Композиционный фильтрующий материал

Композиционный фильтрующий материал

Реферат

 

Композиционные фильтрующие материалы содержат (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, причем температура размягчения матричного компонента меньше температуры размягчения функционального фильтрующего компонента и функциональный фильтрующий компонент плотно связан с матричным компонентом. Продукты из таких материалов содержат функциональный фильтрующий компонент, такой, как продукт из биогенного диоксида кремния (в частности, диатомит) или продукт из природного стекла (в частности, расширенный перлит), который обладает четко выраженной состоящей из перепутанных пор структурой, пригодной для фильтрации, и который в процессе нагрева спекается с матричным компонентом, таким, как технический полимер (например, стекло, кристаллический минерал, термопласты и металлы). Предлагаемые композиционные фильтрующие материалы обладают уникальными свойствами, к которым относятся повышенная проницаемость, низкая плотность центрифугированного влажного материала, низкое содержание кристобалита и наличие частиц характерной формы (в частности, волокон). 3 с. и 29 з.п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к новым композиционным фильтрующим материалам, содержащим функциональный фильтрующий компонент и матричный компонент, а также к способам получения и использования таких материалов. В частности, изобретение относится к новым композиционным фильтрующим материалам и продуктам из новых композиционных фильтрующих материалов, содержащих функциональный фильтрующий компонент, такой, как биогенный диоксид кремния (например, диатомит) или природное стекло (например, расширенный перлит) с пригодной для фильтрации четко выраженной, состоящей из перепутанных пор структурой, который при нагревании спекается с матричным компонентом, таким, как технический полимер (например, стекло, кристаллические минералы, термопласты и металлы), у которого температура размягчения меньше, чем у функционального фильтрующего компонента.

В приведенном описании содержатся ссылки на различные публикации, патенты и опубликованные заявки на выдачу патентов, при этом полный перечень всех этих документов приведен в конце описания непосредственно перед формулой изобретения. Все эти ссылки на различные публикации, патенты и опубликованные заявки на выдачу патентов позволяют полностью охарактеризовать сегодняшнее состояние проблемы, на решение которой направлено настоящее изобретение.

В настоящем изобретении предлагается композиционный фильтрующий материал, содержащий (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, в котором матричный компонент имеет температуру размягчения более низкую, чем указанный функциональный фильтрующий компонент, и в котором указанный функциональный фильтрующий компонент плотно связан с указанным матричным компонентом, в отличие от простых смесей, которые имеют склонность к разделению в суспензии (т.е. в жидкостях) или при перемещении, или транспортировке, функциональные фильтрующие компоненты и матричные компоненты предлагаемых в настоящем изобретении композиционных фильтрующих материалов плотно связаны друг с другом, что достигается, например, в процессе их термического спекания.

Предлагаемые в настоящем изобретении композиционные фильтрующие материалы могут найти такое же применение, что и обычные широко распространенные фильтрующие материалы, однако при этом они обладают рядом уникальных свойств, которые придают им особую с точки зрения фильтрации ценность и к которым, в частности, относятся повышенная проницаемость, низкая плотность в центрифугированном влажном состоянии, низкое содержание кристобалита и/или уникальная форма частиц (т.е. волокон), а также высокая эффективность и/или экономичность.

В области фильтрации существуют многочисленные способы выделения частиц из жидкостей, которые основаны на использовании в качестве фильтра диатомита или природного стекла. Состоящие из перепутанных пор структуры, возможность создания которых является уникальной особенностью таких содержащих кремний материалов, особенно эффективны для физического улавливания частиц, например, в процессе фильтрации. Такие состоящие из перепутанных пор структуры образуют целую систему связанных друг с другом пустот, в которых плавают частицы фильтруемого материала, имеющие такую же объемную плотность, как и жидкости, в которых они находятся во взвешенном состоянии. Использование фильтрующих материалов для более эффективного осветления мутных жидкостей или очистки жидкостей, в которых содержатся взвешенные частицы или твердые частицы, является общепринятым.

