Влияние степени дисперсности стекла на его взаимодействие с углеродом исследовалось путем изучения кинетики процессов, протекающих при нагревании пенообразующих смесей, измельченных до удельной поверхности 6000, 7000 и 8000 см2/г и содержащих 0,3% сажи. Для изучения процесса опыты проводили последовательно в нейтральной среде при токе азота (8,7 л/ч) в течение 3,5 и 10 мин, т. е. фиксировали его на отдельных стадиях.

Температурно-временной режим нагрева исследуемых смесей

Температурно-временной режим нагрева исследуемых смесей показан на рис. 4.7.

Коэффициент объемного вспенивания (Кv) возрастает по мере перехода к более тонкодисперсным смесям (рис. 4.8, кривые 1, 1'—3, 3'). Это наиболее выражено для смесей с удельной поверхностью 7000 см2/г, а затем при S = 8000 см2/г различие в интенсивности вспенивания невелико. Для всех смесей коэффициент вспенивания увеличивается более равномерно при 870 °С чем при 850 °С.

Коэффициент объемного вспенивания

Характеристика процесса пенообразования в смесях различной дисперсности

Содержание SO3 в твердой фазе понижается по сравнению с исходным ее количеством на 0,01—0,06% (табл. 13). Во всех случаях уменьшение содержания SO3 наблюдаем как в начале нагрева, так и в течение опыта, при этом расход SO3 в более дисперсных смесях несколько ниже. Содержание окислов углерода в газовой фазе (0,11—0,24%) в ходе опыта возрастает в случае наименее дисперсной смеси и остается постоянным для более дисперсных смесей при 870 °С (S = 7000 см2/г) и при 850 и 870 °С (S = 8000 см2/г).

Данные пенообразующие смеси были изучены также термографическим методам. На рис. 4.9 приведены две группы термограмм: стекла (5) и пенообразующих смесей (S = 5000 см2/г) на его основе, содержащих 0,2 (5) и 0,4% (6) углерода; стекла (4) и пенообразующих смесей (S = 8000 см2/г), содержащих 0,2 (2) и 0,4% (1) углерода.

При сравнении термограмм обнаруживается, что на кривой 4 (S = 8000 см2/г) вершина эндотермического эффекта, соответствующая началу размягчения стекла, фиксируется раньше. Следующий эндотермический эффект наблюдается здесь в более коротком температурном интервале: так, его вершина отмечена при температуре 810 °С (4) против 910 °С (5). Таким образом, в более дисперсной смеси процесс спекания ее протекает раньше, и это различие температурных интервалов отчетливо обнаруживается в порошках с удельной поверхностью 5000 и 8000 см2/г.

На термограммах пенообразующих смесей вершина эндотермического эффекта, соответствующего размягчению стекла, фиксируется при более низкой по сравнению со стеклом температуре (570—575 °С), причем наименьшую величину имеет более дисперсная смесь с высоким содержанием углерода (рис. 4.9, кривая 1). Различие между термограммами смесей проявляется в величине и температуре экзотермического эффекта, фиксируемого в конце нагрева: при пониженной дисперсности он выражен слабо (рис. 4.9, кривые 3,6), при более высокой (рис. 4.9, кривые 1, 2) очерчен острым узким пиком с максимумом при 795 °С, тогда как в стекле он отсутствует. По-видимому, стекло и углерод взаимодействуют в данном интервале температур, это взаимодействие протекает с выделением тепла, и в более дисперсном стекле процесс интенсифицируется.

В смеси с повышенной дисперсностью (7000 см2/г) потери массы значительно увеличиваются, что свидетельствует об интенсификации процесса газообразования. При этом заметно повышается коэффициент объемного вспенивания, обусловленный, очевидно, более ранним спеканием стекла и капсуляцией частиц газообразователя. Характер изменения кривых потерь массы (см. рис. 4.8) и данные дифференциально-термического анализа (рис. 4.9) позволяют заключить, что скорость спекания смеси повышается с увеличением дисперсности стекла и температуры.

Формирование пеностекла при отсутствии в исходном стекле сульфатной серы.

Чтобы выяснить влияние сорбционной, а также химически связанной воды на процесс окисления углерода, было изучено ценообразование в смесях на основе стекла, не содержащего SО3. Отсутствие в стекле SО3 было подтверждено экспериментально. Пенообразующие смеси (S = 7000 см2/г), содержащие 0,33% Н2O и 0,25—0,62% углерода, вспенивали в течение 10 мин в керамических лодочках на установке (см. рис. 4.6) в нейтральной (азот) и окислительной (воздух) средах. По окончании опыта в твердой фазе определяли потери массы (рис. 4.10), остаточное содержание С (рис. 4.11) и Н2O, а в выделяющихся газах — содержание СО и СO2 (табл. 14).

Исходя из расхода С и Н2O в твердой фазе и содержания СО и СO2 в газовой, которые удовлетворительно согласуются с величиной потерь массы (табл. 14), можно заключить, что при термообработке исследуемых смесей в атмосфере азота газовая фаза образуется за счет окисления углерода согласно Реакциям С + Н20 ~ СO + Н2 и С + 2Н2O ~ С0 + 2Н2.

Потери массы и расход углерода возрастают с повышением температуры процесса (930 °С) и концентрации углерода в смеси (до 0,5%), что говорит об изменении степени его окисления, т. е. прослеживается зависимость процесса от содержания углерода в смеси и паров воды.

Возможно Вас заинтересует:

СТРАНИЦЫ: