Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Юсупов Рашит Анварбекович

Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
<
Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Юсупов Рашит Анварбекович. Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.11 : Томск, 2005 170 c. РГБ ОД, 61:05-5/3715

Содержание к диссертации

Введение

1. получение пористых материалов с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (литературый обзор) 12

1.1. Физические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 12

1.2. Свойства пористых проницаемых материалов 32

1.3. СВС-фильтры 40

1.4. Выводы по обзору литературы 44

1.5. Постановка задачи 45

2. Материалы и методики исследований 47

2.1. Характеристика исходных порошков и приготовление реакционной смеси 47

2.2. Методика синтеза ППМ 51

2.3. Методика измерения скорости горения 53

2.4. Измерение температуры горения 55

2.5. Измерение газопроницаемости пористых материалов 58

2.6. Исследование химической стойкости ППМ 59

2.7. Рентгенографический анализ 60

2.8. Металлографические исследования 61

2.9. Микрорентгеноспектральный анализ 62

2.10. Определение пористости ППМ 63

3. Закономерности горения, формирования структуры и фазового состава ППМ на основе природных минералов 64

3.1.Термодинамический анализ исследованных систем 64

3.2. Закономерности горения порошковых систем на основе ильменита при получении ППМ ...74

3.3. Формирование структуры и фазового состава ППМ на основе ильменита 87

3.4. Выводы к главе 97

4. Синтез пористых изделий с использованием технологического горения и аттестация их эксплуатационных свойств 98

4.1. Технология получения пористых изделий 98

4.2. Эксплуатационные свойства ППМ 102

4.3. Выводы к главе 110

5. Промышленное применение пористых СВС материалов 111

5.1. Фильтры очистки питьевой воды 111

5.2. Фильтры очистки и аэрации сточных вод 120

5.3. Фильтры для очистки нефтепродуктов 124

5.4. Пористые материалы для теплообменных аппаратов 129

5.5. Электропроводные пористые носители катализатора 134

Выводы по диссертации 141

Список использованной литературы

Введение к работе

Ускоренное развитие техники потребовало создания новых конструкционных, в том числе пористых материалов, способных работать в условиях высоких температур, механических нагрузок, агрессивных средах и т.д. Благодаря наличию в пористых материалах взаимосвязанных пор и, как следствие этого, проницаемости их для жидкостей и газов, фильтры находят широкое применение во многих областях народного хозяйства: космической технике и сельском хозяйстве, машиностроении и медицине, радиоэлектронной и химической промышленности, атомной энергетике и приборостроении.

В зависимости от физико-химических свойств жидкостей и газов используются фильтры из различных материалов. К ним относятся ткани из искусственных и натуральных волокон, сетки из проволок, пористые материалы из порошков металлов, пористая керамика и некоторые другие материалы. Применение пористой керамики и металлокерамики непрерывно расширяется благодаря уникальному сочетанию высокой прочности и теплопроводности, химической и термической стойкости, стабильности параметров и других свойств.

Традиционно получение фильтрующих изделий из порошковых композиций основано на спекании их в высокотемпературных печах. Метод порошковой металлургии имеет ряд недостатков связанных со значительными энергетическими затратами, многостадийностью технологического процесса.

Одним из передовых методов получения пористых проницаемых керамических и металлокерамических материалов является энергосберегающий процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Особенность технологического горения заключается в использовании самоподдерживающих экзотермических реакций в порошковых системах, реализуемых в виде волны горения. Изменяя температуру и режим горения можно синтезировать материалы, как с изотропной, так и с анизотропной структурой, имеющие однородную или переменную пористость, а также использовать не только чистые вещества и соединения, но и рудные материалы.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы «Исследование физико-химических процессов СВС многофункциональных материалов, в том числе с использованием физических полей», ГР № 01.2.00100846.

Цель работы. Целью работы являлось разработка технологии получения пористых проницаемых материалов (ППМ) различного назначения методом СВС с использованием в качестве сырья природных концентратов ильменита, кварца и др.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

  1. На основе термодинамического анализа определить адиабатическую температуру горения систем на основе ильменита в газовых средах аргона и азота при различных давлениях и определить фазовый состав синтезируемых ППМ.