Для увеличения степени осветления и повышения расхода фильтруемой жидкости диатомит или природное стекло часто наносят на соответствующую перегородку во время так называемой "намывочной фильтрации". Для снижения нагрузки на перегородку, создаваемой оседающими на ней твердыми частицами, при сохранении расхода жидкости на необходимом уровне диатомит или природное стекло часто добавляют непосредственно к фильтруемой жидкости в процессе так называемой "объемной фильтрации". В зависимости от конкретных особенностей процесса сепарации диатомит или природное стекло можно использовать не только при намывочной и при объемной фильтрации, но и одновременно в том и в другом режиме. Разработка рабочих принципов фильтрации с использованием пористого фильтрующего материала началась достаточно давно (см. Carman, 1937; Heertjes, 1949, 1966; Ruth, 1946; Sperry, 1916; Tiller, 1953, 1962, 1964), а сравнительно недавно появился целый ряд специальных работ, посвященных детальному изучению конкретных перспектив дальнейшего развития таких методов фильтрации (см. Cain, 1984; Kiefer, 1991) и работ чисто теоретического характера (см. Bear, 1984; Nordan, 1994).

При определенных условиях диатомит или природное стекло проявляют во время фильтрации уникальные адсорбционные свойства, позволяющие существенно повысить степень осветления или качество очистки жидкости. Такие адсорбционные свойства являются весьма специфическими и определяются незначительными усилиями притяжения адсорбируемых частиц к слабым электрическим зарядам, возникающим на поверхности диатомита, или химической активностью силанольных функциональных групп (т.е. Si-OH), которые часто образуются на поверхности диатомита. Так, например, ионизированная силанольная группа (т.е. Si-O) может взаимодействовать с ионом гидроксония (т.е. H₃O⁺), образующимся благодаря наличию в растворе кислоты, например лимонной кислоты (т.е. C₆H₈O₇), адсорбируя в процессе фильтрации на поверхности диатомита высвобождающиеся ионы H⁺. При определенных условиях и материалы на основе перлита, особенно те, что имеют обработанную поверхность, также проявляют в процессе фильтрации весьма специфические свойства, которые позволяют повысить степень осветления или качество очистки жидкости (см. Ostreicher, 1986).

Для изменения параметров или оптимизации процесса фильтрации в некоторых случаях в качестве фильтрующего материала используют смеси из различных материалов на основе диатомита или смеси из различных материалов на основе природного стекла. Иногда диатомит и природное стекло смешивают друг с другом или с другими веществами. В ряде случаев диатомит или природное стекло используют в виде простых смесей, например, с целлюлозой, активированным углем, глиной, асбестом или другими материалами. Известны также случаи использования более сложных смесей, состоящих из тщательно перемешанных с другими ингредиентами диатомита или природного стекла, из которых изготавливают листы, прокладки, фильтрующие патроны или монолитные или агрегатные материалы, используемые в качестве носителя или подложки фильтра или при приготовлении катализаторов.

При проведении фильтрации или сепарации такие материалы на основе диатомита или природного стекла, их простые или сложные смеси с другими материалами иногда подвергают более сложной модификации, заключающейся, например, в их поверхностной обработке, обеспечивающей возможность иммобилизации на их поверхности различных химических веществ.

Материалы из диатомита или природного стекла с состоящей из перепутанных пор структурой диоксида кремния можно использовать в промышленных целях для придания полимерам свойств, препятствующих их слипанию. Материалы на основе диатомита часто используют для изменения внешнего вида или свойств красок, эмалей, лаков и соответствующих покрытий и наружных поверхностей. Диатомиты также используют в качестве носителей в хроматографии и в частности в газо-жидкостной хроматографии. Полезную для возможного использования информацию о свойствах и применении диатомита можно найти в недавно опубликованных работах (см. Breese, 1994; Engh, 1994). К материалам на основе природного стекла, обладающим уникальными фильтрующими свойствами, относится также и целый ряд других материалов, в частности расширенный перлит, пемза и расширенная пемза. Расширенный перлит, например, часто используют в качестве изолирующих наполнителей, наполнителей для различных смол и при изготовлении текстурированных покрытий.

