При выборе ПАВ учитывалась возможность понижения ими твердости стекла или поверхностного натяжения воды. Добавки растворов вводились в количестве до 2%, причем количество воды уменьшалось на величину вводимой добавки ПАВ. Учитывалось также изменение рН в связи с введением этих добавок. Продолжительность диспергирования навески стекла в 2,5 кг была принята равной 84 мин, что соответствовало удельной поверхности стекла 7200 см²/г (см. рис. 3.5, кривая 2).

Кривые зависимости S = f(т) для всех добавок ПАВ (рис. 3.7) характеризуются ростом удельной поверхности лишь до некоторого значения концентрации ПАВ, затем по мере повышения 5 наблюдается ослабление действия ПАВ, вызываемое, очевидно, уменьшением коэффициента трения в системе. В отличие от сухих смесей, где обнаружено отрицательное действие ССБ и ГКЖ-94 (см. рис. 3.4, б), при диспергировании стекол в воде влияние их положительное, хотя эффект действия при оптимальной концентрации (0,4—0,5%) невелик. Наиболее ощутимое действие оказывает добавка сапонина (рис. 3.7, кривая 2). Введение ее в количестве 0,002% повышает эффект диспергирования на 10%, что при высоких значениях S весьма важно. Несколько слабее влияние углеводородных ПАВ (рис. 3.7, кривая l), хотя действие их не ослабевает и при большей концентрации. Несмотря на высокую способность этих веществ проникать в микротрещины на поверхности стекла, расклинивающее действие их, очевидно, невелико, так как углеводороды не вступают в химическое взаимодействие со стеклом. Незначительный эффект получен при введении оптимальной (0,4%) добавки олеиновой кислоты (всего лишь 4,5—5%), хотя, по данным работы [1], при «сухом» способе диспергирования стекол ΔS составляет 10—15%.

Результаты исследований диспергирования стекол в жидких средах показали, что скорость процесса можно повысить введением в диспергируемую систему носителей ПАВ, наиболее доступным из которых может быть вода. Оптимальная влажность такой системы должна быть около 35%.

Максимальный эффект обнаружен при введении добавок, снижающих поверхностное натяжение воды, которая (находясь в диспергируемой системе в избыточном количестве) глубже проникает в микротрещины на поверхности частиц стекла, оказывает расклинивающее действие и ускоряет процесс их разрушения.

Снижение поверхностного натяжения воды ослабляет процесс коагуляции микрочастиц стекла и газообразователя и сдвигает его в область больших значений удельной поверхности смеси (5000—8000 см²/г). Это позволяет процесс диспергирования стекла вести с большей скоростью (на 20—25%) и добиться более равномерного распределения газообразователя в пенообразующей смеси.

Присутствие углеродистых газообразователей в системе не оказывает существенного влияния на изменение скорости процесса. Повышение удельной поверхности не зависит от природы газообразователя и составляет всего лишь 2—3%.

Процесс диспергирования сопровождается химическим взаимодействием воды и стекла, скорость его растет с уменьшением поверхностного натяжения воды. В таких системах расширяется область положительного действия ПАВ.

Исследование гидратации стекол при диспергировании.

Поверхность свежего излома стекла обладает минимальной устойчивостью к действию воды [223]. Разрушение начинается с поглощения поверхностью стекла молекул воды за счет избыточных сил поверхности [224—228]. Вода структурно связывается со стеклом и в виде групп ОН- покрывает поверхность, на которых происходит сорбция новых порций воды, образующей в зависимости от хода реакции слой толщиной в несколько десятков и даже сотен молекул [94, 227]. Активность процесса гидратации стекла пропорциональна величине поверхности контакта между стеклом и водой и температуре. В шаровых мельницах эти условия особенно благоприятны, поэтому процесс гидратации должен быть весьма активным.

В общем виде процесс гидратации натриево-калиевых силикатных стекол может быть выражен уравнением:

Где п — число молей R_хО_у, входящих в состав стекла; z — число молей Н₂0, присоединенной стеклом в процессе гидратации или гидролиза; т₁ — число молей Н₂0, участвующих в реакции; Q — количество тепла, выделившееся при гидратации в калориях. Наряду с гидратацией стекла процесс растворения в воде стекловидных щелочных силикатов сопровождается гидролизом по схеме:

При гидролитическом расщеплении силикатов щелочных металлов важную роль в растворе играет концентрация RОН. Высокая щелочность раствора почти исключает (подавляет) гидролиз стекла из-за того, что находящиеся в растворе свободные окислы типа R_хО_у (главным образом SiO₂) легко взаимодействуют со щелочными, вновь образуя раствор щелочного силиката [227] по схеме:

Согласно работам [223, 227], при большом разбавлении пульпы водой гидролиз стекла быстро возрастает, благодаря чему в разбавленных растворах щелочные силикаты оказываются почти полностью гидролизованными на RОН и R_хО_у. При растворении силикатов натрия или калия окиси этих металлов переходят в раствор быстрее, чем SiO₂, вследствие чего на поверхности частиц стекла образуется пленка геля SiO₂, которая тормозит процесс растворения стекла и в состоянии покоя цементирует (склеивает) еще не растворившиеся его зерна в монолитную массу. Кинетика растворения частиц стекла 6Н в статике, наблюдаемая нами в микрокиноустановке МКУ-1, показана на рис. 3.8.

Незначительное растворение, характеризуемое сглаживанием острых граней (рис. 3.8, б), замечено через 12 ч. Примерно в таком же состоянии частицы стекла сохранялись в течение 36 ч (рис. 3.8, г), затем, очевидно, по мере повышения концентрации жидкой фазы щелочами, образующимися по схеме реакции (3.4), обнаружено формирование видимой пленки геля кремнекислоты (через 72 ч), толщина которой весьма медленно увеличивалась (рис. 3.8, ж, з), замедляя при этом скорость растворения частиц стекла. Только после 9,5 суток частицы стекла величиной 0,1—0,2 мм не были найдены.

Таким образом, установлено, что при растворении силикатных стекол с высоким содержанием SiO₂ окиси щелочных металлов переходят в раствор быстрее, чем SiO₂, вследствие чего на поверхности зерен стекла образуется пленка геля кремнекислоты, которая тормозит протекание реакции (3.3).