  2. Провести экспериментальное исследование влияние состава, плотности шихты, давления и состава окружающей атмосферы, геометрических размеров образцов на параметры горения, структуру, химический и фазовый состав ППМ.

Сопоставить результаты экспериментальных исследований с результатами термодинамического анализа.

  1. Исследовать механизм формирования пористых структур при различных режимах горения. Определить эффективность действия добавок на регулирование фазового состава и структуры синтезируемого материала.

  2. Найти оптимальные составы шихт и условия проведения синтеза для получения пористых изделий с заданными свойствами.

  3. Провести аттестацию фильтрующих элементов по физико-химическим параметрам.

6. Разработать технологию получения СВС-фильтров различного назначения.
Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты термодинамического анализа химических реакций в системах на
основе ильменита, определённые экспериментально зависимости параметров
горения, фазового состава и структуры НИМ от состава исходной шихты и давления
газовой среды.

  1. Механизм формирования скелетной пористой среды в волне горения из твёрдо-жидкой суспензии. Последовательность химических и фазовых превращений в системах на основе ильменита при различных режимах горения.

  2. Оптимальные составы шихт, условия проведения синтеза для получения изделий с заданными свойствами.

  3. Технология получения СВС-фильтров различного назначения.

Новизна полученных результатов

  1. Установлено, что формирование макроструктуры пористых материалов, получаемых в режиме СВС, в системе, содержащий ильменит, происходит в результате следующих основных этапов физико-химического преобразования в волне горения: прогрев частиц до температуры плавления алюминия, быстропротекающая реакция алюмотермического восстановления оксидов в сочетании с коалесценцией расплавленных частиц исходных компонентов и промежуточных продуктов реакции под действием поверхностных сил, образование пористого каркаса из связанных твёрдо-жидких капель конечного продукта. Сформированная в волне горения пористая структура сохраняется при последующем охлаждении.

  2. Установлено, что синтез конечных фаз осуществляется через образование сложных промежуточных оксидов и последующего их восстановления до интерметаллидов, оксида алюминия, карбидов, нитридов.

3. Установлено, что добавки Si, С, S1O2+ Al, Si+C, N2 к системе ильменит-
алюминий повышают температуру горения, а добавки АЬОз, Си, Сг снижают её, что
позволяет формировать структуру, пористость, проницаемость, химическую,
механическую и термическую стойкость фильтров. При изменении соотношения
жидкой и твёрдой фаз в волне горения и режима реакции указанные добавки
существенно видоизменяют параметры макро- и микроструктуры конечного
пористого материала.

Достоверность научных результатов и выводов определяется применением

новейших оптических методов исследования распространения волны горения,

современных методов анализа структуры и фазового состава. Сопоставлением экспериментальных результатов и результатов термодинамического анализа, химических и фазовых превращений, полученных автором, с имеющимися литературными данными.

Практическая ценность работы

Впервые синтезированы пористые проницаемые материалы на основе ильменита с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Разработаны составы шихт для получения фильтров с заданными эксплуатационными характеристиками.

Разработана технология изготовления фильтрующих элементов с заданными габаритами, формой и свойствами.

Публикации

Результаты диссертации отражены в 17 работах [1-17], опубликованных в российских и зарубежных журналах, сборниках, трудах и материалах симпозиумов, международных и всероссийских конференций. Получено 3 патента.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на 3rd International Symposium on Self-Propagation High-Temperature Synthesis, (Wuhan, China 1995), IV областной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (Томск 1998 г.), V International Symposium on SHS, (Moscow, Russia, 1999), Международной конференции «Техника и технология очистки и контроля воды» (Томск 1999 г.),

юбилейной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективного освоения минерально-сырьевых ресурсов Сибири и Дальнего Востока» (Томск 2000), III Международной научно-технической конференции «Проблемы промышленных СВС-технологий» (Барнаул 2000 г.), 10-th International Symposium ECOLOGY, (Bourgas, 2001), VI International Symposium on Self-Propagating High-Temperature Synthesis (Haifa, Israel 2001), III Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2002), II International symposium "Combustion and plasmochemistry". (Almaty, Kazakhstan, 2003 г.), IV Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск 2004 г.).