Способ получения обычного монолитного или агрегатного материала отличается от способа получения предлагаемого в изобретении композиционного фильтрующего материала тем, что добавки, которые играют роль функциональных добавок, добавляют в получаемый монолитный или агрегатный материал до его термической обработки в качестве специальных технологических добавок, которые (например, глина) придают неспеченной смеси соответствующую прочность (необходимую, например, для экструзии, формовки, прессования, литья или изменения формы сырых смесей), тогда как в предлагаемых композиционных фильтрующих материалах входящие в их состав компоненты являются по своей сути их функциональными компонентами. Добавление технологических добавок не оказывает какого-либо положительного влияния на фильтрующие характеристики получаемых таким способом монолитных или агрегатных материалов, которые тем не менее часто используются для иммобилизации протеинов, ферментов и микроорганизмов. При получении используемых в технических целях керамических материалов из физической смеси отдельных состоящих из частиц фаз термическую обработку (т. е. обжиг) проводят с целью получения в качестве конечного продукта плотного однородного керамического материала (см. Reynolds, 1976), который принципиально отличается от предлагаемого в настоящем изобретении композиционного фильтрующего материала, состоящего из спеченных друг с другом гетерогенных компонентов.

В заявке Японии JP 7-47266, опубликованной 21 февраля 1995 г., описывается получение вспомогательного фильтрующего материала путем выдержки кальцинированного или обработанного флюсом кальцинированного диатомита и расширенного перлита совместно со связующим. В процессе получения кальцинированный или обработанный флюсом кальцинированный диатомит и расширенный перлит смешивают и распылением добавляют связующее на водной основе. В качестве связующего могут быть использованы водорастворимое стекло (т.е. силикат натрия), коллоидная двуокись кремния и фосфат, а в конкретных примерах приводится связующее, которое представляет собой смешанный раствор силиката натрия и воды или смешанный раствор фосфата алюминия и воды. Продукт затем сушат, измельчают и фракционируют, а затеем его подвергают термической обработке.

В заявке Японии JP 7-100314, опубликованной 18 апреля 1995 г., описывается способ и устройство для получения гомогенной смеси кальцинированного диатомита и расширенного перлита с использованием одного источника нагревания как для кальцинирования диатомита, так и для расширения перлита. С разгрузочного конца печи для обжига диатомита в пламя вводят перлит, что вызывает вспучивание перлита непосредственно перед выгрузкой, в то время как настенные подъемные приспособления печи обеспечивают перемешивание смеси. Выгружаемую смесь пропускают через классификатор, получая хорошо перемешанную смесь. Полученный продукт представляет собой простую смесь, содержащую частицы кальцинированного диатомита и частицы расширенного перлита.

Как показывает анализ вышеуказанных заявок, ни один из этих документов не описывает частицы, содержащие функциональный фильтрующий компонент и матричный компонент, которые плотно связаны друг с другом, например, путем термического спекания. Поэтому частицы согласно настоящему изобретению являются гетерогенными, т. к. они содержат два различных компонента. Следует иметь в виду, что в отличие от фильтрующего материала, описанного в заявке JP 7-47266, в заявленном фильтрующем материале отсутствует связующее как компонент частиц материала.

Согласно изобретению композиционный фильтрующий материал состоит из гетерогенных частиц, каждая из которых содержит: (I) функциональный фильтрующий компонент, выбранный из группы, включающей диатомит, расширенный перлит, пемзу, обсидиан, смоляной камень и вулканический пепел, и (II) матричный компонент, выбранный из группы, включающей стекло, природное стекло, расширенный перлит, пемзу, обсидиан, смоляной камень, вулканический пепел, обработанный флюсом расширенный перлит, стекловолокно, синтетическое стекло, кристаллический минерал, минеральную вату, минеральную шерсть, термопласт, термореактивный полимер с термопластичными свойствами, металл и сплав металлов, при этом матричный компонент имеет температуру размягчения ниже температуры размягчения функционального фильтрующего компонента и функциональный фильтрующий компонент термически спечен с матричным компонентом.

