автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Жидкофазные капиллярные взаимодействия в процессах подготовки стекольной шихты

На правах рукописи

ФАРАФОНТОВА ЕЛЕНА ПАВЛОВНА ,, - ; ^ р /ЯП/

ЖИДКОФАЗНЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ

Специальность 05 17 11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007

003057825

Работа выполнена на кафедре технологии стекла ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Дерябин Владимир Андреевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Верещагин Владимир Иванович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Пузанов Валерий Павлович

Ведущая организация - ОАО «Урапмеханобр», г Екатеринбург

Защита диссертации состоится 14 мая 2007 г на заседании диссертационного совета Д 212 285 09 в ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» (620002, Екатеринбург, Мира, 19) в ауд Фт-229 в 15°° час

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ

Автореферат разослан 13 апреля 2007 г

Ваши отзывы, подписанные и заверенные гербовой печатью, просим высылать по адресу 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», ученому секретарю Лундину А.Б.

Ученый секретарь диссертационного совета, д х н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Применение современных технологий машинного формования стекла повышает требования к его составу и структуре, которые во многом регулируются процессами подготовки стекольной шихты Распределение стеклообразующих и модифицирующих элементов в ней зависят как от природы вводимых сырьевых компонентов, так и от технологии и уровня их диспергирования и перемешивания Изучение хорошо известной склонности к сегрегации до настоящего времени сводится в основном к качественному анализу поведения частиц шихты Выявление природы сил, влияющих на взаимное распределение компонентов шихты, показывает, что силе тяжести, разделяющей компоненты после усреднения, способно противостоять капиллярное сцепление частиц Особенности капиллярного взаимодействия между ними применительно к процессам приготовления стекольной шихты практически не изучались Между тем, имеющиеся представления о влиянии капельной жидкости на устойчивость структуры шихты позволяют выявлять количественные соотношения, регулирующие разрушение равномерной структуры, достигнутой перемешиванием

Объект исследования - капиллярные прослойки в увлажненной стекольной шихте, а также стекольные шихты для производства различных видов стекол

Предмет исследования - физико-химические процессы, протекающие при увлажнении стекольных шихт, их роль в сохранении однородности сырьевых компонентов после смешения

Цель работы. Оптимизация технологии смешения сырьевых материалов с учетом капиллярно-кристаллизационного взаимодействия компонентов шихты для их более полного усреднения Выявление условий предотвращения сегрегации компонентов увлажненной стекольной шихты

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи

1 Исследование на модельных системах особенностей капиллярного взаимодействия твердых частиц через жидкие прослойки воды и растворов солей

2 Выявление закономерностей капиллярно-кристаллизационного закрепления частиц стекольной шихты

3 Установление роли капиллярных и гравитационных сил во взаимодействии компонентов стекольной шихты

4 Оптимизация технологии подачи шихтовых материалов в смеситель с учетом влияния капиллярных сил на взаимодействие сырьевых компонентов

Научная новизна. Впервые установлены закономерности капиллярно-кристаллизационного взаимодействия компонентов стекольной шихты при ее увлажнении Сопоставлением сил тяжести с капиллярными силами выявлены условия закрепления увлажненных частиц Показано, что капиллярные силы способны противостоять сегрегации частиц размером 0,3-0,5 мм и менее Приз

сутствие в шихте растворимых компонентов вносит кристаллизационную составляющую в прочность дисперсной системы На элементарной модельной ячейке исследованы процессы, возникающие при увлажнении стекольной шихты Поскольку на капиллярное взаимодействие накладываются эффекты, обусловленные выпадением кристаллической фазы, проанализирована роль отдельных составляющих в сохранении структурной однородности Предложены кинетические закономерности уплотнения стекольной шихты под действием капиллярных сил Показано, что из-за избирательной смачиваемости компонентов шихты внесение увлажняющей жидкости нарушает исходное равномерное распределение частиц Однако, сформированная новая структура гораздо устойчивее в отношении возможной сегрегации по сравнению со свободно сформированной шихтой

Практическая значимость. С учетом капиллярно-кристаллизационного взаимодействия оптимизированы технологии смешивания сырьевых компонентов Показано, что характер закрепления частиц шихты при ее увлажнении зависит от природы компонентов Установлено, что различные технологии подготовки шихты стекол одного состава меняют свойства стекла Промышленное опробование предложенной технологии перемешивания компонентов шихты на Ирбитском стекольном заводе позволило увеличить содержание шихты первого сорта на 6%

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II Всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (г Томск, 2002 г ), VIII Всероссийском совещании по высокотемпературной химии силикатов и оксидов (г Санкт-Петербург, 2002 г), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука Технологии Инновации» (г Новосибирск, 2003-2004 гг), Международной научно-практической конференции «Экология образование, наука, промышленность и здоровье» (г Белгород, 2004 г), Международной научно-практической Интернет-конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (г Белгород, 2005 г)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах, включая 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, библиографического списка из 120 наименований и приложения Работа изложена на 136 страницах, включая 48 рисунков, 4 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору литературы, описывающей роль капиллярных сил в процессах подготовки шихт различного назначения При подготовке сырьевых материалов для варки стекла особое значение придают получению однородной тщательно перемешанной дисперсной шихты На это направлено диспергирование материалов, создание условий для предотвращения сегрегации шихты, вызываемой разной плотностью и размерами сырьевых компо-

нентов Оценка возможности диффузионного усреднения стекломассы в стекловаренной печи показала, что однородный расплав формируется в объемах, не превышающих по размерам десятые доли миллиметра Поэтому любое разделение компонентов шихты после ее усреднения приведет к разнородности свойств стекла Распространенным приемом сохранения однородности является увлажнение материала При попадании капелек воды между твердыми частицами шихты формируются капиллярно-водные прослойки, вызывающие притяжение частиц Помимо капиллярного сцепления, увлажнение шихты увеличивает теплопроводность, что ускоряет прогрев шихты, а также снижает вынос пылевидных частиц Для предотвращения разделения используют также механические приемы, в частности, возможно окатывание в тарельчатых и барабанных грануляторах, прессование на таблеточных машинах, вальцовых (брикетных) и валковых прессах, формование или экструзия в шнековых, плунжерных или комбинированных грануляторах, диспергирование жидкости на слой исходной шихты, находящейся в псевдоожиженном состоянии

Как известно, сила сцепления твердых частиц через вогнутые жидкие мениски обусловлена, в основном, перепадом давления Лапласа Количественно перепад давления Лапласа ЛР , рассчитывается по средней кривизне мениска кср и поверхностному натяжению ст границы жидкость-газ

ЛР„

: а кср = а

_1___1_

.92 Р|

(1)

где рь рз - главные радиусы кривизны поверхности в выбранной точке (рис 1) В общем случае капиллярная сила взаимодействия частиц складывается из лапласовского давления, передаваемого жидкостью через сечение площадью со = па~, где а — радиус периметра смачивания жидкостью сферической частицы, и силы поверхности ого натяжения, приложенного к периметру трехфазной границы Ь = 2па

^ап =Сп+С, =ДР СО+а Ь,

(2)

где а - проекция вектора поверхностного натяжения, приложенного к трехфазной границе, на ось, соединяющую твердые частицы

Сила сцепления твердых частиц возрастает с ростом поверхностного натяжения жидкости связки и улучшением смачивания (уменьшением краевого угла 6) При малом объеме манжеты (угол ф —> 0) уравнение для контакта шарообразной и плоской частиц преобразуется

„ в выражение Гкап = 4а~Я-со5б При полном за-Рисунок 1 - Схема капиллярного

* полнении капиллярной ячеики жидкостью контакта г

(угол ф 90°) сила уменьшается до значения Гкап = 2слгК-со80

В стекольной технологии увлажнение позволяет уменьшить вынос пылеобразных материалов, оптимизировать работу стекловаренной печи Тем не менее, теоретический анализ и экспериментальные исследования капиллярных сил проводились только применительно к подготовке металлургического сырья Присутствие в стекольной шихте наряду с зернами кварцевого песка, известняка, доломита, растворимых частиц соды, сульфата и других компонентов вносит свои особенности в процессы агломерации Исследование прочности капиллярно-кристаллизационного сцепления взаимодействующих зерен шихты, ее структуры, процессы формирования этой структуры, выявление концентрационной зависимости поверхностного натяжения возникающих водных растворов и составляют предмет данной работы

Вторая глава содержит информацию о методике синтеза стекол, подготовленных по разных технологиям, методах определения капиллярной и капиллярно-кристаллизационной прочности сцепления частиц через прослойки растворов и расплавов со пей, методах определения концентрационной зависимости поверхностного натяжения растворов и расплавов

Также приведено описание методов физико-химического анализа, которыми пользовались при выполнении экспериментальных исследований определение термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) методом кварцевого дилатометра, изучение кристаллизационной способности стекол методом стабильного падения температуры, определение микротвердости методом Виккерса, измерение плотности методом пикнометрии, исследование структуры стекол методом рентгеноструктурного анализа

Для изучения сил капиллярно-кристаллизационного взаимодействия использовали модель капиллярного контакта «шарообразная частица - жидкая прослойка - плоская подложка» Этот контакт наиболее хорошо моделирует реальные дисперсные системы Силы сцепления определяли на торсионных весах Основной частью экспериментальной установки являются торсионные весы \VAGA Т0118У1ЫА-'\\ГГ Стеклянные шары разного диаметра (1,4 - 3,7 мм) получили оплавлением стеклянного стержня диаметром 1 мм Шарообразную частицу подвешивали на коромысло весов, а плоскую частицу подводили снизу с помощью микровинта, установленного на штативе Опыты проводили при периодическом разведении и подведении частиц Такая методика позволяет выявить отдельные составляющие капиллярно-кристаллиза-ционной прочности капиллярную силу и кристаллизационную прочность В качестве капиллярной жидкости использовали дистиллированную воду и водные растворы карбоната, сульфата и гидроксида натрия в различных соотношениях и концентрациях Для выявления изменения свойств стекла при различных технологиях подготовки шихту готовили по следующим схемам (таблица 1)

Таблица 1 - Варианты подготовки стекольной шихты

Вариант подготовки шихты Перемешивание Увлажнение водой (5 мае %) Встряхивание 100 раз с высоты 3 см Повторное перемешивание

1 + - - -

2 - - + -

3 + + - +

4 + + + +

Подобные варианты подготовки шихты воспроизводят основные технологические операции при подготовке, подаче и хранении стекольной шихты

В третьей главе приводятся результаты исследований на модельных системах капиллярно-кристаллизационного взаимодействия компонентов стекольной

шихты Изучены силы сцепления шара с плоскостью для капиллярных прослоек из дистиллированной воды для различных диаметров шаров (рисунок 2) Показано, что время испарения составляет не более 8-10 мин, а сила взаимодействия возрастает со временем (рисунок 3)

Установлено, что с увеличением массы жидкости в манжете сила капиллярной прочности уменьшается, особенно интенсивное уменьшение наблюдается при маленьких массах до 0,0006 г (рисунок 4)

Рисунок 2 - Схема контакта «шар — плоскость»

Ю 12

Продолжительность мин

Рисунок 3 - Зависимость капичлярной силы от продолжительности контакта диаметр шаровой частицы 3,25 мм, исходная масса жидкости, мг 1 - 1,62,2- 1,63,3- 1 84,4- 1,85

0,80

К 0,75

Е

| 0 70

¡и

С 0 65

я

я 0,60

О 0 55 0,50

0 0000 0,0005 0 0010 00015 0,0020 0,0025 0,0030

Масса г

Рисунок 4 - Зависимость прочности сцепления частиц от количества капиллярной жидкости

Если в зоне появления капельки воды при орошении стекольной шихты оказываются мелкодисперсные растворимые гранулы, например соды, то возникают мениски из водных растворов солей При испарении воды из таких прослоек растет концентрация соли При переходе через концентрацию насыщения возникает кристаллизационная прочность, т е капиллярная сила после испарения жидкости манжеты заменяется прочностью, вызванной образованием сростка кристаллов между стеклянными частицами Эта прочность на разрыв, определяемая на торсионных весах, обусловлена механическим закреплением компонентов шихты Сростки кристалликов после испарения воды формируют жесткую структуру из компонентов шихты Кристаллизационная прочность возникает не во всех случаях, тем не менее, всегда после испарения жидкости растворов формируются осадки из кристаллов соли Следствием их образования является снижение относительной подвижности нерастворимых компонентов шихты зерен песка, доломита и др Следовательно, орошение шихты всегда снижает сегрегацию частиц Исследования капиллярно-кристаллизационного взаимодействия проведены на одно-, двух-, трехкомпонентных системах Состав капельной жидкости в этом случае соответствовал возможным капиллярным взаимодействиям, возникающим в реальной шихте В частности, изучены силы взаимодействия через растворы карбоната, сульфата и гидроксида натрия Для раствора карбоната натрия при малых концентрациях переход капиллярных сил в кристаллизационные наблюдается через 6-8 минут При повышении концентрации раствора уменьшается протяженность капиллярного участка По-видимому, уже на ранних стадиях испарения на капиллярную прочность накладывается кристаллизационное сцепление частиц В растворе концентрацией 1,00 моль/л четко выражено наличие капиллярного взаимодействия частиц Кристаллизационные связи шарика и пластины вызывают интенсивный рост прочности контакта уже в первые минуты Испарение протекает гораздо интенсивнее по сравнению с водой, и манжета через 3 минуты вообще исчезает (рисунок 5, а)

3 4 5

Продспжительность, мин

20 25

Продолжительность, мин

.т. 2,4

20

ег

X и 1,6

С 1,2

Й

и га 08

£ и 04

00

^=«—==0-2. 3 *-1

. « XI

0 12 3 4 5 6

Проюлжитетыюсть, мин

В

Рисунок 5 - Зависимость капиллярно-кристаллизационной прочности от продолжительности контакта для растворов концентрации 1 моль/л а - карбонат натрия исходная масса жидкости, мг 1 - 0,91, 2 - 0,92, 3 - 0 92, б - гидроксид натрия, исходная масса жидкости мг 1 -0,92, 2 - 0,90, 3 - 0,92,4 - 0,91, в - гидроксид и карбонат натрия, исходная масса жидкости

мг 1 - 1,65,2-0,75,3-2,95

Раствор гидроксида натрия обладает повышенной вязкостью Видимо, этим объясняется тот факт, что при увеличении концентраций до 1,00 моль/л по кривым зависимости капиллярно-кристаллизационной прочности от продолжительности контакта невозможно точно установить момент перехода капиллярной силы в кристаллизационную При малых концентрациях значения прочности оказываются намного меньше начальных вследствие перехода к отдельным капиллярным контактам Продолжительность опыта с концентрацией 1 моль/л больше по сравнению с опытами при других концентрациях (0,25 и 0,50 моль/л) приблизительно в три раза (рисунок 5, б)

В двухкомпонентных системах для раствора с концентрацией 0,25 моль/л максимальная кристаллизационная прочность равна 4 мН, а для концентраций 0,50 и 1,00 моль/л практически отсутствует кристаллизационное закрепление частиц после испарения капиллярной жидкости (рисунок 5, в)

В трехкомпонентной системе сульфат натрия - карбонат натрия - гидро-ксид натрия при соотношении исходных компонентов 1 1 1 силы сцепления наименьшие (рисунок 6, а) Это вероятно обусловлено взаимодействием компонентов между собой, наложением индивидуальных особенностей поведения этих компонентов при кристаллизации из растворов

6 7 8

Продолжительность мин

6 7 8

Продолжительность мин

3

6 7 8

Продолжительность, мин

Рисунок 6 - Зависимость капиллярно-кристаллизационной прочности от продолжительности

контакта частиц (капиллярная жидкость - трехкомпонеитный раствор гидроксид натрия, карбонат натрия, сульфат натрия) а - С = 1.00 моль/л, исходная масса жидкости, мг 1-1,20, 2 - 1,60, 3 - 0,95, б - С = 0,50 моль/л, исходная масса жидкости, мг 1-1,10,2-1.65, 3 -1,30,4 - 2,25, в - С = 0 25 моль/л, исходная масса жидкости, мг 1 - 1 90.2 - 1 40, 3 - 2.25 Поскольку взаимодействие компонентов после образования кристаллических сростков для разных растворов отличается, изучена макроструктура кристаллического осадка(рисунок 7)

..в' -..' -Л:, »зшр.аж! з^нняз^Н!

