разное

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Отмеченное нами выше понижение температуры вспенива­ния пеностекла в присутствии гидратной воды (рис. 3.10) оценено лишь качественно. При этом снижение температуры связывалось с уменьшением вязкости расплава за счет встраи­вания в структурную сетку стекла ионов (ОН)~, которые разрывают непрерывную цепь ее на отдельные звенья. Если допустить, что вода реагирует со связью Si—О—Si, образуя две связи Si—ОН, то пространственная сетка стекла с увели­чением содержания в нем гидроксильных групп окажется свя­занной менее прочно. Значит, существует взаимосвязь между концентрацией связанной воды в стекле и его вязкостью, кото­рую можно использовать в качестве критерия для количест­венной оценки влияния степени гидратации стекла на процесс вспенивания пеностекла.

В работах М. П. Воларовича с соавторами [232—234], С. П. Каменецкого [235], А. В. Жукова с соавторами [236, 237], И. Н. Явица [238—241] и других, где рассматриваются вопросы о влиянии газов (НгО, SO*;, F) на вспучивание расплавов горных пород, также отмечается уменьшение вяз­кости расплавов и повышение их текучести в результате дей­ствия проходящих через них водяных паров и некоторых дру­гих газов. Причем в наибольшей степени это относится к вязкости в низкотемпературной области (до 1000 °С).

Нами проанализировано влияние газовой атмосферы и связанной воды на скорость спекания и вспенивания пенооб­разующих смесей, приготовленных «сухим» и «мокрым» спо­собами на основе стекла 2Н (эталон), высокоглиноземистого 6Н [3] и алюмоборосиликатного [242]. Составы и свойства стекол приведены в табл. 6 и 7. В качестве газообразователей были использованы наиболее изученные: кокс—2%; антра­цит— 1,7; активная газовая сажа марки ДГ 100—0,3%.

В ходе эксперимента определялись вязкость плотных сте­кол и спеков, полученных из таблеток дисперсного стекла с удельной поверхностью 6000 сл2/г с добавкой газообразова­теля, и коэффициент вспенивания (Kv), выражающий отно­шение высоты вспененного образца (АН + Н) к его первона­чальной высоте (Н).

При определении коэффициента вспенивания пробы пено­образующей смеси по 10 г уплотнялись в тигле под нагрузкой

Содержание окислов, % по массе

Химический состав стекол (по анализу)

Стекло

Si02

AI2O3

В2о3

Fe2Os

CaO

MgO

Na20

K2o

So,

ВВС

71,65

1,85

0,11

6,87

3,98

15,26

0,28

72,00

1,85

0,20

6,80

4,15

14,30

0,45

0,25

70,82

4,98

0,67

5,90

2,61

13,69

1,09

0,24

12

71,1

6,40

1,94

0,07

3,76

3,71

11,22

1,78

0,30

Таблица 7

Свойство

Значения свойств стекол

ВВС

12

Объемная масса, г/см3

2,478

2,477

2,475

2,431

Коэффициент термического расши­

Рения, °С-1

92,8.10"'

92,8-10"7

88,9-Ю-7

79,0-Ю-7

Микротвердость, кгс/мм2

575

575

591

Модуль Юнга Е, кгс/смг

6500

6500

6100

Химическая устойчивость, потери

В % по массе:

В воде

0,15

0,09

0,10

0,07

В 20, 24% НС1

0,07

0,07

0,10

0,10

В 2н. NaOH

0,08

0,08

0,09

0,08

Температура начала деформации

Гн. д. °С

Температура трансформации Тg, °С

565

540

575

585

540

510

540

540

Логарифм вязкости, при °С:

600

10,98

11,58

700

8,0

8,26

8,43

8,60

800

6,46

6,40

6,54

6,80

900

5,22

5,16

5,33

5,45

Поверхностное натяжение, дин/см,

При °С:

700

312

310

255

800

302

269

900

292

283

1000

285

291

1100

278

295

Некоторые физико-химические свойства стекол, принятых для исследований

Примечание. Кристаллизация при температуре до 1000°С у всех сте­кол не обнаружена.

100 г/см2 для достижения равной степени уплотнения. Опыты проводились на установке (рис. 3.11), позволяющей изменять температурный и газовый режимы в зависимости от условий эксперимента. Чтобы исключить влияние примесей металли­ческого железа на изменение процесса вспенивания (рис.

3.12), пенообразующие смеси готовились по одному и тому же режиму в шаровой мельнице с постоянными параметрами работы. Для определения вязкости спеков готовились таблет­ки диаметром 20 мм и высотой 6 мм при давлении прессова­ния 1000 кгс/см2. Объемная масса их после прессования рав­на 1,6 г/см3.

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Антрацит

Стекло ZH

Коллоидный углерод-

T=8Z5°

ТМШ

Рис. 3.12. Кинетика процесса вспенивания пеностекла: а —влияние добавок металлического железа (/ — 0,1; 2—0,05; 3 — 0% Fe); б —влияние атмо­сферы на процесс вспенивания в присутствии коллоидного углерода (/ — в среде воздуха; 2 —в среде азота; 3 — в атмосфере смеси азота и водяных паров (250 мм рт. ст.))

5. Зак. 1463

На примере пенообразующей смеси из стекла 2Н и антра­цита показано (рис. 3.12, а), как металлическое железо, обыч-

Рис. 3.11. Схема модернизированной уста­новки для изучения кинетики процесса вспе­нивания [50]: 1 — форма для вспенивания; 2 — индикатор; 3 — линейка; 4 — корпус печи; 5 — патрубок для регулирования ат­мосферы печи; 6— пробка из изоляционно­го материала; 7—нагреватели

Но присутствующее в пенообразующей смеси, снижает коэф­фициент объемного вспенивания, что свидетельствует об отрицательном действии металлического железа (очевидно, и других твердых частиц) на текучесть силикатного расплава.

Наименьшей чувствительностью к действию окислитель* ной среды (воздуха) обладают смеси, у которых в качестве газообразователя применен кокс (рис. 3.13, в). Очевидно, это
связано с пониженной реакционной способностью кокса по сравнению с антрацитом (рис. 3.13, а, г) и тем более с актив­ной газовой сажей (рис. 3. 13, б), которая в окислительной атмосфере в условиях данного эксперимента почти полностью выгорает (рис. 3.13, б, кривая /).

Учитывая большое влияние окислительной атмосферы на кинетику вспенивания, газовые смеси, содержащие водяные пары и предназначенные для выяснения «х роли в процессе вспенивания, готовились на основе азота.

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Сгехло/2 Антрацит /,7%

О 20 40 60 SO О 20 40 60 г, мин Стекло2Н

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Кокс 2%

Рис. 3.13. Кинетика процесса вспенивания пеностекла в зависимости от со­става стекла (а, б), вида газообразователя (а, б, в) и атмосферы печи (а—г). Температура максимума вспенивания 825°С: 1 — в атмосфере воз­духа; 2— в атмосфере азота; 3 — в смеси азот+пары воды (150 мм рт. ст.); 4 — то же, 250 мм рт. ст.; 5 — то же, 350 мм рт. ст.; 6 — в атмосфере азо - та+0,12% связанной воды в стекле; 7 — то же+0,5% связанной воды;

8 — то же+10,5% связанной воды

Г

У/

8- 5-

80 О 20 40 60 v, мин

С повышением содержания водяных паров в. атмосфере печи наблюдалось снижение температуры начала усадки пенообразующей смеси и температуры начала вспенивания и некоторое уменьшение усадки, предшествующей вспениванию (рис. 3.13). Если снижение температуры начала усадки пено­образующей омеси можно объяснить понижением вязкости стекла в атмосфере водяных паров, то последующие явления связаны, несомненно, со сдвигом температуры начала реак­ций ценообразования в присутствии водяных паров в область более низких ее значений, а также непосредственным участи­ем НгО в окислительно-восстановительных реакциях, вызы­вающих образование H2S и усиление процесса вспенивания пеностекла. Процесс вспенивания еще больше усиливается в присутствии адсорбированной молекулярной воды или в виде гидроксильной группы. Незначительное количество ее (0,12%) снижает температуру спекания пенообразующей смеси на 25—30 °С и температуру максимума вспенивания, что подтверждается как ходом кривых, характеризующих кинетику данного процесса (рис. 3.13, кривые 6—8), так и сдвигом кривых вязкости спеков в область более низких зна­чений температуры.

Сравнение кривых скорости вспенивания смесей на основе стекол с различной величиной градиента вязкости (Algri) показывает, что алюмоборосиликатное стекло 12 (см. табл. 6), имеющее в температурном интервале 750—850°С, Algr]—1,95 и более высокое значение Гн. д (585 °С), вспенивается значи­тельно быстрее (рис. 3.13, а, кривые /, 2), чем смесь на основе стекла 2Н, для которого Algri = 1,39 и Гн. д—540 °С (рис. 3.13, г, кривые 1, 2). Существенных различий в скорости вспенивания пеностекла на основе гидратированных стекол различных составов (12 и 2Н) не обнаружено (рис. 3.13, а, г, кривая 6), но в присутствии различных газообразователей (антрацит, сажа) процесс вспенивания активизируется с уве­личением их дисперсности (рис. 3.13, а, б, кривые 6, 7).

Для выяснения роли водяных паров в процессе вспенива­ния пеностекла было получено стекло, в котором углерод находился в коллоидном виде (варка стекла с 5% антрацита в печи с "восстановительной атмосферой). Это стекло (состав 2Н) было смолото без добавок газообразователя до удель­ной поверхности 6000 см2/г и после тщательного высушивания подвергнуто термообработке по аналогичному режиму при максимальной температуре вспенивания 825 °С. Если исхо­дить из предположения, что для вспенивания не требуются водяные пары, то в приготовленном описанным выше спосо­бом порошке стекла имеются все компоненты, необходимые ДЛЯ беспрепятственного протекания процесса вспенивания — кремнезем, сульфат натрия и коллоидный углерод.

Результаты эксперимента показали (см. рис. 3.12, б), что коэффициент вспенивания такого порошка отличается незна­чительной величиной независимо от содержания кислорода в атмосфере печи (кривые 1, 2), а температура начала вспени­вания смещена в область более высоких значений по сравне­нию с традиционными углеродсодержащими пенообразующи - ми смесями. С введением водяных паров в атмосферу печи при термообработке порошка стекла, сваренного с добавкой 5% углерода, снижается температура начала вспенивания и значительно увеличивается коэффициент вспенивания (кри­вая 3), что подтверждает существенное влияние водяных па­ров на ход реакций пенообразования. Помол такого стекла в водной среде до равнозначной степени дисперсности еще боль­ше усиливает вспенивание (рис. 3.13, г, кривая 6).

Исследование кинетики процесса вспенивания пеностекла (рис. 3.12 и 3.13) показало, что изменение состава атмосферы, в которой протекает процесс термообработки пенообразую­щей смеси, приводит к изменению скорости процесса вспени­вания пеностекла. Кроме того, на скорость спекания частиц стекол рассматриваемых составов и образования ими капсул вокруг зерен газообразователя оказывают влияние также удельная поверхность частиц исходных пенообразующих сме­сей (стекла и газообразователя), величина поверхности кон­такта между частицами и среднее расстояние между поверх­ностями соседних частиц, температура начала размягчения стекла [243—245], концентрация окислительного компонента в исходном стекле [50, 246].

Изменение парциального давления водяного пара влияет не только на вязкость и поверхностное натяжение исходного стекла [232, 235, 236, 246, 247], но и на температуру начала реакций газообразования, причем увеличение парциального давления водяных паров сдвигает начало процесса пенообра­зования в сторону более низких температур. Влияние водяных паров на кинетику процесса пенообразования рассматривал К - Ханке [248], который также установил, что образование пузырей в пиропластическом силикатном расплаве зависит от парциального давления паров воды при наличии S03 в рас­плаве и согласуется с данными работ [7, 59], в соответствии с которыми процесс вспенивания в атмосфере с парциальным давлением водяных паров 200—760 мм рт. ст. может быть ускорен.

Вывод о положительном влиянии связанной воды (адсор­бированной или гидроксильных групп) ня вязкость стекол и пиропластических спеков пенообразующих смесей в низкотем­пературной области приведен в работах [1, 68, 120, 232, 235, 236, 249, 250], однако авторами не освещается взаимосвязь между составом пенообразующей смеси, ее свойствами и ко­
личеством связанной воды и совместное влияние данных фак­торов на процессы газо - и ценообразования, определяющие кинетику процесса вспенивания пеностекла. С другой сторо­ны, характерной особенностью большинства исследований в этой области является лишь качественная оценка процесса вспенивания, тогда как для выбора оптимального технологи­ческого режима производства пеностекла необходима количе­ственная характеристика процессов газо - и ценообразования.

Кинетика процесса вспенивания пеностекла в присутствии воды

Рис. 3.15 Зависимость вязкости спеков пенообразующих смесей от темпе­ратуры: I, 2, 3—обозначения те же, что и на рис. 3.14; Ґ, 2', 3'— те же пенообразующие смеси на основе гидратированных стекол (количество свя­занной воды 0,12%)

Его t,°c

Выполненное нами исследование позволяет количественно оценить влияние состава газовой атмосферы печи или связан­ной воды в исходном стекле на вязкость спеков и кинетику процесса вспенивания в зависимости от вида газообразовате­ля, его дисперсности, состава стекла и градиента вязкости. На примере трех стекол (2Н, 6Н и 12), представляющих наи­больший интерес для производства рассматриваемых видов пеностекла, показано (рис. 3.14 и 3.15), что введение в стекло даже десятых долей процента связанной воды снижает вяз­кость спеков пенообразующей смеси в области температуры спекания стекла и вспенивания пеностекла (740—840 °С) в

2,5—4 раза. Наклон кривых вязкости lgr| = f(^) к темпера­турной оси для спеков в отмеченной температурной зоне умень­шается по мере увеличения в исходном стекле количества связанной воды, что указывает на уменьшение градиента вязкости и соответственно увеличение «длины» силикатного расплава. Выявленная закономерность изменения вязкости спеков находит подтверждение в работе J1. И. Корчемкина [251], в которой приведены данные о влиянии «влажности» на вязкость стекол системы Na20—Si02 (рис. 3.16).

Нами установлено, что уменьшение градиента вязкости спеков пенообра­зующих смесей способствует формиро­ванию структуры и пеностекла с мини­мальным количеством дефектов и бо­лее высокими структурно-механически­ми характеристиками. Активность про-

Цесса вспенивания снижается от введения в пенообразующую смесь примесей металлического железа. Это позволяет пред­положить, что при введении железа в смесь не происходит экзотермических реакций, как отмечается в работах [12, 65], а лишь увеличивается вязкость пиропластичестх спеков, что согласуется с данными Д. Стенли [252], установившего уве­личение вязкости двуокиси кремния при введении частиц воль­фрама.

разное

Солнечные коллекторы для отопления

Домашние отопительные системы обычно работают за счет энергии электричества, природного газа или масел, за которые необходимо платить. К тому эти способы отопления вредят окружающей среде. Альтернативой им является солнечная батарея или коллектор.

Как раскрутить свой Instagram с помощью сервиса Like Social ?

Популярность социальных сетей сделала возможной организацию бизнеса в Интернете. Чтобы убедиться в том, что интернет-дело может быть прибыльным, достаточно обратить внимание на количество пользователей популярной сети «Инстаграм», которое на сегодняшний …

Лодки надувные

Наш магазин лодки надувные разных размеров, которые мы можем выслать в Хабаровск. Мы на данный момент ищем российских партнёров. Возлагаем надежды, чтоб мы с вами по вебу обсудим о методе сотрудничества.Мы готовы в мае этого года выслать в Хабаровск лодки надувные

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.