Поэтому при синтезе стекол для производства пеностекла должны выбираться такие, которые в монолите совершенно не кристаллизуются в области температур максимума вспенивания пеностекла и незначительно кристаллизуются (отдельные редкие кристаллы) в этой же температурной области, находясь в дисперсном состоянии и в присутствии газообразователей.

4. Некоторые физико-химические закономерности синтеза дисперсных систем на основе силикатных стекол

Несмотря на значительные успехи, достигнутые в развитии производства пеностекла, исследования по диспергированию силикатных стекол, необходимые для обоснования и выбора оптимальных технологических схем по ведению этого процесса, проводились весьма недостаточно. Лишь в работах Л. М. Бутта [11] и Ф. Шилла [1] рассмотрены некоторые вопросы, относящиеся в основном к подбору мелющих агрегатов и компоновке оборудования в отделениях подготовки пенообразующих смесей. Приведенные авторами данные заимствованы из технологии цемента, предусматривающей лишь «сухое» диспергирование. Имеющиеся в литературе сведения по диспергированию других материалов, в основном кристаллических [41—43, 46, 250—262], не могут быть использованы для стекол, поскольку в них не отражена взаимосвязь диспергирования с последующими процессами получения пеностекла.

В соответствии с выполненными нами исследованиями и анализом литературных источников сформулируем некоторые физико-химические закономерности синтеза дисперсных систем на основе силикатных стекол и газообразователей.

Большое участие в формировании физико-химических свойств пеностекла принимают добавки поверхностно-активных веществ, используемые в качестве ускорителей процесса диспергирования. Выполненные нами исследования показали, что для каждой добавки ПАВ существует своя область действия, соответствующая вполне определенному и достаточно узкому значению удельной поверхности пенообразующей смеси. Степень их действия характеризуется рядом в направлении снижения эффекта: газовая сажа-антрацит-растворы солей натрия-растворы KCl, К₂СО₃, Na₂SО₄-вода-ССБ. С учетом влияния этих добавок на вспенивание пеностекла и кристаллизацию дисперсных стекол приведенный ряд выглядит иначе: растворы солей натрия-растворы KCl, К2СО3, Na₂SО₄-вода-газовая сажа-антрацит-ССБ. Основываясь на этой зависимости, следует подчеркнуть, что при выборе добавок, ускоряющих процесс при «сухом» способе диспергирования стекол, необходимо учитывать данные о комплексном их влиянии на процессы газо- и пенообразования.

При диспергировании стекол в жидких средах максимальный эффект обнаружен в присутствии добавок, снижающих поверхностное натяжение воды, которая сама по себе является ускорителем данного процесса. Следовательно, при выборе добавок необходимо учитывать влияние их на «подавление» поверхностной кристаллизации дисперсных стекол, снижение температурной области вспенивания пеностекла. Для «мокрого» способа диспергирования изученные нами добавки по степени их действия располагаются следующим образом: растворы щелочей (солей натрия и калия)-сапонин-ССБ-газовая сажа-антрацит.

При выборе способа диспергирования стекол следует также учитывать требования, предъявляемые к пеностеклу. В связи с этим можно отметить, что, несмотря на кажущуюся экономическую эффективность при использовании мельниц непрерывного действия, камерные мельницы периодического действия обеспечивают более стабильные свойства пенообразующих смесей по химическому и гранулометрическому составу и позволяют вести «мокрый» помол, являющийся для рассматриваемой технологии более целесообразным. Этот способ позволяет использовать малые добавки с более высокой степенью их дозировки, которые весьма полезны для данной технологии и в значительной степени могут влиять на конечные свойства пеностекла.

Установленные в результате выполнения данных исследований закономерности процесса диспергирования стекол «сухим» и «мокрым» способами в присутствии ПАВ могут быть положены в основу расчетов оборудования и проектирования технологических схем, которые, как известно [1, 2, 12, 50], ранее проектировались без учета этих особенностей.

Изученные нами модели процесса пенообразования показывают, что изменением количества и вида вводимых в пенообразующую смесь газообразователей и состава газовой среды в печи можно в значительной степени повлиять на ход данного процесса. Сравнение кривых, характеризующих кинетику процесса вспенивания смесей различных составов, указывает на возможность получения пеностекла с равнозначными или близкими свойствами путем моделирования режимом вспенивания и составом газовой атмосферы в печи, так как находящийся в пенообразующей смеси углерод может по-разному участвовать в окислительно-восстановительном процессе, вызывающем вспенивание.

Повышение парциального давления водяного пара или количества связанной воды в стекле влияет не только на снижение вязкости и поверхностного натяжения исходного стекла, но и на температуру начала реакций газообразования. Поэтому можно предположить, что наличие в спеках связанной воды повышает термодинамическую вероятность протекания реакций газообразования при одновременном сдвиге температуры начала их в область более низких значений. Поскольку в присутствии групп (ОН) снижается и вязкость расплава, то процесс вспенивания пеностекла будет также начинаться при более низкой температуре. В связи с этим пенообразующие смеси, содержащие связанную воду, являются, очевидно, менее чувствительными к количественным колебаниям в них углерода.

Ускоряющее действие водяных паров на процесс вспенивания также связано с непосредственным участием их в реакциях с промежуточными продуктами, образующимися при восстановлении сульфата натрия углеродом в присутствии SiO₂. Это подтверждается усилением запаха сероводорода при переходе на вспенивание увлажненной пенообразующей смеси.

Гидратация и гидролиз стекла при диспергировании в водной среде оказывают положительное влияние не только на снижение вязкости спеков пенообразующей смеси, но и расширяют температурную зону, в которой протекает процесс развития структуры пеностекла. Таким образом, расплав становится более «длинным», что, согласно исследованиям И. И. Китайгородского [263], способствует получению пеностекла преимущественно с замкнутой структурой.