玄武巖纖維濾料過濾性能對比試驗研究

童 慶

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

玄武巖纖維由于具有天然的高強度、耐高溫、對腐蝕性介質作用的穩定性、耐用性、電絕緣性等特點，被廣泛應用于航空、軍事、水利、建材等工業領域[1-4]。但目前國內外關于將玄武巖纖維作為過濾材料，并對其過濾性能進行研究的還比較少。本文主要針對各類玄武巖纖維濾料表面改性前后的過濾性能及表面形態進行研究。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

本研究選用玄武巖纖維針刺及機織濾料試樣。試驗濾料的部分性能參數見表1。

1.2 試驗儀器及試驗條件

BPG-9100BH高溫干燥箱、動態濾料性能測試儀、JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，高真空模式分辨率為3.0nm，放大倍數為18X～30萬X，加速電壓為0.5k～30kV。濾料過濾性能試驗方法及試樣制備按照GB/T 6719-2009 相關要求執行。

1.3 試樣預處理

（1）首先將全部測試濾料樣品進行高溫預處理，以去除原有濾料纖維表面的化學物質干擾。

（2）將各種改性原料按比例配制成浸潤劑，再將浸潤劑均勻的分別涂覆在經高溫預處理后的測試濾料樣品（A2、A4）表面，再次經過熱定型，冷卻至常溫。

2 結果與討論

本研究數據較多，以經過表面處理玄武巖纖維針刺氈濾料（A2）試樣為例進行過濾的全過程研究。

2.1 第一階段

濾料1000Pa定壓噴吹30次過程見圖1。

圖1 1000Pa定壓噴吹30次阻力變化圖

由圖1可以看出，濾料開始的阻力為10.1Pa；30個周期結束時的殘余阻力為104.5Pa；濾料阻力達到第1個周期的時間為40分33秒；第30個周期的時間：3分45秒；30個周期的過濾效率為99.956%；30個周期的粉塵剝離率為90.5%。

濾料阻力達到1000Pa第1個周期的時間比第30個周期的時間要長，說明開始階段濾料透氣性好，阻力上升速度慢，時間長，到了第30個周期時，濾料表面粉塵堆積，透氣率下降，阻力增加速度快，時間變短。

2.2 第二階段

5s間隔噴吹10,000次老化過程見圖2。

由圖2可以看出，老化過程開始時的初始阻力為104.5Pa，老化過程結束時的殘余阻力為253.2Pa，顯示阻力上升。

2.3 第三階段

老化后濾料1000Pa定壓噴吹30次過程見圖3。

圖3 老化過程后1000Pa定壓噴吹30次阻力變化圖

由圖3可以看出，濾料開始的阻力為304.0Pa；30個周期結束時的殘余阻力為397.1Pa；濾料阻力達到第1個周期的時間為1分23秒；達到第30個周期的時間為1分9秒；30個周期的過濾效率為99.986%；30個周期的粉塵剝離率為60.9%。

達到1000Pa第1個周期的時間同樣比第30個周期的時間要長，但濾料經過前二個階段過濾測試后，濾料表面阻力已增大，透氣率繼續下降，此階段較第1階段，阻力增加速度更快，時間更短。

2.4 各類玄武巖纖維濾料試樣過濾性能對比研究（見表2）

由表2可以看出，A1試樣在常溫全過程段中第1階段至第3階段的過濾性能相關參數變化特點與A2試樣類似。A1、A2試樣的SEM圖見圖4和圖5。A2濾料由于表面經過涂層，30個周期后殘余阻力均高于A1樣。第1階段A2濾料表面因為有涂層處理，利于清灰，以致濾料阻力增加速度較慢，因而達到1000Pa所需時間要長于A1樣；30個周期后粉塵依然附著在A2濾料表面，阻力增長速度較快，以致30個周期后，濾料達到1000Pa所需時間要短于A1樣。測試進入第3階段，第1周期及第3周期A1、A2濾料達到1000Pa所需時間均大幅縮短。二者在過濾效率性能方面，差別不大，均表現優異。

表2 各試樣全過程過濾性能參數表

圖4 A1濾料試樣SEM圖

圖5 A2濾料試樣SEM圖

圖6 A3濾料試樣SEM圖

圖7 A4濾料試樣SEM圖

A3及A4濾料試樣由于采用機織工藝試樣的SEM圖見圖6和圖7，進入后續測試階段，皆因粉塵大量穿透濾料，測試無法完成，這也說明在采用噴吹清灰模式的條件下，機織濾料的過濾效率非常差。

3 結論

（1）經過表面處理后的玄武巖纖維針刺濾料在常溫全過程開始階段，濾料的過濾透氣性好，阻力增加較慢，隨著過濾過程的進行，濾料表面粉塵堆積，阻力增加變快。

（2）經過表面處理后的玄武巖纖維針刺濾料由于表面浸有浸潤劑，開始階段其過濾阻力增加較慢，但隨著過濾過程的持續，其過濾阻力要高于未經處理表面處理的針刺濾料，但最終二者的過濾效率依然優秀。

（3） 玄武巖纖維機織濾料由于其加工工藝不同，在采用噴吹清灰模式條件下，其過濾效率較差。

[1]MEDVEDYEV O, TSYBULYA Y. Basalt use in hot gas filtration[J].Filtration and Separation, 2005, 42(1)： 34-37.

[2]WANG Mingchao, ZHANG Zuoguang, LI Yubin, et al. Chemical durability and mechanical properties of alkali-proof basalt fiber and its reinforced epoxy composites [J].Reinforced Plastics and Composites, 2008, 27(4)： 393-407.

[3]KNOTKO A V, GARSHEV A V, DAVYDOVA I V, et al. Chemical processes during the heat treatment of basalt fibers [J].Protection of Metals, 2007, 43（7）： 694-700.

[4]張小良，沈恒根.高溫煙氣除塵用纖維濾料研究進展[J].中國安全生產科學技術，2009（5）：13-16.