環(huán)保論文:利用多孔陶瓷處理高溫轉(zhuǎn)爐煙氣的可行性分析

2. 多孔陶瓷的分類、性能及其處理高溫轉(zhuǎn)爐煙氣的可行性分析

多孔陶瓷稱為氣孔功能陶瓷，它是指具有一定尺寸和數(shù)量的孔隙結(jié)構(gòu)的新型固體陶瓷材料，又稱為綠色材料^[4]。

2.1 多孔陶瓷的分類

多孔陶瓷按孔形態(tài)結(jié)構(gòu)可分為2大類^[5]：即泡沫型和網(wǎng)眼型。泡沫型多孔陶瓷的氣孔是孤立的，其滲透率很低；網(wǎng)眼型多孔陶瓷為開孔三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，氣孔是相互貫通的，這種多孔陶瓷作為過濾材料具有的顯著特點(diǎn)為：流體通過時(shí)壓降小，比表面積大，與流體接觸效率高。

多孔陶瓷根據(jù)其材質(zhì)不同又可分為^[6]：①高硅質(zhì)硅酸鹽材料：主要以硬質(zhì)瓷渣，耐酸陶瓷渣及其它耐酸的合成陶瓷顆粒為骨料，具有耐水性和耐酸性，使用溫度達(dá)700℃；②鋁硅酸鹽材料：以耐火粘土熟料，燒礬土，硅線石和合成莫來石質(zhì)顆粒為骨料，具有耐酸性和耐弱酸性，使用溫度達(dá)1000℃；③硅藻土質(zhì)材料：主要以精選硅藻土為原料，加黏土燒結(jié)而成，用于精濾水和酸性介質(zhì)；④純碳質(zhì)材料：以低灰分煤或石油瀝青焦顆粒，或者加入部分石墨，用稀焦油粘結(jié)燒制而成，用于耐冷熱強(qiáng)酸，冷熱強(qiáng)堿介質(zhì)以及空氣消毒，過濾等；⑤剛玉和金剛砂材料：以不同型號(hào)的電熔剛玉和碳化硅顆粒為骨料，具有耐強(qiáng)酸，耐高溫特性，耐溫可達(dá)1600℃；⑥氮化硅材料：性能優(yōu)異的新型材料，具有高比強(qiáng)、耐高溫、抗氧化和耐磨損等特性；⑦碳化硅材料：以SiC作為骨料，加造孔劑常壓燒結(jié)而成，耐高溫、抗磨損、抗腐蝕，可用于過濾、分離、吸音等；⑧堇青石，鈦酸鋁材料：因其熱膨脹系數(shù)小，廣泛用于熱沖擊的環(huán)境；⑨其它材料。

2.2 多孔陶瓷的性能

多孔陶瓷具有如下性能^[7]，可適宜高溫過濾：

① 耐高溫性

多孔陶瓷經(jīng)高溫?zé)贫桑捎谄渥陨淼墓矁r(jià)鍵和復(fù)雜離子鍵的鍵合以及復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，而具有較高的耐高溫性能。轉(zhuǎn)爐煙氣到達(dá)凈化裝置時(shí)，溫度大約1000℃左右，多孔陶瓷的耐高溫性是進(jìn)行高溫過濾的基礎(chǔ)。

②孔徑分布

多孔陶瓷材料的性能主要是由微孔的表面化學(xué)特性和微孔的尺寸特性決定的，當(dāng)流體流經(jīng)孔隙時(shí)，內(nèi)外表面會(huì)產(chǎn)生各種各樣的物理效應(yīng)（如毛細(xì)虹吸效應(yīng)等），因而，多孔陶瓷材料具有較好的過濾性能，較小的透氣阻力，使流體能順利通過多孔陶瓷，不會(huì)產(chǎn)生滯留現(xiàn)象^[8]。

圖1 SiC多孔陶瓷斷面顯微結(jié)構(gòu)SEM圖

所以，多孔陶瓷的孔徑分布滿足高溫轉(zhuǎn)爐煙塵顆粒物粒徑較小，粒徑有一定范圍分布的

要求。

③耐磨性

多孔陶瓷由于其共價(jià)鍵和復(fù)雜離子鍵的鍵合以及復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，而具有耐磨蝕性能。

④抗熱震性

當(dāng)陶瓷材料經(jīng)受快速的溫度變化（熱震）時(shí)，就會(huì)形成巨大的應(yīng)力，在這種情況下，抵抗材料變?nèi)鹾蛿嗔训男阅艹蔀榭篃嵴鹦?。多孔陶瓷可用下式來預(yù)測(cè)材料的熱震性能：

▽T_c=0.2▽T_cs/(ρ/ρ_S)^1/2

式中 ▽T_CS = σ_fs/(E_Sα_S)——致密材料的熱震阻力；

σ_fs，E_S，α_S——致密材料的強(qiáng)度，彈性模量和熱膨脹系數(shù)，并且假設(shè)孔徑強(qiáng)度等于致密材料的強(qiáng)度。

此式表明，多孔陶瓷具有比致密材料更好的熱震性能，并隨相對(duì)密度的降低，以▽T_cs為指標(biāo)的材料熱震阻力增大。多孔陶瓷良好的抗熱震性，可以克服傳統(tǒng)陶瓷的脆性斷裂問題，很適用于高溫?zé)煔獾倪^濾除塵，最高工作溫度超過1000℃。

⑤生產(chǎn)工藝成熟，成本低廉

⑥其它優(yōu)點(diǎn)

(1)可持續(xù)運(yùn)行，不易堵塞，反吹間隙周期長(zhǎng)，反吹時(shí)間短，易于清堵再生，再生后可以恢復(fù)到初始狀態(tài)的水平。

(2)抗氧化，耐化學(xué)腐蝕，根據(jù)不同的過濾介質(zhì)，使用壽命一般為6個(gè)月～3年。

(3)過濾過程壓力損失較小。

通過對(duì)多孔陶瓷性能等分析，認(rèn)為多孔陶瓷過濾處理高溫轉(zhuǎn)爐煙氣是可行的。