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, перечня использованной литературы и приложения. Объём диссертации составляет 177 страниц текста, 46 рисунков, 32 таблиц, 135 библиографических названий, 15 страниц приложения. В первой главе приводится обзор известных литературных данных о процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Представлен обзор литературы по пористым материалам и способам их получения. Вторая глава посвящена методикам исследования процессов горения и получаемых материалов. В третьей главе представлены результаты термодинамического анализа, исследования закономерностей и механизма СВС, формирование структуры и фазового состава ППМ на основе ильменита. Четвёртая глава посвящена технологии получения пористых материалов с использованием технологического горения и аттестация их эксплуатационных свойств. В пятой главе показано промышленное

применение пористых СВС материалов в качестве фильтров очистки жидкостей и газов, аэраторов, носителей катализаторов и т. д.

Свойства пористых проницаемых материалов

Как видно из этого рисунка, разрушение исходной структуры реагентов, характерное для всех процессов горения конденсированных систем, в СВС-процессах завершается образованием структуры продуктов. Наличие богатой зафронтальной картины различных физико-химических превращений представляет собой характерную особенность СВС и является предметом исследований структурной макрокинетики (СМК). Исследования структурной макрокинетики проводятся в двух направлениях [74]: 1. Изучение связей между конечной структурой, с одной стороны, структурой шихты и условиями горения, с другой; 2. Изучение динамики структурных превращений в зонах горения и, особенно, формирования конечной структуры. В последнем случае важную роль играют специально разработанные методы динамической рентгенографии (синхротронное излучение [75] и более перспективный метод динамической дифрактометрии [76], позволяющие изучать фазовый состав вещества непосредственно в зоне горения; термографии волны горения [77], а также способы эффективной закалки с последующим анализом образовавшихся продуктов вдоль направления распространения волны горения [78].

Разработанные методы позволяют проследить весь переход от разрушения исходной структуры реагентов до структурообразования в продуктах горения, Без глубокого знания закономерностей и механизмов эволюции структуры в волне горения невозможно осознанно управлять структурой продукта, а в конечном счете, получить материал с необходимым уровнем свойств.

Фильтрация как метод очистки различного рода жидкостей и газов используется человеком с давних времён. В настоящее время известен ряд фундаментальных трудов, посвященных какому-либо отдельному разделению твёрдой и жидких фаз, находящихся в суспензии [79-82]. Другими авторами параллельно рассматривается один или несколько способов разделения суспензий [83-84]. В связи с введением в действие ГОСТ 17216-71 "Промышленная чистота. Классы чистоты жидкостей" вопросы повышения чистоты жидкости и газов приобрели ещё более важное значение. Поэтому большое внимание уделяется изучению свойств, технологических и эксплуатационных характеристик пористых проницаемых материалов (ППМ), результаты которых опубликованы в отечественной и зарубежной периодической печати [85-97].

Все существующие пористые материалы по применению можно разделить на три группы:

1. Фильтрующие ППМ, процесс эксплуатации которых характеризует наличие избыточного давления газа или жидкости, которые проходят по поровым каналам, очищаются, гомогенизируются, разделяются, смешиваются и т.п.. Это фильтры, смесители, глушители шума, аэраторы, огнепреградители и др.

2. Капилярно-пористые ППМ, работа которых основана на использовании капиллярного давления, возникающего на границе раздела жидкость-газ. Это испарители, конденсаторы, фитили тепловых труб, капиллярные насосы, гидравлические затворы и др.

3. К пористым материалам со специальными свойствами отнесены материалы, для которых в процессе эксплуатации характерно взаимодействие поверхности пор с фазой, заранее выделенной или пропускаемой по поровым каналам, что интенсифицирует физические, химические и механические процессы. Это аноды, пластины аккумуляторных батарей, заменители костной ткани и др.

В зависимости от области применения фильтры изготовляются из различных материалов, которые различаются по физико-механическим свойствам, химическому составу, способам и технологии изготовления [98-99]. ППМ также характеризуются рядом параметров, совокупность которых даёт полное представление о свойствах пористого материала. К этим параметрам относятся: характеристики структуры материала, пористость и её распределение по объёму, проницаемость и распределение проницаемости по площади фильтрации пористого материала, форма, размер и извилистость пор, физико-химические свойства.

