ОМАГНИЧЕННАЯ ВОДА

Чистим стенки

Расскажем о процессе, который изучали более всего и о котором, естественно, было более всего споров. Сейчас, когда у нас есть хотя бы приблизительное представление о механизме магнитной обработки, не­давние дискуссии выглядят неоправданно острыми, хотя и сейчас далеко не все ясно. А даже десять лет тому назад противоречия, казалось, вели прямо в тупик. Процесс, о котором идет речь,— двуединый, его можно рассматривать как два самостоятельных процесса: растворение и кристаллизацию.

Известно, что почти все неорганические вещества в большей или меньшей степени растворяются в воде. Поваренная соль (хлорид натрия) при 20 °С имеет предельную растворимость 36 г/100 см3. Это значит, что в данном объеме воды первые порции соли (1—2 г) растворяются довольно быстро (несколько секунд), последующие порции — медленнее и только после пере­мешивания. Растворение порций свыше 20 г протекает в течение десятков секунд. Добавление последнего грамма делает раствор насыщенным, соль более не растворяется, следующие порции остаются в виде твердой фазы — это уже пересыщенный раствор.

Если соль растворить в «омагниченной» воде или обрабатывать магнитным полем суспензию с неболь­шим количеством соли, то растворение завершается быстрее: вместо десяти секунд — пять. Для более рас­творимых солей (например, сульфата магния) скорость растворения изменяется в десятки раз.

В обиходе нередко говорят, что магнитное поле влияет на растворимость солей. Требуется уточнение: изменяется кинетика растворения, скорость процесса становится больше или меньше, а предельное значе­ние растворимости (для хлорида натрия — 36 г) остается неизменным.

Как мы это объясним? При обработке воды имею­щиеся в ней «тонкие» ионы попадают в клетки-полости, освобождаясь от «шубы» из молекул НгО, а освобо­дившиеся мономерные молекулы воды активно взаимо­действуют с поверхностью введенного твердого веще­ства. При обработке суспензии, кроме того, добавля­ются мономерные молекулы Н20, освободившиеся из «шуб» ионов, встроившихся в кристаллическую решетку частиц твердой фазы. Таким образом, растворение сопровождается кристаллизацией. Если обрабатывают суспензию, концентрация которой близка к насыщен­ному раствору, кристаллизация становится все более заметной, значит, эффект магнитной обработки (про­являющийся как увеличение скорости растворения) постепенно уменьшается. При обработке пересыщен­ного раствора заметна только кристаллизация. Иногда считают, что здесь эффект магнитной обработки изме­нил знак, а на самом деле вместо двух противополож­ных эффектов остался один. В пересыщенном растворе нет свободных клеток-полостей, нет и первого эффекта.

Итак, магнитная обработка пересыщенного раство­ра приводит к ускорению кристаллизации, это назы­вается также снятием пересыщения.

Особенно заметно влияние магнитного поля на рас­творение малорастворимых солей. Так, предельная рас­творимость гипса в воде — 0,2 г. Если в воду ввести всего 0,1 г гипса, то растворение будет идти медленно (ведь это все равно, что для хлорида натрия 20 г). В воде, прошедшей магнитную обработку, то же коли­чество гипса растворится за несколько секунд, и этот эффект имеет большое практическое значение.

Исследованию действия магнитного поля на неодно­родную систему гипс — вода посвящено несколько десятков работ. Не у всех наблюдался положительный результат. Не было, например, никакого эффекта; когда постоянным магнитом обрабатывали неподвиж­ную воду. В этих условиях сила Лоренца равна нулю, и теперь отсутствие эффекта мы считаем вполне законо­мерным, а в свое время этот результат вызвал бурную полемику.

В движущейся суспензии или в переменном маг­нитном поле эффект тоже бывает не всегда. Так, в обла­сти «оптимальных» индукций скорость растворения гипса уменьшается, при несколько больших индукциях отмечается отсутствие эффекта, а при В= 1,6 Тл наблю­дается увеличение скорости растворения гипса. Это ти­пичная зависимость с экстремумом, с которой мы встречались неоднократно и которую объясняли в раз­деле 3.6. Поэтому отсутствие эффекта при опреде­ленных индукциях более не выглядит странным. Но вот как отнестись к тому, что в обработанной воде гипс растворяется не быстрее, а медленнее? Тут надо вспом­нить, что гипс, как и некоторые другие сульфаты, имеет отрицательный температурный коэффициент растворимости (растворимость при нагревании умень­шается). Тот же гипс в фосфорной кислоте характе­ризуется положительным температурным коэффициен­том растворимости: его растворимость при нагревании увеличивается. Вполне естественно, что в этом случае магнитная обработка с «оптимальной» индукцией при­водит к увеличению скорости растворения гипса. В системе гипс—вода эффект магнитной обработки при нормальной температуре проявляется ярче, чем при повышенной, а в системе гипс—фосфорная кислота картина обратная.

Растворимость гипса в растворах фосфорной кис­лоты зависит от ее концентрации и достигает мак­симума при 30 % Н3РО4. Именно при этих условиях отмечается наибольший эффект магнитной обра­ботки — скорость растворения увеличивается на 30 %,

В производстве фосфорной кислоты образуется фосфогипс — соединение гипса с кремнефторидом натрия. Растворимость кремнефторида натрия в фос форной кислоте также зависит от ее концентрации максимум — при 5 % Н3РО4. И именно при такой кон­центрации фосфорной кислоты наиболее заметен эффект магнитной обработки — скорость растворения увеличивается на 20 %.

Фосфогипс в зависимости от ряда условий может иметь разную растворимость в фосфорной кислоте. Если взять образец с высокой растворимостью, то он будет быстрее растворяться в обработанной магнит­ным полем кислоте. Но если взять образец с низкой растворимостью, то он станет медленнее растворяться в обработанной кислоте.

Эти экспериментальные результаты соответствуют найденному Н. А. Глебовым ряду соединений кальция, для которых рассматриваемый эффект магнитной обра­ботки убывает в такой последовательности: Са (ОН)г> > CaS04> CaF2> СаСОз. В такой же последователь­ности изменяется и растворимость этих веществ.

Если суммировать все эти факты, то можно ска­зать, что магнитная обработка не изменяет предель­ную растворимость веществ и механизм растворения, а влияет на скорость процесса тем, что создает дополни­тельное количество активных мономерных молекул воды.

Следствием этого является ускоренное растворение солей, в частности тех, что отложились в виде «инкру­стаций» на стенках труб, по которым протекает омагни - ченная вода. Трубы становятся чище. В 1945 г. бель­гийский инженер Т. Вермайрен взял патент на примене­ние магнитной обработки воды для очистки стенок труб. Сейчас таким способом очищают трубы разно­образных теплообменных аппаратов, а также различ­ные технологические коммуникации.