化工陶瓷是随着现代工业的发展应运而生的陶瓷产品,是化学工业中一种重要的非金属耐腐蚀材料,广泛地应用于石油化工、化肥、制药、造纸、冶炼、化纤和电镀等行业中。化工陶瓷的使用温度一般在15~100℃,温差不宜大于50℃。属脆性材料,缺点是冲击韧度和抗张强度低、缺乏延展性、抗冲击强度差、急冷热性能差等,但由于原料供应方便,加工成本较低廉且性能可靠,所以成为现代化学工业中不可或缺的防腐蚀材料。
化工陶瓷产品按品种可分为:化学反应设备,包括耐酸陶瓷容器(如贮酸坛、皿口计量反应坛、高位槽、电解槽和真空过滤器等)和耐酸陶瓷塔(如吸收塔、反应塔、回收塔和干燥塔等);衬里材料,包括耐酸砖和耐温耐酸砖;流体输送设备(如耐酸管道、泵、阀、风机和喷射器等);耐腐蚀化工填料(如拉西环、矩鞍环等)和化学瓷(如蒸发皿、坩埚等)四大类。
我国化工陶瓷的主要产区有广东佛山、山东淄博、河北唐山、陕西咸阳、铜川、江西萍乡、山西阳泉、江苏宜兴、辽宁沈阳等。
包括耐酸陶瓷容器(如贮酸坛、皿口计量反应坛、高位槽、电解槽和真空过滤器等)和耐酸陶瓷塔(如吸收塔、反应塔、回收塔和干燥塔等)。此类制品一般体积大、坯体厚、相接附件多,普遍采用细炻质瓷,制品气孔率<3%,多施以盐釉或黏土-石灰质釉。盐釉具有操作简单、成本低廉、釉层坚固结实与坯体结合紧密、热稳定性和化学稳定性较好且不易开裂等优点而得到普遍采用。
1949年以后,我国陆续试制成功各种贮液容器和各种化工反应塔并应用于化学工业中。1957年,上海天源化工厂的一个陶瓷车间迁址宜兴,组建成立江苏宜兴非金属化工机械厂,为当时国内最大的化工陶瓷机械设备生产企业。主要生产各种化工反应塔、罐等,品种齐全。同时,山东淄博、广东佛山等地的企业也开始扩产,但以小型容器为主。
随着玻璃纤维增强树脂复合材料(玻璃钢)、工程塑料及特种不锈钢材料的发展与应用,大型陶瓷反应塔等容器处于被淘汰的境地,各企业开始开发上述材料无法取代的新产品制备陶瓷质化工反应容器。
包括耐酸砖和耐温耐酸砖。20世纪60年代,在东北沈阳、河北唐山、陕西咸阳、广东佛山及山西阳泉等地均开始生产耐酸砖。产品分标型砖,板砖,耐酸砖等。板砖的规格一般为100mm×100mm×(15~30)mm至150mm×150mm×(15~30)mm。
耐酸砖坯料由黏土、长石、石英等矿物配制而成,多采用半干压成形,隧道干燥器生坯干燥。耐酸砖的烧成温度一般在1200~1280℃之间,表面除可施黏土-长石釉外,还可施盐釉。
1975年,咸阳陶瓷厂和咸阳陶瓷研究所合作,研制并建成我国建陶行业第一座离心喷雾干燥塔,用于耐酸砖生产中的坯料制备,于1978年10月获得全国科技大会奖。1976年,咸阳陶瓷厂生产的耐酸砖制品在毛主席纪念堂的建设中被选用。1987年由山东工陶院起草的耐酸砖国家标准(GB/T 84—88~87)通过审议。1991年,耐酸耐温砖行业标准(JC/T 424—91)通过审议。1990年,中国建筑卫生陶瓷协会耐酸陶瓷制品专业委员会成立。
包括耐酸管道、泵、阀、风机和喷射器等。
化工陶瓷输送设备中最早被选用的陶瓷件,一般采用塑性挤压成形工艺。在20世纪20年代,山东淄博等地企业开始采用手工辊压后再粘结的工艺生产直管,而后又开发出简单的异型管。20世纪50年代中期,试制成功第一代挤管机开始半机械化生产化工陶管。20世纪80年代初,开始半干法挤出成形工艺连续化生产。1982~1984年,山东工陶院起草的“化工陶瓷及配件”行业标准(JC/T 705—84)通过审议。
接触流体的泵体部件主要包括叶轮、泵体和泵盖等几大件组成。20世纪60年代,在“以陶代钢”的政策引导下,瓷质化工泵、真空泵等研制成功并投入批量生产。宜兴化机厂是生产单级单吸陶瓷离心泵较早的企业。70年代山东淄博也开始生产。当时的材质是普通硬质瓷。均用铸铁或其他材料制成外壳,将瓷件泵体或泵盖进行铠装。
20世纪70年代中期,国家建材局下达了由陕西咸阳陶瓷研究设计院和山东工业陶瓷研究设计院分别承担两种新型单级或多级陶瓷耐酸泵的任务。材质采用含70%以上氧化铝量的刚玉—莫来石质,试制成功后在江苏宜兴、江西萍乡等企业得到应用与推广。
20世纪90年代,氮化硅、碳化硅和高纯氧化铝等材质在泵体中得到应用,使泵体耐腐蚀性能等得到提高。
21世纪初,北京金海虹氮化硅有限公司(BGR)以氮化硅结合碳化硅为材质,制造各种形状复杂的陶瓷工件,耐磨性是高级耐磨合金钢(Cr 15 Mo 3 )的3.13倍。
按结构形式可把耐酸陶瓷阀门分为截止阀、隔膜阀、各种旋塞和铠装平面阀等。20世纪50年代,宜兴化机厂等单位研制成功旋塞式阀门。20世纪70年代,北京建材研究院会同天津调节阀厂、上海自动化仪表研究所等单位研制出刚玉瓷衬里气动防腐调节阀、平面六通阀、气动刚玉瓷隔膜阀等。21世纪初,山东华星环保集团公司山东华星高技术陶瓷所生产出各种阀门的陶瓷芯。
陶瓷化工填料的主要原料是天然高岭石、陶石、长石等。耐腐蚀化工填料包括拉西环、矩鞍环等。陶瓷化工填料的体积小、形状复杂,一般均采用挤压成形工艺生产。主要品种有拉西环、矩鞍环、异鞍环、鲍尔环、阶梯环、波纹环等。在江西萍乡、山东淄博等地均有许多企业生产。随着塑料填料制品的开发,陶瓷化工填料的市场大幅度缩小。
化学瓷包括蒸发皿、坩埚等。河北唐山是国内生产化学瓷较早的产区。早在1925年,启新洋灰公司附设的启新瓷厂试制成功硬质瓷。1927年,标注“德国制造”的理化瓷开始出口。成立于1938年的唐山公聚成瓷厂在1966年与其他七家瓷厂合营后组建了唐山第十瓷厂,生产“铁锚牌”理化用瓷,共八大类,440个规格的品种。其中,皿类产量占全国需求量的90%。铁锚牌埚、皿类产品年出口量达70万种,在国外享有很高的声誉。
化学瓷制品多用注浆法成形,国内生产燃烧管已采用挤制法成形,制得的管壁厚度均匀、规形一致。坩埚和蒸发皿类制品要求器壁较薄,使用面光滑,需要在成形过程中严格控制料浆的流动性、坯料干燥强度和坯件厚度。化学瓷制品多采用浸釉法施釉,应特别注意控制釉浆密度和釉层厚度,偏厚的釉层会明显降低热稳定性。