Измерение температуры горения

Максимальную температуру горения определяли по известной методике [121] вольфрам-рениевыми термопарами ВР5-ВР20 толщиной 10 10 м. При сжигании прессованных образцов термопара помещалась в полученное при прессовании с использованием специального пуансона или высверленное посередине нижнего торца образца канал диаметром 3-10" м, длиной (10-И2)-10 м до соприкосновения спая термопары с образцом (рис. 2.4). При достижении фронтом реакции термопары сигнал от неё поступал и фиксировался на диаграммной ленте быстродействующего самописца Н3031 и по величине полученного напряжения переводился в численные значения температуры [122]. Тарировка самописца производилась с помощью универсального измерительного прибора Р4833. Температуру горения также измеряли с помощью телевизионного измерительно-вычислительного устройства (ТИВУ) [123], изготовленного на базе цифровой цветной видеокамеры Panasonic DA 1EV, персонального компьютера и эталонного излучения светоизмерительной лампы СИ-10-300у, обеспечивающее измерение динамических тепловых полей волны горения в видимом диапазоне электромагнитного излучения (рисунок 2.5).. Интервал измеряемых температур от 800 до 2500 С. Погрешность измерений температуры не более 50 С.Значения скорости и температуры горения определяли по данным 3-5 опытов, разброс результатов отдельных измерений вокруг средних значений составлял не более 3-5 %.

Газопроницаемость К является одним из основных параметров пористой среды, определяющим течение в ней газа или жидкости [100]. Этот параметр является функцией плотности среды, размера и формы частиц из которых она состоит, структуры пористого вещества. Он с трудом поддаётся расчёту и поэтому его лучше определять экспериментальным методом согласно ГОСТ 25283-82. В качестве образца использовали ППМ в виде цилиндрической втулки, через которую пропускали газообразный азот с коэффициентом динамической вязкости 17.34-10"6 Па-с [124], градиентом давления от 0.2-105 до 1.6-105 Па и вода с коэффициентом динамической вязкости 1.18-10"5 Па-с [168], перепадом давления от 0.2-105 до 1.6-105 Па. После графического построения зависимости расхода газа или жидкости от градиента давления, определяли точку, соответствующую испытаниям в режиме ламинарного течения, так как для этого режима течения газов и жидкостей в порах характерна линейная зависимость между скоростью фильтрации и градиентом давления, а величина коэффициента проницаемости постоянна для данного материала. Согласно полученным значениям расхода газа (жидкости) и градиента давления определяли коэффициент проницаемости по формуле Дарси [130]: где Q- расход газа или жидкости; м /с, {і- коэффициент динамической вязкости; h-толщина образца в направлении течения газа (жидкости) м; S-активная поверхность сечения образца; м ; ДР-перепад давления газа или жидкости, Па.

Исследование химической стойкости ІДІМ

С помощью химического анализа определяли стойкость фильтров к воздействию различных жидких сред: — Вода дистиллированная, кипячение; — НС1 5 %, кипячение; — NaOH 1 %, кипячение; — H2S04 19 %, кипячение.

Для проведения химического анализа опытные образцы измельчённые в порошок дисперсностью 100 мкм, помещали в термостойкий стакан, добавляли 50 мл нужного раствора и нагревали до кипения. В одном стакане проводили холостой опыт с чистым фильтром. Раствор с порошком образца кипятили необходимое время. Затем охлаждали и отфильтровывали через предварительно взвешенный плотный фильтр "синяя лента". Осадок на фильтре промывали горячей дистиллированной водой до нейтральной реакции фильтрата. Фильтры с осадком и "холостой" помещали в сушильный шкаф и сушили при температуре 130 С в течении 1-2 часов. После этого фильтры охлаждали и взвешивали. Фильтры сушили до постоянных значений процента потери веса.

Процент потери веса рассчитывается по формуле: где q — навеска порошка; qj — вес фильтра после проведения всех операций; q2 — вес фильтра с осадком; qi = Ф-ДФ, (2.6) где Ф - исходный вес фильтра; ДФ - изменение веса фильтра; АЛ Ф-АМ ґп -ч м где ДМ - изменение веса фильтра холостого опыта; М - вес фильтра холостого опыта. Параметр ДФ характеризует химическую стойкость фильтра в среде. Чем меньше ДФ, тем больше стойкость фильтра. 2.7 Рентгенографический анализ

Закономерности горения порошковых систем на основе ильменита при получении ППМ

Горение порошковых систем на основе ильменита реализуются в широком интервале параметров: химического и гранулометрического составов, плотности, давления газовой атмосферы (Ar, N). В процессе получения ППМ используется реакция термического восстановления оксидов и прямого синтеза металлоподобных соединений и сплавов по следующей упрощённой интегральной реакционной схеме; FeTi03 + Si02 + Al + Si + С + Me + N2 -» AI,03 + Fe Ті .Si,, Al Me С N n + CO, Ї 3 7 o(i) p(i) y(i) 6(1) Mi) tO) Л( 7 где a(i) P(i), Y(i), 6(i), (i), ті(і), є(і) - стехиометрические коэффициенты элементов в металлоподобных соединениях.

В отличие от традиционного металлотермического метода получения сплавов [58], требующего отделения шлаков при получении ППМ, все продукты реакции являются целевыми.

В качестве базовой системы был выбран стехиометрический состав 73.56 мае. % РеТіОз + 26.4 мас. % Al, соответствующий полному восстановлению Fe и Ті. С целью изменения структуры и свойств ППМ в базовую систему вводили различные добавки. Их влияние на скорость горения показано на рисунке 3.2. По характеру влияния добавок на скорость горения их можно условно разделить на химически "активные" и "пассивные", которые соответственно ускоряют или замедляют горение (рисунок 3.2). Действие "активных" добавок (Al, Si, С, Si02+Al) объясняется повышением интегрального теплового эффекта реакции, а действие "пассивных" (А1203, Си, Сг) - снижением теплового эффекта реакции. Экспериментальные данные по влиянию различных добавок на скорость горения удовлетворительно согласуется с их расчётным влиянием на температуру горения. Действительно, добавки Si, С, Si+C, S1O2+AI повышают калорийность системы, а добавки А1203, Си, Сг - снижают (рисунок 3.1).

Интенсивное спекание продуктов реакции и превышение максимальной температурой горения (2170 -г- 2220 К по данным термопарных измерений) температур плавления большинства исходных компонентов и продуктов свидетельствуют о протекании процесса с участием расплава.

Зависимости скорости горения от относительной плотности смесей имеют экстремальный характер (рисунок 3.3), который объясняется различными тенденциями в изменении тепло физических и кинетических характеристик системы. Максимум зависимости u(pr) формируется, по-видимому, следующим образом. С повышением плотности увеличивается теплопроводность материала, улучшаются условия протекания гетерогенной реакции за счет повышения числа контактов между частицами компонентов; в результате скорость горения возрастает. Одновременно с ростом плотности усиливается расслоение образца в процессе реакции, что ведет к уменьшению скорости распространения тепла и скорости горения. Причиной расслоения является, по-видимому, действие давления газообразных продуктов реакции в условиях малой газопроницаемости образца, ухудшающейся с ростом плотности.

Другая тенденция в изменении теплофизических характеристик связана с объемной усадкой (спеканием) материала в процессе горения. Самоуплотнение образца способствует интенсификации теплопереноса и горения. Последнее, по-видимому, отразилось на кривой 1, рисунок 3.3, где с уменьшением плотности от 0.55 до 0.35 скорость горения увеличивается одновременно с ростом объемной усадки от 7% до 20%. На кривой 3.3 аналогичного роста скорости горения не наблюдается, что коррелирует с малой величиной усадки, ограничивающейся 5-8 %. На зависимость скорости горения от плотности влияет также равномерность растекания расплава в среде твёрдых компонентов.

Эксплуатационные свойства ППМ

Исходная вода через насос и систему трубопроводов подавалась в корпус аэратора (2), где за счёт барботирования сжатым воздухом вода насыщалась кислородом, и затем на патронный фильтр (8), где путём выделения соединений трёхвалентного железа происходил процесс очистки воды. Сжатый воздух подавался от компрессора АОС-7 с давлением до 5 кгс/см2расходом до 10 дм3/мин. Для удаления паров масла перед подачей в аэратор воздух пропускается через патронный фильтр (7). Излишки воздуха из корпуса аэратора сбрасывались через поплавковый клапан (6). При достижении потери напора воды на фильтре 1.0 -з- 1.5 кгс/см производилась регенерация фильтр-патрона путем последовательного пропускания воды и сжатого воздуха в направлении обратном фильтрации в течении 2-5-3 мин. и при необходимости механической очистки поверхности патрона. Потери напора воды и воздуха при регенерации поддерживались не выше 2 кгс/см2.

Химические и биологические исследования качества воды до и после очистки проведены в базовой лаборатории п/о Томскводоканал" в отделении по исследованию питьевой воды. Лаборатория аттестована на соответствие требований ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" Томским центром метрологии и стандартизации согласно РД-50-ІОМ-80 (от 27. 12. 1991 г.).

Серия экспериментов очистки воды состояла из 10 фильтроциклов (Приложение Е), с различными условиями фильтрации с целью выявления оптимального режима фильтрации. Каждый фильтроцикл включал в себя запуск системы в работу, стадию фильтрации до достижения предельной потери напора на фильтре 1.0 -г 1.5 атм. Повышенная эффективность удержания коллоидных примесей обеспечивала предварительной намывкой тонкодисперсного порошка керамики на поверхность фильтр-элемента. Намывной слой способствует дополнительной очистке воды вследствие сорбции примесей на порошке керамики, а также вследствие облегчённых условий регенерации.

В процессе фильтрации на поверхности фильтр-патрона происходит накопление осадков в виде слоя красно-коричневого цвета толщиной 0.5 ч- 1.0 мм, что ведёт к увеличению потери напора до 1.6 KDM . Анализ излома патрона показывает отсутствие проникновения отложений в глубину пористой керамики, что позволяет сделать вывод о слабом сцеплении слоя осадков с материалом фильтр-патрона. Регенерация фильтров проводилась путём последовательных этапов пропускания воды, воздуха, чередования вода-воздух в направлении обратном фильтрации в течении 2-КЇ минут с расходом 2ч-3 м/час-м и перепадом давления до 2.0 кгссм2. В результате происходит практически полное удаление слоя осадков, остаточные "островки" загрязнения составляют 5 -г 10 % поверхности фильтр-патрона. Окончательно осадки удалялись механической очисткой поверхности патрона.

Из результатов экспериментов следует, что фильтр-патроны обеспечивают эффективную очистку воды от солей железа, взвешенных веществ, сульфатов (до 85-г97 %), мпогократно снижают цветность воды, заметно очищают воду от нитратов и хлоридов (до 7-Ї-10 %). К оптимальному режиму можно отнести работу системы при скорости фильтрации 0.91 м/час с предварительной зарядкой 0.27 кг/м порошка керамзита и 18 дм /м композиционного раствора (в перерасчёте на 1 м фильтрующей поверхности).

Механизм очистного действия системы соответствует традиционно применяемому процессу обезжелезивания и заключается в окислении двухвалентного железа кислородом воздуха до образования гидроокиси, которая осаждается на поверхности фильтра совместно с другими дисперсными примесями. В данной системе функциональное назначение порошка керамзита или иного намывочного материала состоит в создании на поверхности фильт-патрона вторичного фильтрующего слоя, обеспечивающего удержание высокодисперсных примесей. Из результатов эксперимента (фильтроциклы 1,2) видно, что отсутствие намывочного материала приводит к повышенному содержанию железа в фильтрате вплоть до окончания фильтроцикла. Это, вероятно, связано с проскоком дисперсной гидроокиси железа через стенки фильтр-патрона. Намывочный материал резко увеличивает очистной эффект (фильтроциклы 3,4 и др.). С точки зрения технико-экономической эффективности, необходимо отметить относительную компактность установки, длительный фильтроцикл (до 100 ч.)э практически полное восстановление функциональных свойств фильтр-патрона при водо-воздушной промывке. Кроме того, при эксплуатации фильтра с зернистой загрузкой до 20 % очищаемой воды теряется на его периодическую регенерацию. При регенерации патронного фильтра данные потери снижаются до 1 %. Дополнительным преимуществом патронных фильтров является существенно меньшие затраты на создание необходимой фильтрующей поверхности (таблица 5.1).

Похожие диссертации на Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза