ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Магнитное поле и кристаллизация из "Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках " Одним из основных условий кристаллизации является пересыщенное состояние раствора. В дальнейшем в результате фазовых превращений образуются центры кристаллизации, на которых и происходит выделение кристаллизующегося вещества. [c.23] В процессе фазовых превращений наблюдается так называемый латентный (скрытый) период. За это время новая фаза не обнаруживается простыми оптическими способами. Оче видно, требуется известное время для того, чтобы ионы, окруженные гидратными оболочками, сблизились в определенной взаимной ориентации, позволяющей им образовать энергетически выгодную упорядоченную микрообласть, из которой и образуются мик-розародыши новой фазы. Поэтому только одного пересыщения еще недостаточно для начала кристаллизации. Таким образом, кинетика кристаллизации определяется следующими условиями пересыщением, возникновением микрозародышей (первичных аморфных частиц), их ростом и, наконец, образованием центров кристаллизации. [c.23] Возникновение зародышей кристаллизации может происходить как самопроизвольно, так и введением уже готовой твердой поверхности (затравки). Явление самопроизвольного зарождения центров кристаллизации в гомогенной жидкой среде впервые наблюдал Тамман. Более подробно это явление было рассмотрено В. И. Даниловым и его учениками, установившими, что для осуществления самопроизвольной кристаллизации в пересыщенном растворе необходимы два условия местная концентрация молекул вещества с малой кинетической энергией и наличие такого расположения молекул (или ионов), которое ооответствовало бы их положению в кристаллической решетке кристаллизующегося вещества. [c.23] По данным Н. О. Фукса для каждого раствора существует некоторое критическое пересыщение, выше которого кристаллизация может происходить спонтанио, т. е. без всякого внешнего воздействия. Так, например, при 4-кратном пересыщении время спонтанного зароды-шеобразования согласно работам В. К. Погодина может составлять 0,1 с. [c.24] На поверхности раздела твердой фазы с жидкостью возникают силы поверхностной энергии, обусловливающие явление адсорбции. Если из раствора будут адсорбироваться те же молекулы или ионы, которые образуют кристаллический зародыш, то, располагаясь на его поверхности, они будут достраивать кристаллическую решетку, т. е. приведут к созданию новой поверхности раздела, обладающей теми же свойствами, что и первоначально образованная. [c.24] Физическая реальность критического зародыша была впервые доказана Оствальдом. Дальнейшими исследованиями было показано, что устойчивое состояние частицы связано с ее размерами. Если размер ее больше критического, который по данным Г. Гениша и Ю. Я. Тиль-манса примерно (1—2)-10 м, то затраты энергии на ее рост будут минимальные и кристаллизация будет возрастать. При размерах же зародышей меньше критического более вероятно разрушение последних вследствие того, что этот процесс протекает с уменьшением свободной энергии. По данным Я. И. Френкеля, чем больше пересыщение, тем меньше работа образования критического зародыша, тем меньше его размеры и тем больше скорость его образования. [c.24] Таким образом, возникновение частиц новой фазы может происходить как в гомогенном растворе, так и на твердой поверхности, которой в процессе образования новой фазы придается решающее значение. [c.25] Примером влияния готовой поверхности на кристаллизацию может служить тот факт, что зародыши кристаллизации (и накипь )обычно образуются на поверхности нагрева или охлаждения теплоагрегата, так как энергия, затрачиваемая на их образование на твердой стенке, будет значительно меньше энергии, необходимой для образования в объеме воды. При этом на образование зародыша и кристаллизацию будут влиять также электрическое взаимодействие и характер поверхности наличие шероховатости, трещины, т. е. факторы, увеличивающие поверхность, в присутствии которых величина работы образования зародыша может быть настолько уменьшена, что выделение твердой фазы в известных условиях может произойти даже из непересыщенного раствора. [c.25] Евдокимов приписывает роль возбудителей кристаллизации даже легкорастворимых солей. Подчеркивается также роль железа, присутствующего в воде в коллоидном состоянии. Под действием магнитного поля устойчивость золя железа нарушается и образуются частицы, которые быстрее коагулируют, укрупняются и адсорбируют накипеобразователи. При этом получаются более рыхлые осадки, чем в отсутствие воздействия магнитного поля на воду. Помимо того, в результате старе- ния коллоида его ядро может распадаться с образованием ферромагнитных частиц, положительно влияющих на противонакипный эффект. [c.27] Так как растворимость Рез04 очень мала, то форма существования этого частично гидратированного окисла -— коллоидная. Однако для того чтобы частица могла стать центром кристаллизации, она должна иметь размер не ниже критического. [c.28] Коллоидные частицы магнетита в магнитном поле неустойчивы и могут коагулировать. Факторами коагуляции, с одной стороны, являются силы магнитного притяжения, с другой — пондеромоторные, которые, увеличивая скорость соударения частиц, ускоряют их рост. Ю. Л. Новожиловым также установлено, что при градиенте индукции, имеющем место в большинстве аппаратов, и размере частиц не менее 0,1 мкм пондеромоторные силы могут обусловливать ортокинетическую коагуляцию, в результате которой образуются зародыши кристаллизации. Частицы, образовавшиеся тем или другим путем, адсорбируют из раствора ионы или молекулы накипеобразователей и, таким образом, приобретают функции затравок, т. е. обусловливают процесс кристаллизации в массе воды. [c.28] Наряду с этим имеются соображения, подвергающие сомнению возможность возникновения магнетита в воде, а следовательно, и всех связанных с ним процессов. Так, А. И. Горшков считает, что для образования магнетита необходима высокая концентрация железа (100— 500 мг/кг), нереальная в природных условиях. Для характеристики среды, обеспечивающей получение магнетита, А. И. Горшков руководствовался значениями /г (окислительный потенциал) и pH, соответствующими диаграмме Пурбэ. Последняя, как известно, позволяет определить поле стабильности магнетита в исследуемой среде по данным ЕН и pH. [c.29] Вают ряд, превращений. Сначала возникают первичные аморфные частицы. В этих частицах возникают упорядоченные участки. Следующая стадия — распад этих участков на множество мелких кристалликов. Последние растут (вторичное укрупнение) и образуют агрегаты. В отсутствие магнитного поля процесс старения коллоида происходит сравнительно медленно и только небольшая часть аморфных частиц успевает завершить весь цикл превращений до поступления воды в котел. Основная же масса поступает в виде аморфной гидрО окиси, которая под влиянием высокой температуры быстро коагулирует и выпадает в осадок. Этот осадок вместе с карбонатом кальция, образующимся при разложении бикарбоната, прикипает к поверхности нагрева, обусловливая характерный железистый цвет накипи. При воздействии же на воду магнитного поля в аморфных частицах гидроокиси железа сразу происходит упорядочение с образованием большого количества кристаллических участков, которые распадаются на множество кристалликов -уРеО(ОН). Последние в котле уже являются центрами кристаллизации, и выпадающий карбонат кальция выделяется не на поверхности испарения, а на образовавшихся центрах, вследствие чего вместо накипи в массе воды образуется тонкодисперсный шлам. [c.30] Состав обрабатываемых вод крайне разнообразен и столь же многообразны изменения, возникающие под влиянием магнитного поля. Отсутствие возможности обнаружить эти изменения современными аналитическими приемами еще не говорит о том,-что их вообще нет. [c.30] Проведенные автором работы показали, что наложение магнитного поля не оказывает непосредственного влияния на основные физико-химические свойства воды и водных растворов в условиях обычного аналитического контроля. Роль магнитного поля в предотвращении накипи, по данным автора, в основном сводится к формированию центров кристаллизации за счет снятия пересыщения в пересыщенных растворах солей при одновременном присутствии ферромагнитных окислов железа, обычно присутствующих в технической воде промышленных установок. Однако механизм этого процесса до настоящего времени полностью не был раскрыт. [c.30] Исследование было проведено с сульфатом кальция, а не с бикарбонатом кальция по следующим соображениям. Сульфат кальция является наиболее опасным высокотемпературным накипеобразователем, образующим плотные отложения кроме того, процесс выделения твердой фазы карбоната кальция является более сложным и подробно был рассмотрен предыдущими исследованиями [23,24]. [c.31] Вернуться к основной статье