玄武岩纤维滤料过滤性能对比试验研究

童 庆

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

玄武岩纤维由于具有天然的高强度、耐高温、对腐蚀性介质作用的稳定性、耐用性、电绝缘性等特点，被广泛应用于航空、军事、水利、建材等工业领域[1-4]。但目前国内外关于将玄武岩纤维作为过滤材料，并对其过滤性能进行研究的还比较少。本文主要针对各类玄武岩纤维滤料表面改性前后的过滤性能及表面形态进行研究。

1 试验部分

1.1 试验材料

本研究选用玄武岩纤维针刺及机织滤料试样。试验滤料的部分性能参数见表1。

1.2 试验仪器及试验条件

BPG-9100BH高温干燥箱、动态滤料性能测试仪、JSM-5610LV型扫描电子显微镜，高真空模式分辨率为3.0nm，放大倍数为18X～30万X，加速电压为0.5k～30kV。滤料过滤性能试验方法及试样制备按照GB/T 6719-2009 相关要求执行。

1.3 试样预处理

（1）首先将全部测试滤料样品进行高温预处理，以去除原有滤料纤维表面的化学物质干扰。

（2）将各种改性原料按比例配制成浸润剂，再将浸润剂均匀的分别涂覆在经高温预处理后的测试滤料样品（A2、A4）表面，再次经过热定型，冷却至常温。

2 结果与讨论

本研究数据较多，以经过表面处理玄武岩纤维针刺毡滤料（A2）试样为例进行过滤的全过程研究。

2.1 第一阶段

滤料1000Pa定压喷吹30次过程见图1。

图1 1000Pa定压喷吹30次阻力变化图

由图1可以看出，滤料开始的阻力为10.1Pa；30个周期结束时的残余阻力为104.5Pa；滤料阻力达到第1个周期的时间为40分33秒；第30个周期的时间：3分45秒；30个周期的过滤效率为99.956%；30个周期的粉尘剥离率为90.5%。

滤料阻力达到1000Pa第1个周期的时间比第30个周期的时间要长，说明开始阶段滤料透气性好，阻力上升速度慢，时间长，到了第30个周期时，滤料表面粉尘堆积，透气率下降，阻力增加速度快，时间变短。

2.2 第二阶段

5s间隔喷吹10,000次老化过程见图2。

由图2可以看出，老化过程开始时的初始阻力为104.5Pa，老化过程结束时的残余阻力为253.2Pa，显示阻力上升。

2.3 第三阶段

老化后滤料1000Pa定压喷吹30次过程见图3。

图3 老化过程后1000Pa定压喷吹30次阻力变化图

由图3可以看出，滤料开始的阻力为304.0Pa；30个周期结束时的残余阻力为397.1Pa；滤料阻力达到第1个周期的时间为1分23秒；达到第30个周期的时间为1分9秒；30个周期的过滤效率为99.986%；30个周期的粉尘剥离率为60.9%。

达到1000Pa第1个周期的时间同样比第30个周期的时间要长，但滤料经过前二个阶段过滤测试后，滤料表面阻力已增大，透气率继续下降，此阶段较第1阶段，阻力增加速度更快，时间更短。

2.4 各类玄武岩纤维滤料试样过滤性能对比研究（见表2）

由表2可以看出，A1试样在常温全过程段中第1阶段至第3阶段的过滤性能相关参数变化特点与A2试样类似。A1、A2试样的SEM图见图4和图5。A2滤料由于表面经过涂层，30个周期后残余阻力均高于A1样。第1阶段A2滤料表面因为有涂层处理，利于清灰，以致滤料阻力增加速度较慢，因而达到1000Pa所需时间要长于A1样；30个周期后粉尘依然附着在A2滤料表面，阻力增长速度较快，以致30个周期后，滤料达到1000Pa所需时间要短于A1样。测试进入第3阶段，第1周期及第3周期A1、A2滤料达到1000Pa所需时间均大幅缩短。二者在过滤效率性能方面，差别不大，均表现优异。

表2 各试样全过程过滤性能参数表

图4 A1滤料试样SEM图

图5 A2滤料试样SEM图

图6 A3滤料试样SEM图

图7 A4滤料试样SEM图

A3及A4滤料试样由于采用机织工艺试样的SEM图见图6和图7，进入后续测试阶段，皆因粉尘大量穿透滤料，测试无法完成，这也说明在采用喷吹清灰模式的条件下，机织滤料的过滤效率非常差。

3 结论

（1）经过表面处理后的玄武岩纤维针刺滤料在常温全过程开始阶段，滤料的过滤透气性好，阻力增加较慢，随着过滤过程的进行，滤料表面粉尘堆积，阻力增加变快。

（2）经过表面处理后的玄武岩纤维针刺滤料由于表面浸有浸润剂，开始阶段其过滤阻力增加较慢，但随着过滤过程的持续，其过滤阻力要高于未经处理表面处理的针刺滤料，但最终二者的过滤效率依然优秀。

（3） 玄武岩纤维机织滤料由于其加工工艺不同，在采用喷吹清灰模式条件下，其过滤效率较差。

[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]张小良，沈恒根.高温烟气除尘用纤维滤料研究进展[J].中国安全生产科学技术，2009（5）：13-16.