При длительном действии воды на стекло (выдерживание пульпы в течение 15 суток — рис. 3.10, кривая 12) обнаружены еще два эндотермических эффекта с максимумами пиков при 320 и 440°С, которые, по-видимому, соответствуют удалению несвязанной воды, замкнутой в микрополостях гидросиликатов, или избыточной гидратной влаги.

Эндотермический эффект, соответствующий вспениванию проб, по мере увеличения количества связанной воды сдвигается в область более низкой температуры. Это вызвано, вероятно, уменьшением вязкости стекла за счет встраивания ионов (ОН-) в его структуру и, следовательно, сопровождается снижением температуры вспенивания, что было подтверждено экспериментально.

Анализ данных ТГ (рис. 3.10, кривые 1'—12') позволяет заключить, что в пробах, полученных после 4-часовой обработки стекла в мельнице, содержится достаточное для вспенивания (>1%) количество гидратной воды, поэтому дальнейшее увеличение длительности помола, если это не связано с другими параметрами, нецелесообразно.

Рис. 3.10

Рис. 3.10. Кривые ДТА (1—12) и ТГ (1'—12') стекла 6Н (1) и образцов, полученных при его диспергировании в воде в течение 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 ч (2—9) и последующей выдержке пульпы в течение 2, 5 и 15 суток (10—12).

Характерна и другая зависимость для процесса дегидратации стекла. При любом насыщении стекла гидратной водой количество ее до начала вспенивания пробы остается небольшим (0,1 —1,0%), но вполне достаточным для ее вспенивания.

Характер кривых потерь массы при дегидратации стекла взаимосвязан и со скоростью нагрева проб. Отмеченные нами эндотермические эффекты на кривых 1'—12' при повышении скорости нагрева проб сдвигаются в область больших значений температуры. Поэтому для выделения максимально возможного количества воды в период, соответствующий температурно-вязкостному интервалу вспенивания, необходимо увеличивать скорость нагрева пенообразующей смеси до начала вспенивания пеностекла. Это согласуется с данными, полученными нами при исследовании сульфат- и углеродсодержащих смесей [50, 230, 231].

Таким образом, исследование диспергирования стекол в шаровой мельнице в присутствии воды позволило установить, что наряду с ускорением процесса диспергирования протекают и другие: гидратация стекла с образованием соединений типа R2O•RxОу•zН2О, растворение в воде стекловидных щелочных силикатов, вызывающее повышение щелочности жидкой фазы (фильтрата), и обратные явления — образование раствора щелочных силикатов типа R2О•nRxOy. Количественная оценка процесса с помощью химического и дифференциально-термического анализов позволила установить, что в нем в первоначальной стадии (до 4 ч) преобладают явления гидратации стекла (60—70%), которые в дальнейшем еще больше активизируются. Образование раствора щелочных силикатов, очевидно, протекает активнее при высокой концентрации RОН в жидкой фазе пульпы.

Установлено также, что оптимальное для вспенивания количество гидратной воды содержится в пробах, отобранных после 4-часовой работы мельницы. Однако и меньшее ее количество (0,1—0,2%) облегчает процесс вспенивания пеностекла и снижает температуру максимума на 20—30 °С (рис. 3.10, кривые 1—3). По мере увеличения содержания в стекле гидратной воды (до 1%) температура вспенивания пеностекла снижается, достигая 750 °С (рис. 3.10, кривая 12).

Проведенные исследования показали возможность использования в заводских условиях изученного нами способа диспергирования силикатных стекол для получения пенообразующих смесей с повышенной реакционной способностью к вспениванию.

На основе анализа исследований по диспергированию силикатных стекол сформулируем некоторые общие закономерности.

При «сухом» способе диспергирования силикатных стекол скорость процесса может быть повышена введением поверхностно-активных веществ, которые снижают поверхностную твердость стекол, вступающих с ними в химическое взаимодействие или изменяющих полярность частиц пенообразующей смеси (стекла и углерода), в результате чего усиливается явление пептизации.

Однако положительное действие изученных ПАВ относится к узкой области значений удельной поверхности пенообразующей смеси. Объясняется это достаточно быстрым изменением соотношения поверхностей стекла и добавки ПАВ. Правомерность такого суждения, очевидно, может быть подтверждена тем, что при введении в диспергируемую систему носителей ПАВ, область действия их не только расширяется, но и сдвигается в сторону больших значений суммарной удельной поверхности системы. Поэтому «мокрый» способ диспергирования силикатных стекол по сравнению с «сухим» следует считать более эффективным.

При «мокром» способе диспергирования наряду с ускоренным протеканием процесса активизируются гидратация и гидролиз стекол. Присутствие в пенообразующей смеси продуктов этих реакций положительно отражается на вспенивании пеностекла, что обусловлено более ранним спеканием смеси и выделением при нагревании дополнительных объемов газообразных продуктов.

Термографическое и электронномикроскопическое исследования пенообразующкх смесей, содержащих продукты гидролиза и гидратации стекол, указывают на наличие тесной взаимосвязи между составом пенообразующей смеси и механизмом вспенивания пеностекла.

Введение ускорителей диспергирования мало отражается на начальных стадиях процесса (до 2500—3000 см2/г), что объясняется недостаточно равномерным распределением их по поверхности частиц стекла и небольшим значением эффекта из-за незначительной величины отношения поверхности диспергируемой частицы к ее объему.

При «сухом» способе диспергирования добавки ПАВ, являющиеся ускорителями и одновременно носителями растворов щелочных металлов, снижают температуру спекания пенообразующей смеси, способствуют «подавлению» кристаллизации стекла с поверхности и могут участвовать в реакции газообразования. Уменьшение радиуса иона щелочного металла, вводимого с раствором, способствует увеличению скорости процесса диспергирования.

СТРАНИЦЫ: