ВСЕ О ПЕНОБЕТОНЕ

Особенности практической реализации механоактивации с учетом накопленного опыта и ошибок

Химические реакции, протекающие во время измельчения, а также повы­шение химической активности тонкодисперсных веществ есть объект исследо­вания механохимии - раздела химии твердого тела. Успехи механохимии ста­новятся достоянием практической химической технологии. Активация мине­ральных веществ посредством тонкого измельчения уже давно вышла из рамок лабораторных исследований и уверенно занимает свое место в цепи производ­ственных операций, а то и становится основой нового производства.

В качестве примера можно назвать использование активированного кварца, которое привело к созданию нового строительного материала - силикальцита.

Применение механической активации в планетарных мельницах в производ­стве технической пятиокиси ванадия обеспечило более полное его извлечение в одной стадии выщелачивания, что позволило сократить цикл переработки с 30 до 1 часа и значительно улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

Всемирно известные работы Фишера, показавшие высокую активность «микронного угля», и основанное на его гидрировании производство синтети­ческого жидкого топлива по Фишеру - Тропшу - к этому способу стали очень внимательно присматриваться в последнее время в связи с возрастающим де­фицитом нефти. Механокрекинг каменного угля при его измельчении и насы­щении свободных связей водородом, образующимся в результате механохими - ческой реакции воды с восстановителем, открывает широкую перспективу со­вершенствования технологии твердого топлива.

Интенсификация вскрытия упорных концентратов цветных и редких ме­таллов посредством механохимической активации - чрезвычайно перспектив­ное направление совершенствования технологии полезных ископаемых, уже перешла из стадии лабораторных опытов в фазу промышленного освоения.

При всех успехах механохимии как науки, доказавшей свою состоятельность и перспективность, множество исследователей, тем не менее, упускают очень важные положения, без которых результативность и эффект любого эксперимен­та в этой области может оказаться нулевым а то и вовсе отрицательным.

Первое, что следует ОБЯЗАТЕЛЬНО учитывать - продолжительность хранения вещества в активированном состоянии. Из опыта работы с мине­ральным веществом, активированным измельчением, следует, что энергия, ак­кумулированная в поверхностном слое или в аморфизованном веществе, или в дефектах кристаллического строения активированного вещества, сохраняет­ся сколь угодно долго, пока условия не изменятся и не станут благоприятными для укрупнения частиц, их агломерации или кристаллизации. Очень часто такие условия формируются самопроизвольно, в ходе хранения активированного ве­щества, а энергия, аккумулированная в зоне остаточных напряжений, диссипи - рует со временем вследствие протекания в материале ряда вторичных релакса­ционных процессов. При этом напряжения в материале релаксируют, свободные радикалы и ионизированные частицы рекомбинируют, дислокации аннигилиру­ют или выходят на поверхность. Процесс диссипации энергии начинается сра­зу в момент активации, продолжая протекать в материале и после прекращения механической обработки материала, то есть после выхода полученного порошка из рабочей камеры измельчителя-активатора. Причем скорость релаксационных процессов зависит не только от свойств материала, но и от условий хранения (температура, влажность, давление, химический состав среды хранения и т. п.). С течением времени энергия, накопленная в материале за счет механической акти­вации, диссипирует, и рано или поздно, но материал возвращается к своему пер­воначальному состоянию. Весь вопрос только в том, как скоро это произойдет.

Диссипация энергии у физических систем - это переход части энергии упорядоченного процесса (например электрического тока) в энергию неупоря­доченного процесса, и в конечном счете в тепловую (например в джоулево теп­ло). У механических систем переход части ее механической энергии в другие формы (например в теплоту) происходит за счет наличия сил сопротивления.

Активированный кварц проявляет необычные свойства достаточно дол­го: повышенную растворимость - в течение года, а повышенную спекаемость с кальцитом - 6 месяцев. В то же время цемент марки М-400, активированный в дисмембраторе (при скорости движения рабочих органов 50 м/с), за 1 час хра­нения теряет 4-5 % прочности по сравнению с аналогичным, употребленным в дело сразу после активации. Через 2 часа потери составляют уже 11-15 %. И всего через сутки прочность активированного цемента равна прочности не­активированного.

Ускорить релаксацию и тем самым снять активацию минерала можно по­средством нагревания до 90-100 °С и постепенным охлаждением. Поэтому в ап­паратах, предназначенных для активации минеральных веществ, необходимо из­бегать нагревания измельчаемого материала, ибо нагревание снимает активацию. В лабораторных опытах при сухом измельчении минеральных веществ в плане­тарных мельницах обычно практикуют длительную активацию только как сумму кратковременных включений мельницы с последующим охлаждением рабочих барабанов. Несоблюдение этих условий приводит к получению несопоставимых результатов.

Кстати, именно из-за невозможности организовать достаточный теплоот - вод от мелющегося тела в планетарной мельнице основана практическая невоз­можность сколь-нибудь значимого применения этих агрегатов в производстве высокоактивных механоактивированных вяжущих.