[发明专利]一种Fe3Al金属间化合物滤芯及其预氧化处理方法与应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种Fe₃Al金属间化合物滤芯及其预氧化处理方法与应用，属于无机过滤膜技术领域。

背景技术

中国是一个高度依赖火力发电的国家，高达80％的电力来源于以煤炭为燃料的火力发电。现有的火力发电技术不仅效率低(约30％的热效率)，而且造成严重的环境污染。在煤炭转化成电能的同时将产生大量的粉尘和SO₂等有害物质，严重地污染了环境。在我国，大气污染就是以煤烟型污染为主要特征，火力发电成为一个非常严重的污染源。据统计，世界各国都蕴藏着丰富的煤炭资源，可供使用数百年。如何高效环保地利用煤炭资源是未来世界各国面临的一个共同课题。近年来，为了应对人类未来的能源危机和日益严重的环境污染，世界各国都提出了节能环保的新能源战略。其中，洁净煤发电技术是新能源战略的重要组成部分，是世界各国都在致力于发展的新能源技术之一。洁净煤发电不仅能够大幅提高煤炭燃烧的热利用效率，而且能够利用先进的净化技术实现近似于零排放。

洁净煤发电技术之所以能够大幅提高热利用效率，这是因为采用了先进的燃烧技术，煤气在高温下实现了气固净化分离，从而既可以充分利用高温煤气的显热和潜热来提高发电热效率，降低成本，又能满足环保要求。但是，煤炭燃烧的环境非常恶劣，腐蚀性很强。滤材的快速灾难性的腐蚀损坏主要是由于点腐蚀引起的，也就是说腐蚀往往是从一点或一个小的区域开始。这个过程一旦开始，腐蚀就会迅速扩大到其他区域，从而引发滤材的整体腐蚀和损毁。在洁净煤发电过程中，硫化腐蚀是个非常厉害的化学过程。当滤材表面的保护层出现裂缝或者其他形式的缺陷时，硫化腐蚀就会开始启动。当腐蚀产物，如硫化铁、硫化镍等生成时，其体积要增大从而在滤材的主体部分和表面保护层之间产生一种比较大的应力，引发表面保护层的分离和脱落。这样，滤材就会失去其大部分抗腐蚀的能力一般的金属材料很难同时满足耐高温和耐二氧化硫或硫化氢腐蚀的工艺要求。

金属间化合物Fe₃Al具有优良的耐热性能，而且耐腐蚀性能，特别是耐硫化腐蚀性能要远远优于其它许多其它金属材料，例如不锈钢316L，310S和镍基高温合金Hastelloy X，Inconel 600等。与陶瓷过滤材料相比，这种金属间化合物Fe₃Al解决了耐热冲击差，容易脆裂的问题。同时，这种材料可以利用焊接的方法很好地解决高温封装问题。使用金属间化合物Fe₃Al制备的Fe₃Al滤芯要进行预氧化处理，预氧化处理的目的是要在Fe₃Al材料的表面形成一层连续致密的Al₂O₃保护膜，从而提高材料的抗氧化性能、抗硫化性能和抗腐蚀性能。现有的预氧化处理方法是把高温烧结后的滤芯直接从室温加热到预处理温度(一般为800～1000℃)，保温数个小时即可。由于包括加热和保温在内的整个工艺过程都是在氧化性气体包围中进行的，Fe₃Al在此加热过程中易产生Fe的氧化物，这意味着得到的表面Al₂O₃保护膜中会夹杂着许多Fe氧化物颗粒，即该表面Al₂O₃保护膜实际上不是完全连续致密的(如图1所示)。使用现有的预氧化处理方法得到的滤材，使用时容易发生腐蚀，从而影响使用寿命。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种Fe₃Al金属间化合物滤芯的预氧化处理方法。

本发明的另一目的在于提供通过所述预氧化处理方法得到的Fe₃Al金属间化合物滤芯。

本发明的再一目的在于提供所述Fe₃Al金属间化合物滤芯的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种Fe₃Al金属间化合物滤芯的预氧化处理方法，包含以下步骤：

(1)将烧结后的Fe₃Al滤芯加热，在加热过程中通入保护性气体，当烧结后的Fe₃Al滤芯加热至800～1000℃时，此时反应环境中的气体应当完全为保护性气体；然后停止通入保护性气体，继而通入氧化性气体，进行预氧化处理；

所述保护性气体为干燥的气体，是氢气、惰性气体或者惰性气体与氢气形成的混合气体中的一种，露点为-50～-70℃；

所述氧化性气体为氧气或空气；