第四讲化工陶瓷生产及其工程应用 化工陶瓷的种类及性能要求 化工陶瓷是化学工业中一种重要的非金属耐腐蚀材料。它不易氧化,具有优异 的耐腐蚀性能、良好的硬度与刚度和很髙的耐压强度。在湿氯、盐水、盐酸和醋酸 等介质中,其耐腐蚀性、耐磨性、不污染介质等性能相当优越。广泛应用于石油化 工、化肥、制药、食品、造纸、冶炼、化纤和电镀等工业中。使用温度一般在15~ l00℃,温差不宜大于50℃。但它属于脆性材料,抗张强度和抗冲击强度不髙。热稳 定性也较差。 化工陶瓷的主要种类 (一)化学反应设备 化工陶瓷常用于制造耐酸陶瓷塔和容器等反应设备。耐酸陶瓷塔按用途可分为 吸收塔,反应塔、回收搭和干燥塔等。塔内零件如分配盘,多孔板和填充圈等都用 陶瓷材料制成 耐酸陶瓷容器,主要用于贮存或中间收集各种腐蚀性液体和气体。按用途不同 分为贮酸坛,四口计量反应坛、髙位槽、酸洗槽、电解槽和真空过滤器等。器型有 平底型、锅底型和球型等。 此外,耐酸陶瓷搅拌器、粉碎机械和热交换设备等也是化工生产中必不可少的 设备。 (二)流体输送设备 化工陶瓷也常用于制造耐酸管道、阀、泵、风机和喷射器等流体输送设备。耐 酸陶瓷管道和阀门己被用来代替某些金属管道,用于输送腐蚀性液体和含有固体颗 粒的磨蚀流体,耐酸陶瓷管道分为承插式和法兰式两种。耐酸陶瓷阀门按结构形式 分为截止阀、隔膜阀,各种旋塞和铠装平面阀等 陶瓷泵广泛用于各种化学工业生产中输送除氢氟酸,浓碱以外的所有化学液体、 悬浮液和气体。泵的过流部件如叶轮、泵体、泵盖都用陶瓷材料或玻璃钢制成。我 国生产的耐酸陶瓷泵主要有单级单吸离心泵、耐酸陶瓷砂浆泵、耐酸陶瓷液环真空 泵和陶瓷喷射泵等
第四讲 化工陶瓷生产及其工程应用 一 化工陶瓷的种类及性能要求 化工陶瓷是化学工业中一种重要的非金属耐腐蚀材料。它不易氧化，具有优异 的耐腐蚀性能、良好的硬度与刚度和很高的耐压强度。在湿氯、盐水、盐酸和醋酸 等介质中，其耐腐蚀性、耐磨性、不污染介质等性能相当优越。广泛应用于石油化 工、化肥、制药、食品、造纸、冶炼、化纤和电镀等工业中。使用温度一般在15～ 100℃，温差不宜大于50℃。但它属于脆性材料，抗张强度和抗冲击强度不高。热稳 定性也较差。 一、化工陶瓷的主要种类 （一）化学反应设备 化工陶瓷常用于制造耐酸陶瓷塔和容器等反应设备。耐酸陶瓷塔按用途可分为 吸收塔，反应塔、回收搭和干燥塔等。塔内零件如分配盘，多孔板和填充圈等都用 陶瓷材料制成。 耐酸陶瓷容器，主要用于贮存或中间收集各种腐蚀性液体和气体。按用途不同 分为贮酸坛，四口计量反应坛、高位槽、酸洗槽、电解槽和真空过滤器等。器型有 平底型、锅底型和球型等。 此外，耐酸陶瓷搅拌器、粉碎机械和热交换设备等也是化工生产中必不可少的 设备。 （二）流体输送设备 化工陶瓷也常用于制造耐酸管道、阀、泵、风机和喷射器等流体输送设备。耐 酸陶瓷管道和阀门已被用来代替某些金属管道，用于输送腐蚀性液体和含有固体颗 粒的磨蚀流体，耐酸陶瓷管道分为承插式和法兰式两种。耐酸陶瓷阀门按结构形式 分为截止阀、隔膜阀，各种旋塞和铠装平面阀等。 陶瓷泵广泛用于各种化学工业生产中输送除氢氟酸，浓碱以外的所有化学液体、 悬浮液和气体。泵的过流部件如叶轮、泵体、泵盖都用陶瓷材料或玻璃钢制成。我 国生产的耐酸陶瓷泵主要有单级单吸离心泵、耐酸陶瓷砂浆泵、耐酸陶瓷液环真空 泵和陶瓷喷射泵等
耐酸陶鼓风机用于输送湿氯气、亚硫酸气、二氧化硫气和氧气、氮气等气体。 风机内部所有接触气体的部件如叶轮、壳体都用陶瓷材料制成。陶瓷叶轮与主轴用 粘接剂粘接。 (三)衬砌材料 化工生产中广泛采用陶瓷耐酸砖作衬砌材料,按性能分为两种。 (1)耐酸砖:主要使用在温度波动不大的条件下。用来砌筑受酸性气体和 液体侵蚀的地面,墙壁或砌筑温度低于100℃的大型耐酸池及大容量 贮槽等。 (2)耐酸耐温砖:可使用在100~150℃的条件下。具有较高的热稳定性 作耐腐蚀村里材料,如酸法造纸工业中的蒸煮锅,回收锅和贮槽等 (四)过滤材料 多孔陶瓷是近代陶瓷工业中的一个新品种,具有耐腐蚀、耐高温和强度髙的特 点。它可以用于酸液、电镀液以至熔融金属液的过滤和各种有害废气的净化。过滤 材料的气孔率30~60%,平均孔径0.5~750um,使用温度通常低于600℃ 目前,我国已形成了门类较齐全的化工陶瓷生产体系。宜兴、石湾、淄博,唐 山和锦州是我国化工陶瓷的重要产地。 二、化工陶瓷的物理机械性能 化工陶瓷不但要求耐化学腐蚀性能好,而且还要求不渗透、热稳定性好以及较 高的抗冲击强度。显然,要同时满足这几方面的要求是困难的,因此根据不同的用 途可以生产耐酸陶、耐酸耐温陶、耐酸瓷和刚玉瓷等化工陶瓷产品。化工陶瓷设备 的主要物理机械性能列于表4-1
耐酸陶鼓风机用于输送湿氯气、亚硫酸气、二氧化硫气和氧气、氮气等气体。 风机内部所有接触气体的部件如叶轮、壳体都用陶瓷材料制成。陶瓷叶轮与主轴用 粘接剂粘接。 （三）衬砌材料 化工生产中广泛采用陶瓷耐酸砖作衬砌材料，按性能分为两种。 （1） 耐酸砖：主要使用在温度波动不大的条件下。用来砌筑受酸性气体和 液体侵蚀的地面，墙壁或砌筑温度低于100℃的大型耐酸池及大容量 贮槽等。 （2） 耐酸耐温砖：可使用在100～150℃的条件下。具有较高的热稳定性。 作耐腐蚀村里材料，如酸法造纸工业中的蒸煮锅，回收锅和贮槽等。 （四）过滤材料 多孔陶瓷是近代陶瓷工业中的一个新品种，具有耐腐蚀、耐高温和强度高的特 点。它可以用于酸液、电镀液以至熔融金属液的过滤和各种有害废气的净化。过滤 材料的气孔率30～60％，平均孔径0.5～750um，使用温度通常低于600℃。 目前，我国已形成了门类较齐全的化工陶瓷生产体系。宜兴、石湾、淄博，唐 山和锦州是我国化工陶瓷的重要产地。 二、化工陶瓷的物理机械性能 化工陶瓷不但要求耐化学腐蚀性能好，而且还要求不渗透、热稳定性好以及较 高的抗冲击强度。显然，要同时满足这几方面的要求是困难的，因此根据不同的用 途可以生产耐酸陶、耐酸耐温陶、耐酸瓷和刚玉瓷等化工陶瓷产品。化工陶瓷设备 的主要物理机械性能列于表4-1
表3-1化工陶瓷物理机械性能 耐酸瓷 耐酸陶 耐酸耐温砖 铬刚玉 相对密度 2.2-2.3 2.1-2.2 气孔率(%) 8~16 吸水率(%) 耐酸度(%) 99.8 ≥99.7 98 莫氏硬度 7 抗压强度)(MPa) 460~660 80~120 抗拉强度(MPa) 4-8 抗弯强度(MPa) 65-8 30~50 98 抗冲击能(KJ/m2) 1.5~3.0 (1.0~1.5)×103 线膨胀系数(1/℃)(3-6)×106(4.5-6)×106 导热系数(W/(mk))1.04~1.2 0.92-1.04 耐温急变性△(℃) 130 200~250 100 坯料配方 化工陶瓷坯料大致分为耐酸瓷、耐酸陶、耐酸耐温陶和工业瓷4类。我国各类化 工陶瓷的化学组成范围列于表4-2。各种氧化物在酸性溶液中的溶解度大小可排列成 下列顺序:CaO>MgO>AnO3>R2 O>Feo3>SiO,即RO的耐酸性最弱,SiO耐酸性最 强。坯料中适当增加K2O含量,可利于增加莫来石晶体的析岀能力。几种化工陶瓷 坯料的实用配方列于表4-3 表4-3耐酸陶瓷的化学组成范围 表4-2耐酸陶瓷的化学组成范围 化学组成 AL,O, Fe,, K20+ Na,0+ CaO+ MgO 类 耐酸瓷 65-8015-30≤2 10 耐酸陶 耐酸耐温砖 2~10 刚玉瓷 15~2570~80