Предпочтительно композиционный фильтрующий материал представляет собой двухкомпонентный материал.

Желательным является композиционный фильтрующий материал, который имеет проницаемость больше проницаемости простой смеси функционального фильтрующего и матричного компонентов и в котором соотношения функционального фильтрующего и матричного компонентов в указанной простой смеси идентичны соотношениям, которые используются при его получении.

Проницаемость композиционного фильтрующего материала может быть больше проницаемости простой смеси функционального фильтрующего и матричного компонентов по крайней мере на 5% или более, предпочтительнее по крайней мере на 10% или более и наиболее предпочтительно по крайней мере на 20% или более.

В предпочтительном варианте в композиционном фильтрующем материале средний диаметр частиц больше средне-взвешенного значения среднего диаметра частиц функционального фильтрующего компонента и среднего диаметра частиц матричного компонента и при расчете средне-взвешенных значений соотношения функционального фильтрующего компонента и матричного компонента идентичны соотношениям, которые используются при его получении.

Предпочтительным является, когда средний диаметр частиц больше по крайней мере на 5% или более средне-взвешенного значения среднего диаметра, еще предпочтительнее по крайней мере на 10% или более средне-взвешенного значения среднего диаметра и наиболее предпочтительно по крайней мере на 20% или более средне-взвешенного значения среднего диаметра.

В предпочтительном варианте в композиционном фильтрующем материале плотность в центрифугированном влажном состоянии меньше плотности в центрифугированном влажном состоянии функционального фильтрующего компонента и меньше плотности в центрифугированном влажном состоянии матричного компонента.

Желательно, чтобы композиционный фильтрующий материал характеризовался плотностью в центрифугированном влажном состоянии не более 0,480 г/см³, более предпочтительной является плотность в центрифугированном влажном состоянии не более 0,232 г/см³ и наиболее предпочтительной является плотность в центрифугированном влажном состоянии не более 0,181 г/см³.

Содержание образовавшегося в композиционном фильтрующем материале кристобалита может составлять 10 мас.% или меньше, предпочтительно 5 мас.% или меньше, предпочтительнее 3 мас.% или меньше, более предпочтительно 2 мас.% или меньше и наиболее предпочтительно 1 мас.% или меньше.

В предпочтительном варианте композиционный фильтрующий материал в качестве функционального фильтрующего компонента может содержать природный или другой диатомит, вулканический пепел или расширенный перлит, а в качестве матричного компонента может содержать природное стекло, расширенный перлит, обработанный флюсом расширенный перлит, пемзу, обсидиан, смоляной камень или вулканический пепел.

Предпочтителен композиционный фильтрующий материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит расширенный перлит. Причем желательным является композиционный фильтрующий материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит природный диатомит.

Предпочтителен также композиционный фильтрующий материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит термопласт или термореактивный полимер с термопластичными свойствами.

Одним из вариантов предпочтительного композиционного фильтрующего материала является материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит стекловолокно.

Вариантами желательных композиционных фильтрующих материалов является материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит природное стекло; материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит пемзу; или материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит обсидиан, а также материал, в котором функциональный фильтрующий компонент содержит диатомит, а матричный компонент содержит олово.

В предпочтительном варианте предлагаемый композиционный фильтрующий материал обладает более высокой (предпочтительно по крайней мере на 5%) проницаемостью, чем простая смесь функционального фильтрующего компонента и матричного компонента, в которой соотношения функционального фильтрующего компонента и матричного компонента идентичны соотношениям, которые используются при получении предлагаемого материала.

В другом предпочтительном варианте изобретения средний диаметр частиц предлагаемого композиционного фильтрующего материала больше (предпочтительно по крайней мере на 5%) средне-взвешенного значения среднего диаметра частиц функционального фильтрующего компонента и среднего диаметра частиц матричного компонента, в котором соотношения функционального фильтрующего компонента и матричного компонента идентичны соотношениям, которые используются при получении предлагаемого материала.

В другом предпочтительном варианте изобретения функциональный фильтрующий компонент представляет собой биогенный диоксид кремния и/или природное стекло, более предпочтительно диатомит, перлит, пемзу, обсидиан, смоляной камень (флиолит) и вулканический пепел, еще более предпочтительно природный или другой диатомит, перлит и вулканический пепел и наиболее предпочтительно диатомит.

В другом предпочтительном варианте изобретения в качестве матричного компонента используют стекло, кристаллический минерал, термопласт, металл и/или сплав металлов. Еще в одном предпочтительном варианте для изготовления матричного компонента используют природное стекло, более предпочтительно выбранное из группы, включающей перлит, пемзу, обсидиан, смоляной камень и вулканический пепел, и наиболее предпочтительно перлит или перлит, обработанный флюсом. В другом предпочтительном варианте в качестве матричного компонента используют синтетическое стекло. Еще в одном предпочтительном варианте в качестве матричного компонента используют стекловолокно. В другом предпочтительном варианте для изготовления матричного компонента используют минеральную вату или минеральную шерсть. Еще в одном предпочтительном варианте в качестве матричного компонента используют термопласт или термореактивный полимер, обладающий термопластичностью. В другом предпочтительном варианте для изготовления матричного компонента используют металл или сплав металлов.

В соответствии с другим объектом настоящего изобретения предлагаются композиции, содержащие указанный выше композиционный фильтрующий материал, содержащий (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, и дополнительно один или более других материалов.

В предпочтительном варианте изобретения предлагаемые композиции имеют форму порошка. В другом предпочтительном варианте предлагаемые композиции имеют форму листа, прокладки или фильтрующего патрона. Еще в одном предпочтительном варианте предлагаемые композиции представляет собой монолитный или агрегатный носитель. Еще в одном предпочтительном варианте изобретения предлагается композиция, которая образует монолитную или агрегатную подложку.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ фильтрации, который предусматривает стадию пропускания жидкости, содержащей суспендированные в ней частицы, через фильтрующий материал, нанесенный на перегородку, в котором фильтрующий материал содержит композиционный фильтрующий материал, содержащий (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, в котором матричный компонент имеет температуру размягчения более низкую, чем указанный функциональный фильтрующий компонент, и в котором функциональный фильтрующий компонент термически спечен с матричным компонентом.

Как более подробно поясняется ниже, тот или иной отличительный признак одного из объектов изобретения может быть реализован в сочетании с любыми другими объектами изобретения.

В настоящем изобретении предлагается композиционный фильтрующий материал, содержащий (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, в котором матричный компонент имеет температуру размягчения более низкую, чем указанный функциональный фильтрующий компонент, и в котором указанный функциональный фильтрующий компонент термически спечен с указанным матричным компонентом.

Многие из существующих методов выделения частиц из жидкостей основаны на использовании в качестве фильтрующих материалов, материалов на основе кремния, таких, как диатомит, перлит, пемза или вулканический пепел. Состоящая из перепутанных пор структура, которая является отличительной особенностью таких кремниевых материалов, обеспечивает в процессах фильтрации эффективное физическое улавливание содержащихся в жидкостях частиц, и поэтому такие материалы используются в качестве функциональных фильтрующих компонентов предлагаемого в настоящем изобретении композиционного фильтрующего материала. В качестве матричного компонента предлагаемого в настоящем изобретении композиционного фильтрующего материала используются технические полимеры и некоторые другие материалы, отличительной особенностью которых является способность сохранения в условиях повышенных температур своих размеров и механических свойств. В предлагаемых в настоящем изобретении композиционных фильтрующих материалах матричные компоненты и функциональные фильтрующие компоненты не просто смешаны или перемешаны, а плотно связаны друг с другом путем термического спекания. В отличие от предлагаемого композиционного фильтрующего материала такие простые смеси имеют тенденцию к разделению в суспензиях (т. е. в жидкостях) или к разделению в процессе их перемещения или транспортировки. Выражение "простая смесь" используется в настоящем описании в общепринятом смысле и относится к механическим смесям или составам (например, смесям или составам, полученным не в процессе термического спекания).

Предлагаемый в настоящем изобретении композиционный фильтрующий материал можно считать агломератом функционального фильтрующего компонента и матричного компонента. Термин "агломерация" используется в данном контексте в общепринятом смысле для характеристики любого способа или взаимодействия, в процессе которого из отдельных частиц образуется когерентная (связанная) масса. Одним из примеров способа агломерации является термическое спекание, при котором частицы в процессе нагрева, не плавясь, превращаются в связанную массу (т. е. оказываются плотно связанными друг с другом) и образуют "агломерат". Следует отметить, что материал, который образуется при термическом спекании в процессе агломерации, не является полностью однородным (например, не представляет собой керамику). В предлагаемых в настоящем изобретении композиционных фильтрующих материалах функциональные фильтрующие компоненты и матричные компоненты образуют агломерат и плотно связаны друг с другом, сохраняя при этом свои физические и химические свойства, которыми должен обладать конечный продукт, и обеспечивая получение более качественного с точки зрения всех его свойств конечного продукта.

Термин "температура размягчения" также используется в описании в общепринятом смысле и характеризует температуру, при которой вещество начинает размягчаться, что обычно проявляется в уменьшении его твердости и вязкости. Для многих технических полимеров температуру размягчения часто понимают в более узком смысле как температуру стеклования, которая иногда называется температурой перехода второго порядка, при повышении которой происходит искривление полимерных цепей, т. е. полимер переходит из жесткого стеклообразного состояния в упругое твердое состояние. У полиэфиркетонов, например, температура стеклования составляет около 330^oF (т.е. 165^oC), а натриево-кальциевое стекло имеет температуру размягчения около 1290^oF (т.е. 700^oC). Используя существующие в настоящее время стандартные методы экспериментальной проверки термомеханических свойств материалов (в частности методику Американского общества по испытанию материалов, ASTM 1995), температуру размягчения часто можно оценить визуально в лабораторных условиях без проведения различных точных и сложных количественных измерений и вычислений.

1. Функциональные фильтрующие компоненты Наиболее предпочтительный функциональный фильтрующий компонент, используемый в предлагаемом изобретении, получают из биогенного кремнезема (т.е. диоксида кремния, SiO₂), который обладает явно выраженной состоящей из перепутанных пор структурой, характерной для диатомита. В настоящее время материалы из диатомита используются очень широко, в том числе, но не исключительно, в процессах сепарации, адсорбции, для изготовления носителей и в качестве функциональных фильтрующих материалов.

Продукты на основе диатомита получают из диатомовой земли (называемой обычно кизельгуром), которая представляет собой отложения или осадочную горную породу, состоящую в основном из кремниевых панцирей, т.е. оболочек, диатомовых водорослей. Диатомовые водоросли представляют собой разнообразные микроскопические одноклеточные золотисто-коричневые водоросли класса Bacillariophyceae, в которых цитоплазма находится внутри имеющих причудливую форму кремниевых панцирей с различной и перепутанной структурой. Такие панцири являются достаточно прочными и по истечении многих геологических периодов, находясь в условиях химического равновесия, к настоящему времени сохранили свою пористую структуру в первоначальном виде. Существующие в настоящее время продукты из диатомита, которые изготавливают самыми различными способами из самого различного диатомитового сырья, отличаются большим разнообразием физических и химических свойств. Необходимую полезную информацию о свойствах и применении диатомита можно найти в недавно опубликованных работах (см. Breese, 1994; Engh, 1994).

Обычно при промышленном способе получения продуктов из диатомита отдельные куски необогащенной диатомовой земли измельчают дроблением на более мелкие части, затем подвергают воздушной классификации, сушат в печи в воздушной атмосфере и еще раз подвергают воздушной классификации, получая в итоге сухой обладающий необходимой проницаемостью конечный продукт, который обычно называют "природным" диатомитом.

