7燒成制度纂制品強(qiáng)度的關(guān)系圖5制品的XRD圖方石英2Al2O3莫來石3結(jié)語311對試驗(yàn)室制品各項(xiàng)物化性能的測試表明,各項(xiàng)21212磷酸二氫鋁加入量對制品強(qiáng)度的影響圖6為磷酸二氫鋁加入量對制品強(qiáng)度的影響曲線。從圖6可以看出,不加磷酸二氫鋁,試驗(yàn)制品的強(qiáng)度很低,但磷酸二氫鋁的加入量并非越多越好,過量加入對強(qiáng)度的影響不大,加入量以2%為宜。指標(biāo)符合一般的工業(yè)應(yīng)用要求,已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)階段。312由于所用的主要原料和粘結(jié)劑原料均為山鋁2自產(chǎn),加之制作工藝簡單,成本在1000元