坯料配方 化工陶瓷坯料大致分为耐酸瓷、耐酸陶、耐酸耐温陶和工业瓷4类。我国各类化 工陶瓷的化学组成范围列于表4-2。各种氧化物在酸性溶液中的溶解度大小可排列成 下列顺序：CaO>MgO>Al2O3>R2O>Fe2O3>SiO2，即RO的耐酸性最弱，SiO2耐酸性最 强。坯料中适当增加K2O含量，可利于增加莫来石晶体的析出能力。几种化工陶瓷 坯料的实用配方列于表4-3。 表4-3 耐酸陶瓷的化学组成范围
表4-3几种化工陶瓷实用配方 废陶焦宝石滑石长石般烧 二氧 品种 粘土 熟料 熟料 氧化铝化钛 耐酸陶制品65 耐酸耐温砖 耐酸耐温设备 机械陶注浆泥70 刚玉瓷衬里 0.74 100 化工陶瓷的耐酸性在很大程度上取决于坯料的化学成分和矿物组成。耐酸度随 着莫来石晶相的増多而提髙,并随着吸水率的增大而降低。普通化工陶瓷的耐碱性 较差,要提髙制品的耐碱性、机械强度和热稳定性,就得在泥料中掺加各种矿物质 在泥料中添加氧化镁、氧化锌、氧化铬和氧化钡等,能提髙制品的耐碱性。添加氧 化锆、碳化硅和刚玉等能提高制品的热传导率和机械强度。 第二节化工陶瓷的生产工艺 化工陶瓷的生产工艺和日用陶瓷的生产工艺过程大体相同。由于大多数化工陶 瓷制品体积大、坯体厚、粘接附件多,因而成形操作体力劳动强度大、生产周期长。 另外,坯料中掺加较多熟料泽采用盐釉也是化工陶瓷生产的特点。典型的耐酸陶瓷 生产工艺流程见图4-1
化工陶瓷的耐酸性在很大程度上取决于坯料的化学成分和矿物组成。耐酸度随 着莫来石晶相的增多而提高，并随着吸水率的增大而降低。普通化工陶瓷的耐碱性 较差，要提高制品的耐碱性、机械强度和热稳定性，就得在泥料中掺加各种矿物质。 在泥料中添加氧化镁、氧化锌、氧化铬和氧化钡等，能提高制品的耐碱性。添加氧 化锆、碳化硅和刚玉等能提高制品的热传导率和机械强度。 第二节 化工陶瓷的生产工艺 化工陶瓷的生产工艺和日用陶瓷的生产工艺过程大体相同。由于大多数化工陶 瓷制品体积大、坯体厚、粘接附件多，因而成形操作体力劳动强度大、生产周期长。 另外，坯料中掺加较多熟料泽采用盐釉也是化工陶瓷生产的特点。典型的耐酸陶瓷 生产工艺流程见图4-1
粘土 长石 熟料 淘洗 粉碎 压滤 筛分 配料 搅拌 练泥 球磨 成形 干燥 烧成 加工 装配 检验 成品 三坯料制备 化工陶瓷坯料制备分为湿法和干法两种。可塑坯料含水率16~22%。注浆坯料 含水率30~35%,压制坯料含水率8~10%。 1.塑性坯料制备 通常将粘土淘洗制成泥浆,按配比称取熟料和熔剂原料在粘土浆池中湿混合, 压滤脱水后练制成可塑泥料。也可以在练泥时将熟料和熔剂原料混入泥料中制成可 塑泥料。由于坯料中熟料较多,真空练泥时机械磨损很大,铁质易混入坯料中,故 一般采用单轴或双轴搅拌机混合,然后用螺旋练泥机捏练。多熟料坯泥一般不作真 空练泥。 2注浆坯料制备 般将粘土浆的压滤泥饼与熟料、熔剂等原料混合,湿法球磨制成注浆坯料 3半干压坯料制备
三 坯料制备 化工陶瓷坯料制备分为湿法和干法两种。可塑坯料含水率16～22％。注浆坯料 含水率30～35％，压制坯料含水率8～10％。 1. 塑性坯料制备 通常将粘土淘洗制成泥浆，按配比称取熟料和熔剂原料在粘土浆池中湿混合， 压滤脱水后练制成可塑泥料。也可以在练泥时将熟料和熔剂原料混入泥料中制成可 塑泥料。由于坯料中熟料较多，真空练泥时机械磨损很大，铁质易混入坯料中，故 一般采用单轴或双轴搅拌机混合，然后用螺旋练泥机捏练。多熟料坯泥一般不作真 空练泥。 2 注浆坯料制备 一般将粘土浆的压滤泥饼与熟料、熔剂等原料混合，湿法球磨制成注浆坯料。 3 半干压坯料制备 粘土 淘洗 压滤 球磨 配料 长石 熟料 粉 碎 筛分 干燥 烧成 加工 装配 搅拌 练泥 成形 成品 检验