Другой известный способ предусматривает спекание исходного сырья в воздухе (которое обычно называют кальцинированием) при температуре в интервале от 1800 до 2000^oF (т.е. от 1000 до 1100^oC) с последующей воздушной классификацией. Такой способ обеспечивает получение конечных продуктов с большей проницаемостью и сопровождается частичным превращением аморфного диоксида кремния (натуральная фаза кремнезема, содержащегося в исходной диатомовой земле) в кристобалит, который представляет собой тетрагональную форму кристаллического диоксида кремния. В конечных продуктах, получаемых таким способом, содержание кристобалита составляет от 5 до 40 мас.%.

Еще один известный способ предусматривает спекание сухого продукта в воздухе с добавлением к нему небольшого количества флюса (обычно эту операцию называют кальцинированием с использованием флюса) при температуре в интервале от 1800 до 2100^oF (т.е. от 1000 до 1150^oC) с последующей воздушной классификацией. Такой способ позволяет еще больше повысить проницаемость конечного продукта, однако при этом для него характерна более высокая степень превращения аморфного диоксида кремния в кристобалит, содержание которого в конечном продукте составляет от 20 до 75 мас.%. Помимо наиболее часто используемых золы кальцинированной соды (т.е. карбоната натрия, Na₂CO₃) и каменной соли (т.е. хлорида натрия, NaCl), в качестве флюсов можно использовать и другие вещества, в частности соли щелочных металлов (т.е. металлов группы IA Периодической таблицы).

Высокие температуры, при которых получают спеченные продукты из диатомита, не только уменьшают поверхностную площадь, увеличивают размеры пор, увеличивают плотность влажного продукта и изменяют растворимость примесей, но и повышают степень превращения аморфного диоксида кремния в кристобалит.

В настоящее время известны и подробно описаны и другие способы обработки диатомита и получения из него различных продуктов. В результате значительных усилий, затраченных на разработку способов получения из низкосортных диатомовых земель исходного диатомитового сырья более высокого класса, удалось получить продукты из диатомита, которые по своему качеству не уступают продуктам, полученным из более качественного природного сырья. К работам, посвященным этой проблеме, относятся исследования Norman и Ralston (1940), Bartuska и Kalina (1968a, 1968b), Visman и Picard (1972), Tarhanic и Kortisova (1979), Xiao (1986), Li (1990), Liang (1990), Zhong и др. (1991), Brozek и др. (1992), Wang (1992), Cai и др. (1992) и Videnov и др. (1993).

Известны работы, в которых ставилась цель улучшить какое-то одно из свойств получаемых продуктов из диатомита, например, снизить общее содержание или концентрацию в них растворимого железа; авторами таких работ являются Thompson и Ban" (1907), Barr (1907), Vereinigte (1915, 1928), Koech (1927), Swallen (1950), Suzuki и Tomizawa (1971), Bradley и McAdam (1979), Nielsen и Vogelsang (1979), Heyse и Feigl (1980) и Mitsui (1989) и др. Продукт из диатомита, полученный Baly (1939), содержит небольшое количество органических веществ, а Codolini (1953), Pesce (1955, 1959), Martin и Goodbue (1968) и Munn (1970) получили продукты из диатомита с относительно высокой прозрачностью. Продукт из диатомита, полученный Enzinger (1901), обладал сравнительно низкой для того времени растворимостью. Продукты из диатомита, полученные Bregar (1955), Cruder и др. (1958) и Nishamura (1958), обладали повышенной прозрачностью и относительно низкой суммарной концентрацией железа. Полученный Smith (1991a, b, c; 1992a,b,c; 1993; 1994a,b) кальцинированный флюсом продукт из диатомита отличается хорошей растворимостью многовалентных катионов. В работах Schuetz (1935), Filho и Mariz da Veiga (1980), Marcus и Creanga (1964) и Marcus (1967) описаны способы получения продуктов из диатомита повышенной чистоты. В работах Dufour (1990, 1993) описан способ получения продуктов из диатомита с низким содержанием кристобалита.

Принципиальным однако является то, что ни один из перечисленных выше продуктов из диатомита не является материалом, содержащим (I) функциональный фильтрующий компонент и (II) матричный компонент, в котором матричный компонент имеет температуру размягчения более низкую, чем указанный функциональный фильтрующий компонент, и в котором функциональный фильтрующий компонент термически спечен с матричным компонентом.

К числу других функциональных фильтрующих компонентов, которые могут найти применение при получении предлагаемого в изобретении материала, относятся продукты, полученные из природного стекла, которое имеет явно выраженную состоящую из перепутанных пор структуру, обеспечивающую в процессах фильтрации эффективное физическое улавливание содержащихся в жидкости частиц. Понятие "природное стекло" используется в описании в общепринятом смысле и относится к различным видам природного стекла, которое обычно называют вулканическим стеклом, образовавшимся в результате быстрого охлаждения кремниевой магмы или лавы. Известны различные виды природного стекла, к которым относятся, например, перлит, пемза, обсидиан и смоляной камень. До обработки перлит обычно имеет цвет от серого до зеленого и большое количество сферических трещин, которые способствуют его разбиванию на небольшие напоминающие жемчуг частицы. Пемза представляет собой легкий стеклянный пористый камень. Обсидиан обычно имеет темный цвет со стеклянным блеском и отличается характерным раковистым изломом. Смоляной камень имеет восковой смолянистый блеск и обычно коричневый, зеленый или серый цвет. Вулканическое стекло, такое, как перлит и пемза, образует массивные отложения и находит широкое промышленное применение. К природному стеклу в данном контексте относится и вулканический пепел, который в уплотненном виде часто называют вулканическим туфом, состоящим из мелких частиц или обломков, которые по внешнему виду напоминают стекло.

Основные виды природного стекла химически эквиваленты риолиту. Известны также, хотя и в меньшей степени, и другие виды природного стекла, которые химически эквиваленты трахиту, дациту, андезиту, латиту и базальту. Обсидианами обычно называют массивное природное вулканическое стекло, богатое диоксидом кремния. Обсидианы можно разделить на отдельные категории в зависимости от содержания в них диоксида кремния, причем к наиболее распространенной категории обсидианов относятся риолитовые обсидианы, в которых обычно содержится около 73 мас.% SiO₂ (см. Berry, 1983).

Перлит представляет собой гидратированное природное стекло, содержащее обычно около 72-75% SiO₂, 12-14% Al₂O₃, 0,5-2% Fe₂O₃, 3-5% Na₂O, 4-5% K₂O, 0,4-1,5% CaO (по массе) и небольшие количества содержащих другие металлы соединений. Перлит отличается от других видов природного стекла более высоким содержанием (2-5 мас.%) химически связанной воды, напоминающим стекло внешним видом с жемчужным блеском и наличием характерных концентричных или дугообразных напоминающих кожуру лука (т.е. перлитовых) трещин.

Продукты из перлита, которые обычно получают путем измельчения и теплового расширения исходного перлита, обладают рядом уникальных физических свойств, к которым относятся высокая пористость, низкая насыпная плотность и химическая инертность. Расширенные перлиты начали использовать в качестве фильтрующего материала примерно в конце 1940-х годов (см. Breese и Barker, 1994). Обычно процесс обработки перлита заключается в его измельчении (дробление и растирание), воздушной размерной классификации, термическом расширении и воздушной размерной классификации расширенного материала с получением удовлетворяющего соответствующим требованиям конечного продукта. В качестве примера такого процесса обработки можно привести процесс, при котором перлитовую руду дробят, истирают и классифицируют с получением частиц заданного размера (в частности проходящих через сито размером 30 меш), которые затем нагревают в расширительной печи в атмосфере воздуха при температуре 870-1100^oC, при которой