С = 0,25 моль/л. х200 С = 0,50 моль/л. х200 С = 1.00 моль/л. х200

в

Рисунок 7 - Макроструктура кристалли ческого осечка, гюлученного после испарения капель водных рзстнорон: а - карбонат нагрия, 6 - гилрок'сид натрия, в сульфат натрия

Поскольку при испарении воды меняется концентрация растворов, то изменяется и поверхностное натяжение, т. е, основной фактор, регулирующий капиллярное притяжение частиц (рисунок 8, а, б). Капиллярная сила прямо про-

порциональна поверхностному натяжению, однако косвенно влияние складывается также из изменения угла смачивания

а

б

Рисунок 8 - Зависимости поверхностного натяжения от концентрации а — однокомпонентные растворы 1 - карбонат натрия, 2 - сульфат натрия, 3 - гидроксид натрия, б - двух- трехкомпонентные растворы 1 - сульфат-карбонат-гидроксид натрия 2 - сульфат-карбонат натрия 3 - сульфат-гидроксид натрия 4 - гидроксид-карбонат натрия

Характерной особенностью капиллярно-кристаллизационного взаимодействия (рисунки 5, 6) является наличие капиллярного участка, на котором сила сцепления меняется сравнительно слабо Капиллярно-кристаллизационное взаимодействие частиц наблюдается в реальных процессах, протекающих в стекольной шихте при движении на пути к загрузчику шихты Эти силы предотвращают сегрегацию, а после испарения действуют кристаллизационные силы, которые не дают возможности взаимного смещения частиц

Капиллярное взаимодействие фаз при варке стекла наблюдается не только на этапе подготовки шихты, но и при ее прогреве, т е на стадии силикатообра-зования При температурах выше 300-400 °С возникают эвтектические расплавы солей, закрепляющие твердые частицы шихты Поверхностное натяжение солевых расплавов гораздо больше, чем у водных растворов Это вызвано ионным характером связи Из изученных солей наименьшими температурами плавления эвтектических составов обладают соли, содержащие ЫаОН Для рас-

плава чистого NaOH усредненное значение поверхностного натяжения, полученное из четырех серий измерений при температуре 240 °С, равно 157 мН/м В системе NaiCCb-NaoSCh изучена эвтектика состава 0,22 Ыа2С03-0,78 NaiSC^ при 286 °С Поверхностное натяжение несколько выше и составило 198 мН/м Практически такими же значениями поверхностного натяжения обладает система Na2S04~Na0H, где а = 178 мН/м Капиллярное сцепление прослоек солевых расплавов выше по сравнению с водой в 2-3 раза Поэтому пары, соединенные такими манжетами частиц более устойчивы к механическим воздействиям, чем при притяжении за счет водных прослоек При больших температурах состав расплава будет меняться Это связано с процессами разложения с образованием оксидов, а также с силикатообразованием Поверхностное натяжение будет возрастать, так как в целом связь катионов кремния с анионами кислорода более прочная, чем с крупными карбонатными и сульфатными анионами

В четвертой главе экспериментально и теоретически проанализированы особенности проявления поверхностных сил в процессах уплотнения силикатных шихт Адгезионно-капиллярные силы притяжения зерен сырьевых компонентов фиксируют их распределение после перемешивания, тем самым предопределяя однородность стекольного расплава При увлажнении шихты водные капиллярные мениски закрепляют частицы мела, известняка, сульфата и других компонентов около зерен кварцевого песка По мере увеличения температуры после испарения капельной воды капиллярное взаимодействие возникает за счет менисков из расплавов солевых, а затем и оксидных эвтектик Необходимо сохранить до момента появления капель расплава шихту однородной в таких микрообъемах, при которых путь диффузии не будет превышать размеров неоднородности

Впервые проведен анализ возможности сегрегации с учетом сил капиллярного взаимодействия частиц и силы тяжести Для дисперсных систем капиллярные силы обычно намного превосходят молекулярные, гравитационные, магнитные и другие взаимодействия твердых частиц При переходе к расплавам роль капиллярных сил становится еще выше Используя приведенную капиллярную силу, сопоставлено усилие сцепления частиц через жидкую манжету с силой тяжести

fKan = к о п R cos 9, (3)

где к - коэффициент, для определенной формы частиц зависящий только от количества жидкости, 0 - угол смачивания Так, при слипании шарика с плоскостью к меняется от 2 до 4, где наибольшее значение соответствует исчезающее малому объему манжеты Уравнение (3) позволяет определить максимальные размеры частицы, способной удерживаться с помощью капиллярных сил, создаваемых манжетой, под плоской поверхностью На рисунке 9 показано влияние гравитационного поля на суммарную силу сцепления шарика с плоскостью,

когда сила тяжести £ и капиллярное усилие Ска„ направлены в противоположные стороны

В реальных условиях в стекольной шихте возможна различная организация капиллярно стянутых частиц Из сопоставления силы тяжести и капиллярной силы получена зависимость

¡3 к а созВ ...

ймакс = Л"Т-Т- (4)

V 4-Др %

Приравнивая нулю производную ёДГ/с!!?., можно найти радиус частицы, для которого разность

сил Af наибольшая Якр = Ям^/л/З Если манжета водная (о = 72,8 мН/м), при Ар = 2500 кг/м\ к = 3, 0 = 0, § = 9,81 м/с2, диаметр частицы будет равен 5,2 мм, для оксидно-солевых расплавов (о = 150 мН/м) ётач = 7,4 мм Для манжеты, образованной силикатным расплавом (о = 600 мН/м), с1т1Х = 14,8 мм, т е для систем с повышенной поверхностной энергией роль капиллярных сил в поведении даже сравнительно крупных частиц оказывается существенной

С уменьшением размера частиц отношение капиллярной силы к силе тяжести интенсивно возрастает Для иллюстрации в таблице 2 приводится зависимость величины ^.„Д от диаметра шаровой частицы для различных значений поверхностного натяжения (Др = 2500 кг/м\ 0 = 0, Гкам = ЗслЯ)

Для частиц размерами 1-2 мм капиллярные силы сопоставимы с силами тяжести При дальнейшем уменьшении размеров частиц капиллярные силы намного превосходят эти силы

Таблица 2 - Отношение ^.„Д для контакта шара диаметра с) с плоскостью

Диаметр мм Поверхностное натяжение мН/м

72,8 150 600

2 1 67 3 44 13,76

05 26 72 55.05 2 2 102

0.1 6 7 102 1 4 102 5.5 101

При исчезающе малых объемах капиллярная сила полностью определяется лапласовской составляющей, при больших объемах жидкости основной вклад вносит сцепление по периметру смачивания (рисунок 10) Экспериментальные точки соответствуют составу 40% СаО, 40% 8Ю2 и 20% АЬО^ при температуре 1530 °С

прилипший снизу к горизонтальной поверхности тар, от его радиуса

о

О 20 40 60 80 (р' ГРаД

Рисунок 10 - Зависимость приведенной капиллярной си ты и ее составляющих от количества жидкости в манжете для контакта шарообразной и плоской частиц 1 - суммарная капиллярная сила, 2 - объемная составляющая капиллярной силы, 3 - поверхностная составляющая капиллярной силы

Капиллярная сила уменьшается при разведении частиц, причем тем интенсивнее, чем меньше объем манжеты (рисунок 11)

Рисунок 11 - Изменение силы сцепления кварцевого шарика (с1 = 2,6 мм) с плоской поверхностью вследствие перехода диоксида кремния в силикатный расплав (40% СаО, 40% 8Ю2, 20% А1203) при Т = 1320 °С, нач <р = 60° Сила определена 1 - в момент контакта капли силикатного расплава с кварцевым шариком, 2 - через 38 мин, 3 - через 56 мин, 4 - через 77 мин после начала контакта

Для выявления особенностей уплотнения стекломассы на стадии образования силикатных расплавов использованы модели уплотнения изомерных твердых частиц (гранулы кварцевого песка, соды, доломита) Допуская, что одни частицы шихты сохраняют твердое состояние, а другие плавятся, получено уравнение

ДУ Уп

ДУ1 ДУ"

-Г- + -

1 + а а У0 р0 р

(5)

где параметр «а» определяет соотношение усадок разных этапов в уплотнении, Р - плотность упаковки Если Ул > Ут, то усадку регулирует плавление (процесс I), а если Ул < Ут (а > 1), то регулирует усадку перегруппировка твердых частиц (процесс II) При Ул —> Ут соизмеримыми становятся оба процесса -усадка, обусловленная сближением твердых составляющих из-за появления и растекания эвтектических силикатных расплавов и усадка, вызванная перегруппировкой твердых частиц (рисунок 12) Для расчета принято V

р0 =—= 0,524 (простая кубическая упаковка), р = 0,74 (ГЦК структура после

У,

д, = 0,4 Последнее отношение ограничивает содержа-

перегруппировки), а

/ ■ и

ние жидкости в шихте объемом У"акс = Уж График имеет физический смысл при Уж <У* или при а > Ут / V* Критическое значение параметра «а» можно

найти по разности У0 а* = 1,7

или Уж = Ут/0,4-Ут/0,524 = 0,6 Ут, отсюда

> >

Рисунок 12 - Относительное изменение объема образца при плавлении солевых эвтектик (1) и последующей перегруппировке частиц (II) при различных значениях параметра «а»

Наиболее существенной особенностью обоих процессов является капиллярное стягивание частиц кварцевого песка Проведенный анализ не учитывает процессы диссоциации, силикатообразования и другие Подобный модельный подход, выделяющий твердую фазу и легкоплавкую составляющую, позволяет рассчитать капиллярное уплотнение в сложных и разнообразных процессах в силикатных технологиях

При прогреве стекольной шихты капиллярная перегруппировка протекает на этапе силикатоообразования Появление эвтектических капель сначала солей, а затем и силикатов приводит к уплотнению шихты в интервале температур ~ 400-800 °С После полного вовлечения в химические реакции известняка, доломита, соды и других компонентов образуется спек твердых материалов, в котором сохраняются зерна кварцевого песка Для этого этапа характерно твердофазное спекание, основным процессом которого является диффузия катионов-модификаторов в кремнекислородный каркас кремнезема Рост концентрации элементов-модификаторов приводит к размягчению и расплавлению остатков кварцевых зерен

В общем случае, скорость физико-химического процесса уплотнения стекольной шихты может быть представлена уравнением скорости химической реакции

vxp=f = kC», (6)

где С — объемная концентрация спекаемых частиц, п - формальный порядок процесса уплотнения, к - константа скорости В отличие от общепринятого подхода, дальнейший анализ проводили, считая, что концентрация меняется из-за изменения объема системы, а не из-за появления или исчезновения реагирующих частиц Выражая концентрацию через число частиц N в объеме шихты (С = N/V), где N = const, получим

= (7)

V dx Vv'

Подобный подход позволяет с единых позиций объяснить особенности уплотнения стекольной шихты на этапах подготовки и в процессе стекловарения В частности, порядок реакции n = 1 соответствует капиллярному уплотнению без изменения структуры дисперсной системы частиц Порядок реакции п = 1,5 соответствует переходу от координационного числа 8 к 12 Дальнейшее увеличение п учитывает диффузионную составляющую процесса спекания

В пятой главе приведены результаты изучения свойств силикатных стекол, синтезированных при различных технологиях подготовки шихты Изучено тепловое расширение стекол, кристаллизационная способность, микротвердость и плотность стекла (таблица 3), а также проведен рентгенострук-турный анализ (рисунок 13)

Таблица 3 - Свойства стекол, полученных при разных вариантах подготовки шихты

Свойство Вариант подготовки шихты

1 2 3 п 4

Термический коэффициент линейного расширения, Ю7 1/град Температура стеклования, °С Плотность, кг/м3 89,9 410 2939,7 86,6 415 2977,3 90,7 405 2999,5 86,8 420 3040,1

Па плотность шихты, а следовательно и стекла, влияет в большей степени структурное уплотнение, чем сегрегация компонентов. В условиях механической подвижности, которая реализуется при внешних воздействиях на шихту, облегчается переориентация твердых частиц, вследствие чего зерна компонентом перестраиваются в более плотную упаковку (таблица 3). Увеличение плотности стекольной шихты при увлажнении обусловлено капиллярным притяже-иием частиц из-за возникновения вогнутых менискоз-

20

Рисунок 15 - Интенсивность поглощения рентгеновских лучей в зависимости от уг ла скольжения

Из всех вариантов подготовки шихты выделяется случай равномерного распределения сухих частиц без увлажнения. Во всех остальных случаях структурные характеристики стекол совпадают.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано, что при увлажнении стекольной шихты наблюдается как капиллярная прочность, так и кристаллизационное взаимодействие частиц. Кристаллизация изменяет силы притяжения и способствует созданию кристаллизационных сростков. Кристаллизационные отложения снижают подвижность час-

18

тиц и предотвращают сегрегацию шихты При формировании кристаллизационных сростков силы кристаллизационного взаимодействия в 2-5 раз и более превышают силу капиллярного притяжения частиц

2 Изучена макроструктура кристаллического осадка, возникающего после испарения солевых растворов Показано, что размер, форма, взаиморасположение отдельных кристалликов зависят как от природы солей, так и от локальных условий их выпадения в разных зонах капиллярной прослойки Эти особенности сказываются и на капиллярно-кристаллизационном взаимодействии частиц шихты Например, в случае линейных кристаллов кристаллизационное взаимодействие проявляется более отчетливо, чем в случае звездообразных кристаллов

3 Наиболее устойчивая связь между компонентами стекольной шихты возникает при использовании для увлажнения раствора N3011 По сравнению с растворами соды, сульфата натрия отмечена устойчивость капиллярных мостиков, обусловленная повышенной вязкостью раствора

4 Прочность капиллярного контакта практически не меняется со временем, что объясняется особенностями кристаллизации и экстремальной зависимостью поверхностного натяжения от концентрации водных растворов Капиллярное притяжение частиц манжетами силикатных расплавов, возникающих в результате силикатообразования, на порядки величины превышают силы сцепления за счет низкотемпературных жидкостей

5 С целью выявления особенностей сегрегации шихтовых материалов проведено сопоставление капиллярных и гравитационных сил Получены формулы для расчета размеров частиц, подверженных сегрегации Показано, что капиллярные силы, возникающие при увлажнении шихты, намного превышают силы веса частиц, поэтому при размерах частиц 0,3-0,5 мм и менее их гравитационное разделение в присутствии жидких мостиков не реализуется

6 Уплотнение стекольной шихты после увлажнения под действием капиллярных сил протекает по экспоненциальному закону В случае структурной перестройки скорость уплотнения замедляется

7 Изучено влияние технологии подготовки шихты на свойства стекол Показано, что введение увлажняющей жидкости приводит к перераспределению компонентов шихты из-за их разного смачивания, что влияет на свойства стекла Изучено изменение тепловых свойств, твердости, плотности стекла, способности к кристаллизации при разных вариантах подготовки шихты Отмечено, что капиллярное увлажнение шихты приводит к ее уплотнению Следствием является повышение плотности стекла и снижение термического коэффициента линейного расширения

8 Проведено промышленное испытание технологии подготовки шихты с учетом воздействия капиллярных сил на свойства сырьевых материалов Предложено проводить увлажнение шихты после полного перемешивания нерастворимых сухих сырьевых компонентов Это позволило на Ирбитском стекольном заводе увеличить содержание шихты первого сорта на 6%

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1 Фарафонтова Е.П. Жидкофазное уплотнение в технологиях силикатных материалов / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // II Всероссийская научная конференция «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» -Томск - тез докл -2002 - С 165-168

2 Фарафонтова Е.П. Формально-кинетический анализ процессов жидкофаз-ного уплотнения / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // VIII Всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов — Санкт-Петербург -тез докл -2002 -С 143

3 Фарафонтова Е.П. Особенности капиллярного уплотнения на стадиях подготовки и прогрева стеклошихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // Физи-ко-химия и технология оксидно-силикатных материалов сборник научных трудов ГОУ ВПО УГТУ-УПИ - Екатеринбург, 2003 -Т1-С 195-198

4 Фарафонтова Е.П. Взаимодействие компонентов увлажненной стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О JI Малыгина, М Н Шантарина // Физико-химия и технология оксидно-силикатных материалов сборник научных трудов ГОУ ВПО УГТУ-УПИ - Екатеринбург, 2003 - Т 1 - С 201205

5 Фарафонтова Е.П. Роль капиллярных сил в процессах агрегации частиц стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О JI Малыгина // VII Московская международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых ученых - http //molod mephi ru

6 Фарафонтова Е.П. Поверхностные силы притяжения частиц стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // Сборник докладов Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука Технологии Инновации» Новосибирск тез докл -2003 - 4 2 -С 163-164

7 Фарафонтова Е.П. Исследование поверхностных свойств и сил притяжения в увлажненной стекольной шихте / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, O.JI Малыгина, Т А Хвостикова // Международная научно-практическая Интернет-конференция «Проблемы и достижения строительного материаловедения» -2005 -тез докл - http //conf bstu ru

8 Фарафонтова Е.П. Совершенствование технологий подготовки шихтовых материалов для получения силикатных изделий / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // Международных сборник научных трудов «Современные технологии и материаловедение» — Магнитогорск - 2004 - С 65-66

9 Фарафонтова Е.П. Анализ факторов, противодействующих сегрегации стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О JI Малыгина // Международная научно-практическая конференция «Экология образование, наука, промышленность и здоровье» Белгород -2004 - С 136-139

10 Фарафонтова Е.П. Формально-кинетический анализ процессов капиллярного уплотнения стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, Э С Муртазина // II Международный студенческий форум «Образование, наука, производство» - Белгород — тез докл — 2004 - С 107

11 Фарафонтова Е.П. Влияние увлажнения стекольной шихты на ее однородность / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, М В Шапкина // Сборник докладов Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука Технологии Инновации» Новосибирск тез докл -2004 -42 — С 193-194

12 Фарафонтова Е.П. Особенности взаимодействия частиц стекольной шихты через прослойки двухкомпонентных растворов / Е П Фарафонтова, В.А Дерябин, О Л Малыгина // Стекло и керамика - 2005 - №2 - С 7-9

13 Фарафонтова Е.П. Поверхностные силы притяжения частиц стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин // Стекло и керамика - 2005 - №3 -С 7-9

14 Фарафонтова Е.П. Капиллярно-кристаллизационная прочность соединения частиц через прослойки карбоната калия / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О Л Малыгина, ТА Хвостикова и др //Вестник УГТУ-УПИ -2005 -№14 (66) С 108-110

15 Фарафонтова Е.П. Капиллярное противодействие сегрегации частиц в процессах подготовки стекольной шихты / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О Л Малыгина//Стекло и керамика -2006 -№1 -С 3-6

16 Фарафонтова Е.П. Взаимодействие частиц стекольной шихты через прослойки калийсодержащих соединений / Е П Фарафонтова, В А Дерябин, О Л Малыгина//Стекло и керамика -2006 -№2 - С 8-10

Подписано в печать 11 04 07 Формат 60 х 84 1/16 Бумага писчая

Плоская печать Тираж 100 Заказ № 50

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г Екатеринбург, ул Мира 19

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ.

1.1 Основные этапы изучения капиллярных частиц посредством жидких прослоек.

1.2 Капиллярная устойчивость частиц при окомковании.

1.3 Силы капиллярного притяжения.

1.4 Гидродинамическое воздействие жидкости на прослойку.

1.5 Формирование окатышей из увлажненных частиц.

1.6 Влияние влажности на прочность шихты.

1.7 Подготовка стекольной шихты.

Выводы, цель и задачи исследований.

2 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

2.1 Методы определения капиллярной и капиллярнокристаллизационной прочности.

2.1.1 Метод определения капиллярной и капиллярно-кристаллизационной прочности сцепления частиц через растворы солей.

2.1.2 Метод определения капиллярной и капиллярно-кристаллизационной прочности сцепления частиц через расплавы солей.

2.2 Методы определения концентрационной зависимости поверхностного натяжения связующих жидкостей.

2.2.1 Метод определения поверхностного натяжения растворов.

2.2.2 Метод определения поверхностного натяжения расплавов.

2.3 Синтез стекол.

2.4 Метод определения температурного коэффициента линейного расширения стекла.

2.5 Метод определения кристаллизационной способности стекол.

2.6 Метод определения микротвердости.

2.7 Рентгеноструктурный анализ.

2.8 Метод определения плотности.

Выводы.

3 КАПИЛЛЯРНО-КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ.

3.1 Капиллярная прочность контакта «шарообразная частица плоскость».

3.1.1 Кинетика испарения из капиллярных прослоек дистиллированной воды и водных растворов солей.

3.2 Капиллярно-кристаллизационная прочность компонентов стекольной шихты.

3.2.1 Капиллярно-кристаллизационное взаимодействие частиц через прослойки из однокомпонентных растворов.

3.2.2 Капиллярно-кристаллизационное взаимодействие частиц через прослойки из двухкомпонентных растворов.

3.2.3 Прочность сцепления через трехкомпонентные растворы.

3.3 Концентрационные зависимости поверхностного натяжения связующих жидкостей.

3.4 Макроструктура кристаллических сростков.

3.5 Поверхностное натяжение расплавов.

3.6 Капиллярное притяжение модельных частиц манжетами силикатных расплавов.

Выводы.

4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СИЛ В ПРОЦЕССАХ УПЛОТНЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ ШИХТ.

4Л Капиллярное противодействие сегрегации дисперсных материалов

4.1 Л Сравнение капиллярных и гравитационных сил.

4.1.2 Зависимость капиллярной силы от объема жидкости.

4Л.З Зависимость силы от расстояния между частицами.

4.2 Капиллярно-гравитационное взаимодействие.

4.3 Жидкофазное уплотнение частиц стекольной шихты.

4.4 Привлечение формальной кинетики процессов уплотнения стекольной шихты.

Выводы.

5 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКОЛ.

5.1 Температурный коэффициент линейного расширения силикатного стекла.

5.2 Рентгеноструктурный анализ.

5.3 Способность стекол к расстекловыванию.

5.4 Микротвердость и плотность образцов стекла при разных условиях подготовки шихты.

5.5 Промышленное испытание полученных результатов.

Выводы.

Актуальность темы. Применение современных технологий машинного формования стекла повышает требования к его составу и структуре, которые во многом регулируются процессами подготовки стекольной шихты. Распределение стеклообразующих и модифицирующих элементов в ней зависят как от природы вводимых сырьевых компонентов, так и от технологии и уровня их диспергирования и перемешивания. Изучение хорошо известной склонности к сегрегации до настоящего времени сводится в основном к качественному анализу поведения частиц шихты. Выявление природы сил, влияющих на взаимное распределение компонентов шихты, показывает, что силе тяжести, разделяющей компоненты после усреднения, способно противостоять капиллярное сцепление частиц. Особенности капиллярного взаимодействия между ними применительно к процессам приготовления стекольной шихты практически не изучались. Между тем, имеющиеся представления о влиянии капельной жидкости на устойчивость структуры шихты позволяют выявлять количественные соотношения, регулирующие разрушение равномерной структуры, достигнутой перемешиванием.

Объект исследования - капиллярные прослойки в увлажненной стекольной шихте, а также стекольные шихты для производства различных видов стекол.

Предмет исследования - физико-химические процессы, протекающие при увлажнении стекольных шихт, их роль в сохранении однородности сырьевых компонентов после смешения.

Цель работы. Оптимизация технологии смешения сырьевых материалов с учетом капиллярно-кристаллизационного взаимодействия компонентов шихты для их более полного усреднения. Выявление условий предотвращения сегрегации компонентов увлажненной стекольной шихты.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование на модельных системах особенностей капиллярного взаимодействия твердых частиц через жидкие прослойки воды и растворов солей.

2. Выявление закономерностей капиллярно-кристаллизационного закрепления частиц стекольной шихты.

3. Установление роли капиллярных и гравитационных сил во взаимодействии компонентов стекольной шихты.

4. Оптимизация технологии подачи шихтовых материалов в смеситель с учетом влияния капиллярных сил на взаимодействие сырьевых компонентов.

Научная новизна. Впервые установлены закономерности капиллярно-кристаллизационного взаимодействия компонентов стекольной шихты при ее увлажнении. Сопоставлением сил тяжести с капиллярными силами выявлены условия закрепления увлажненных частиц. Показано, что капиллярные силы способны противостоять сегрегации частиц размером 0,3-0,5 мм и менее. Присутствие в шихте растворимых компонентов вносит кристаллизационную составляющую в прочность дисперсной системы. На элементарной модельной ячейке исследованы процессы, возникающие при увлажнении стекольной шихты. Поскольку на капиллярное взаимодействие накладываются эффекты, обусловленные выпадением кристаллической фазы, проанализирована роль отдельных составляющих в сохранении структурной однородности. Предложены кинетические закономерности уплотнения стекольной шихты под действием капиллярных сил. Показано, что из-за избирательной смачиваемости компонентов шихты внесение увлажняющей жидкости нарушает исходное равномерное распределение частиц. Однако, сформированная новая структура гораздо устойчивее в отношении возможной сегрегации по сравнению со свободно сформированной шихтой.

Практическая значимость. С учетом капиллярно-кристаллизационного взаимодействия оптимизированы технологии смешивания сырьевых компонентов. Показано, что характер закрепления частиц шихты при ее увлажнении зависит от природы компонентов. Установлено, что различные технологии подготовки шихты стекол одного состава меняют свойства стекла. Промышленное опробование предложенной технологии перемешивания компонентов шихты на Ирбитском стекольном заводе позволило увеличить содержание шихты первого сорта на 6%.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II Всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (г. Томск, 2002 г.), VIII Всероссийском совещании по высокотемпературной химии силикатов и оксидов (г. Санкт-Петербург, 2002 г.), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2003-2004 гг.), Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, 2004 г.), Международной научно-практической Ин-тернет-конфе-ренции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (г. Белгород, 2005 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах, включая 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, библиографического списка из 120 наименований и приложения. Работа изложена на 136 страницах, включая 48 рисунков, 4 таблицы.

Выводы

1. Показано, что сегрегация частиц изменяет значения температурного коэффициента линейного расширения, температуры стеклования и других свойств стекла. Увлажнение снижает сегрегацию частиц и меняет исходную структуру. Это обусловлено различным смачиванием компонентов. Зерна шихты, лучше смачиваемые жидкостью, будут стремиться образовывать отдельные области из-за сил капиллярного притяжения, оттесняя слабо взаимодействующие частицы.

2. Наиболее равномерное распределение компонентов отмечено для не-увлажненной шихты. Отличие структуры стекла в этом случае особенно четко отражается на кривых рентгеноструктурного анализа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что при увлажнении стекольной шихты наблюдается как капиллярная прочность, так и кристаллизационное взаимодействие частиц. Кристаллизация изменяет силы притяжения и способствует созданию кристаллизационных сростков. Кристаллизационные отложения снижают подвижность частиц и предотвращают сегрегацию шихты. При формировании кристаллизационных сростков силы кристаллизационного взаимодействия в 2-5 раз и более превышают силу капиллярного притяжения частиц.

2. Изучена макроструктура кристаллического осадка, возникающего после испарения солевых растворов. Показано, что размер, форма, взаиморасположение отдельных кристалликов зависят как от природы солей, так и от локальных условий их выпадения в разных зонах капиллярной прослойки. Эти особенности сказываются и на капиллярно-кристаллизационном взаимодействии частиц шихты. Например, в случае линейных кристаллов кристаллизационное взаимодействие проявляется более отчетливо, чем в случае звездообразных кристаллов.

3. Наиболее устойчивая связь между компонентами стекольной шихты возникает при использовании для увлажнения раствора гидроксида натрия. По сравнению с растворами соды, сульфата натрия отмечена устойчивость капиллярных мостиков, обусловленная повышенной вязкостью раствора.

4. Прочность капиллярного контакта практически не меняется со временем, что объясняется особенностями кристаллизации и экстремальной зависимостью поверхностного натяжения от концентрации водных растворов. Капиллярное притяжение частиц манжетами силикатных расплавов, возникающих в результате силикатообразования, на порядки величины превышают силы сцепления за счет низкотемпературных жидкостей.

5. С целью выявления особенностей сегрегации шихтовых материалов проведено сопоставление капиллярных и гравитационных сил. Получены формулы для расчета размеров частиц, подверженных сегрегации. Показано, что капиллярные силы, возникающие при увлажнении шихты, намного превышают силы веса частиц, поэтому при размерах частиц 0,3-0,5 мм и менее их гравитационное разделение в присутствии жидких мостиков не реализуется.

6. Уплотнение стекольной шихты после увлажнения под действием капиллярных сил протекает по экспоненциальному закону. В случае структурной перестройки скорость уплотнения замедляется.

7. Изучено влияние технологии подготовки шихты на свойства стекол. Показано, что введение увлажняющей жидкости приводит к перераспределению компонентов шихты из-за их разного смачивания, что влияет на свойства стекла. Изучено изменение тепловых свойств, твердости, плотности стекла, способности к кристаллизации при разных вариантах подготовки шихты. Отмечено, что капиллярное увлажнение шихты приводит к ее уплотнению. Следствием является повышение плотности стекла и снижение термического коэффициента линейного расширения.

8. Проведено промышленное испытание технологии подготовки шихты с учетом воздействия капиллярных сил на свойства сырьевых материалов. Предложено проводить увлажнение шихты после полного перемешивания нерастворимых сухих сырьевых компонентов. Это позволило на Ирбитском стекольном заводе увеличить содержание шихты первого сорта на 6%.

1. Химическая технология стекла и ситаллов: учебник для вузов / М.В.Артамонова, М.С.Асланова, И.М.Бужинский и др. / под ред. Н.М.Павлушкина. М.: Стройиздат, 1983. - 432 с.

2. Зальманг Г. Физико-химические основы керамики. М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре и строительным материалам, 1959. - 396 с.

3. Терцаги К. Основания механики грунтов. M.-JL: Геологоразвед-издат, 1932. 80 с.

4. Булычев В.Г. Механика дисперсных грунтов. М.: Стройиздат, 1974. -227 с.

5. Дерягин Б.В. Поверхностные явления и свойства грунтов и глин / Изв. АН СССР. ОТН. 1937. - №6. - С.853-866.

6. Терцаги К. Строительная механика грунта на основе его физических свойств. M.-JI.: Госстройиздат, 1933. - 392 с.

7. Терцаги К. Теория механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1961. -508 с.

8. Ильин Б.В. Молекулярные силы в дисперсных стеклах и их роль в строительных материалах, почвах, грунтах // Изв. АН СССР. ОТН. -1937. №5.-С.717-773.

9. Fisher R.A. The capillary forces in an ideal soils; correction of the formulas given by W.B.Haines // J.Agr.Sci. 1926. Vol.16. P.492-503.

10. Дерябин В.А. Капиллярная устойчивость частиц первичного торкрет-слоя // Огнеупоры. 1992. -№7-8. - С.3-8.

11. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1967. - 372 с.

12. Смирнова Е.И. Увлажнение стекольной шихты // Стекло и керамика. 1973. -№4.-С.22-23.

13. Назаров В.И., Мелконян Р.Г., Калыгин В.Г. Техника уплотнения стекольных шихт. М.: Легпромбытиздат, 1985. - 128 с.

14. Маневич В.Е., Субботин К.Ю. Физико-химические процессы при транспортировке и хранении стекольной шихты // Стекло и керамика. -2003.-№11.-С.8-11.

15. Промышленное приготовление гранулированной шихты / Р.А. Болдырев, Л.Г. Героименкова, Ю.А. Зорин, Е.М. Минцюк и др. // Стекло и керамика. 1976. - №5. - С.30-31.

16. Пузь В.В., Леонтьев В.И. Брикетирование стекольной шихты // Стекло и керамика. 1978. -№12. - С. 10-11.

17. Физико-химическое свойства стекол: методические указания к лабораторным работам по курсу «Химическая технология стекла и ситаллов» / В.А.Дерябин, Н.Т.Шардаков. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000.-36 с.

18. Бонштедт-Куплетская Э.М. Определение удельного веса минералов. -М.: Изд-во АН СССР, 1951. 128 с.

19. Дерябин В.А., Ворошилова И.Г., Шварц О.А. Капиллярно-кристаллизационная прочность компонентов стекольной шихты // Стекло и керамика. 2001. - №9. - С.7-10.

20. Крашенинникова Н.С., Беломестнова Э.Н., Верещагин В.И. Критерии оценки формуемости стекольной шихты // Стекло и керамика. 1991. -№3. -С.15-17.

21. Витюгин В.М., Трофимова В.А., Лотова Л.Г. Термогранулирование содосодержащих стекольных шихт без связующих добавок // Стекло и керамика. 1977. - №2. - С.8-9.

22. Крашенинникова Н.С., Казьмина О.В., Фролова И.В. Фазовые превращения в увлажненных стекольных шихтах при уплотнении // Стекло и керамика. 2002. - № 12. - С.38-42.

23. Белов В.В. Капиллярное сцепление в дисперсных системах для производства строительных материалов // Вестник ТГТУ. №1(1). -2002. - С.23-27.

24. Дерябин В.А., Попель С.И. Величина усадки и скорости свободного жидкофазного спекания порошков // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1980. - Вып.6. - С.56-63.

25. Жданов С.П. Применение адсорбционного метода для выявления структур плавления в пористых стеклах. В кн.: Методы исследования структуры высокодисперсных и пористых тел. - М.: Изд-во АН СССР. - 1958. - С.117-127.

26. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967. - 360 с.

27. Скороход В.В. Реологические основы теории спекания. Киев: Наук, думка, 1972.- 152 с.

28. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Евдокимов В.А. О влиянии дисперсности частиц твердой составляющей на процессе жидкофазного спекания металлокермических композиций. В кн.: Адгезия расплавов. - Киев: Наук, думка, 1974. - С. 124-129.

29. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Еременко В.Н. Изучение роли капиллярных явлений в процессе уплотнения при спекании в присутствии жидкой фазы // Порошковая металлургия. 1964. - №1. - С.5-11.

30. Русанов А.И., Кротов В.В. О понятии молекулярного давления и формулах теории капиллярности // Коллоидный журнал. 1976. -№38(1). - С.191-194.

31. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1976.-447 с.

32. Спектор А.Н., Марков А.Д., Грабко Л.С. Исследование процесса формирования окатышей в барабанных грануляторах // Изв. АН СССР. Металлы. - 1972. - №2. - С.3-10.

33. Амелина Е.А., Щукин Е.Д. Изучение некоторых закономерностей формирования контактов в пористых дисперсных структурах // Коллоидный журнал. №6. - 1970. - С.795-800.

34. Дерягин Б.В. Теория искажения плоской поверхности жидкостями малыми объектами и ее применение к измерению краевых углов смачивания тонких нитей и волокон // ДАН СССР. 1946. - Т.51. -№7.-С.517-520.

35. Зимон А.Д., Андрианов Б.И. Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1978. - 288 с.

36. Витюгин В.М. К теории окомкования влажных дисперсных материалов // Изв. Томского политехи, ин-та. 1974. -№272. - С. 127130.

37. Покровский Г.И. Капиллярные силы в грунтах. М.: Госстройиздат, 1933.-20 с.

38. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Петрищев Б.Я. Исследование капиллярных сил сцепления между твердыми частицами с прослойкой жидкости на контакте // Порошковая металлургия. 1965. №2.-С. 50-56.

39. Витюгин В.М., Богма А.С. Оценка комкуемости зернистых материалов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1969. - № 4. - С. 1822.

40. Витюгин В.М., Богма А.С., Докучаев П.Н. Расчет оптимальной влажности дисперсных материалов перед гранулированием // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1969. - № 8. - С. 42-43.

41. Критерии оценки комкуемости железорудных магнетитовых концентратов / Г.И. Серебряник, A.M. Чернышев, J1.M. Цылев и др. // Сталь. 1974. - № 5. - С. 394-396.

42. Физико-химические основы теории флотации / О.С. Богданов, A.M. Гольман, И.А. Каковский и др. М.: Наука, 1983. - 264 с.

43. Дерябин В.А., Попель С.И. Термодинамическое определение сил, стягивающих частицы жидкой прослойкой // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1975. - №4. - С. 22-26.

44. Дерябин В.А., Попель С.И. Уравнение, определяющее капиллярное сцепление твердых частиц жидкой манжетой // Коллоидный журнал.- 1976. Т. 38. - №2. - С.334-337.

45. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967.-388 с.

46. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1967. - 372 с.

47. Попель С.И., Дерябин В.А. Определение сил, стягивающих твердые частицы манжетами расплавленных солей // Изв. АН СССР. Металлы.- 1972.-№5.-С. 201-204.

48. Сцепление твердых частиц жидкими манжетами / С.И. Попель, Ю.А. Дерябин, В.А. Дерябин и др. В сб.: Вз-ие огнеупоров с металлами и шлаками. - Л.: изд-во МЧМ СССР. - 1973. - Вып. 14. - С. 3-18.

49. Дерябин В.А., Попель С.И., Баранова Н.Л. Капиллярное взаимодействие частиц на поверхности жидкости. В сб.: Физико-химические исследования металлургических процессов. Свердловск: Изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1983. - С. 122-128.

50. Определение капиллярных сил, стягивающих твердые частицы жидкой манжетой / С.И. Попель, Ю.А. Дерябин, В.А. Дерябин и др. -В сб.: Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел. Киев: Наук, думка, 1972. - С. 214-216.

51. Попель С.И., Дерябин В.А. Сцепление сферических и плоских частиц манжетами расплавов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1974. -№4.-С. 21-24.

52. Зимон А.Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1978. - 288 с.

53. Тимашев В.В., Сулименко JI.M., Альбац Б.С. Агломерация порошкообразных силикатных материалов. М.: Стройиздат, 1978. - 135 с.

54. Дерябин В.А. Капиллярные силы в дисперсных системах: учеб. пособие. Екатеринбург: УГТУ, 1997. - 64 с.

55. Исаев Е.А., Гречкин А.Ю. О расчете сил сцепления двух частиц под влиянием жидкостной прослойки между ними // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1977. - № 11. - С. 51 -54.

56. Флеминге М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. - 424 с.

57. Джексон К. Основные представления о росте кристаллов. В кн.: Проблемы роста кристаллов. - М.: Мир, 1968. - С. 13-26.

58. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. М.: Мир, 1974. - 540 с.

59. Шефталь Н.Н. Закономерности реального кристаллообразования и некоторые принципы выращивания монокристаллов. В сб.: Рост кристаллов.-Т. 10.-М.: Наука, 1974.-С. 195-220.

60. Хиллинг У., Тернбалл Д. Теория роста кристаллов из чистых переохлажденных жидкостей. В кн.: Элементарные процессы роста кристаллов. - М.: Изд-во ИЛ. - 1959. - С. 293-295.

61. Найдич Ю.В., Перевертайло В.М., Григоренко Н.Ф. Капиллярные явления в процессах роста и плавления кристаллов. Киев: Наук, думка, 1983.- 100 с.

62. Попель С.И., Дерябин Ю.А., Дерябин В.А. Капиллярные силы, стягивающие частицы между собой и с поверхностью изделия. -В сб.: Производство стальной эмалированной посуды. Свердловск: Изд. МЧМ СССР. - 1974. - Т.21. - С.38-46.

63. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П., Малыгина О.Л. Особенности взаимодействия частиц стекольной шихты через прослойки двухкомпонентных растворов // Стекло и керамика. 2005. - №3. -С. 7-10.

64. Физико-химические процессы при транспортировке и хранении стекольной шихты / В.Е. Маневич, К.Ю. Субботин, В.Д. Токарев, Р.В. Вахитов // Стекло и керамика. 2003. - №11. - С. 7-10.

65. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Чесноков А.Г. Влияние качества шихты на стекловарение // Стекло и керамика. 2004. -№1. - С.14-16.

66. Крашенинникова Н.С., Фролова И.В., Казьмина О.В. Способ подготовки однородной стекольной шихты // Стекло и керамика. -2004.-№6.-С.7-9.

67. Полохливец Э.К., Кючник И.А., Киян В.И. Технология приготовления шихты при замене сырьевых материалов // Стекло и керамика. 1998. -№2.-С.9-11.

68. Взаимодействие компонентов увлажненной стекольной шихты // В.А. Дерябин, Е.П. Фарафонтова, О.Л. Малыгина и др. В кн.: Физикохимия и технология оксидно-силикатных материалов. Екатеринбург. - 2003. - С. 201-205.

69. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994.-440 е.

70. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П. Поверхностные силы притяжения частиц стекольной шихты // Стекло и керамика. 2005. - №3. - С. 7-10.

71. Ролинский С.М. Введение в химическую физику поверхности твердых тел. Новосибирск: Наука, 1993. - 221 с.

72. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П. Особенности капиллярного уплотнения на стадиях подготовки и прогрева стеклошихты. В кн.: Физикохимия и технология оксидно-силикатных материалов. -Екатеринбург.-2003.-С. 195-198.

73. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Перевертайло В.М. Поверхностные свойства расплавов и твердых тел и их использование в материаловедении. Киев: Наук, думка, 1991. - 275 с.

74. Вагнер Г.Р. Формирование структур в силикатных дисперсиях. -Киев: Наук, думка, 1989. 180 с.

75. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. М.: Наука, 1986.-204 с.

76. Дерягин Б.В. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. - 399 с.

77. Капиллярная химия / Пер. с яп. К.Иноуэ, А.Китахара, С.Косеки и др. -М.: Мир, 1983.-272 с.

78. Адамсон А.У. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. - 568 с.

79. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учеб. для ВУЗов. М.: Альянс, 2004. - 464 с.

80. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П. Физико-химические особенности процессов жидкофазного уплотнения в силикатных технологиях. В сб.: Второй семинар СО РАН-УрО РАН «Новые неорганические материалы и химическая термодинамика». - Екатеринбург. - 2002. С. 61.

81. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П. Жидкофазное уплотнение в технологиях силикатных материалов // тез. докл. II Всеросс. научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий». Томск. - 2002. - С. 165-168.

82. Гельфман М.И. Коллоидная химия. СПб.: Лань, 2003. - 336 с.

83. Горохов В.М. Установка для измерения равновесных и динамических углов смачивания // Адгезия расплавов и пайка металлов. 1978. -Вып.12.-С. 57-58.

84. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1972. - 352 с.

85. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967.-388 с.

86. Айлер Р. Химия кремнезема / Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 4.2. - 712 с.

87. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.: Химия, 1966. - 230 с.

88. Перри Дж. Справочник инженера-химика. Л.: Химия. - 1969. - 60 с.

89. Дерябин В.А., Фарафонтова Е.П., Малыгина О.Л. Анализ факторов, противодействующих сегрегации стекольной шихты // тез. докл. Междун. научно-практ. конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье». Белгород. - 2004. - С. 136-139.

90. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и К.Л. Мяценко. Л.: Химия, 1974 .- 148 с.

91. Стрикленд-Констебл Р.Ф. Кинетика и механизм кристаллизации. Л.: Недра, 1971.-96 с.

92. Хамский Е.В. Кристаллизация из растворов. Л.: Наука, 1967. - 64 с.

93. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М., 1963. - 72 с.

94. Кэй Д., Лэби Т. Таблицы физических и химических постоянных. М.: Физматгиз, 1962. - 66 с.

95. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1972. - 84 с.

96. Гиббс Д.В. Термодинамические работы. M.-JL: Гостехиздат, 1950. - 72 с.

97. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967.-387 с.

98. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Структурообразование из мелких материалов с участием жидких фаз. Екатеринбург, 2001. - 634 с.

99. Ю2.0рмонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. М.: Высш.шк., 1968. - 487 с.

100. Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. М.: Металлургия, 1968. - 520 с.

101. Бараш Ю.С. Силы Ван-дер-Ваальса. М.: Наука, 1988. - 344 с.

102. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высш.шк., 1977. - 280 с.

103. Адамсон А. Физическая химия поверхностей / Под ред. З.М. Зорина, В.М. Муллера. М.: Мир, 1979. - 568 с.

104. Физический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1984,-944 с.

105. Вест А.Р. Химия твердого тела. Теория и приложения. 4.1. - М.: Мир, 1988.-558 с.

106. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. -М.: Химия, 1976.-231 с.

107. Строение и свойства расплавленных оксидов / В.М. Денисов, Н.В. Белоусова, С.А. Истомин и др. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. - 498 с.

108. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 376 с.

109. Гегузин Я.Е. Почему и куда исчезает пустота. М.: Наука, 1976. - 207 с. ИЗ.Куколев Г.В. Химия кремния и физическая химия силикатов. - М.:1. Высш.шк., 1966.-463 с.

110. Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами: учебник для хим.-технол. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1993.-352 с.

111. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. -М: Мир, 1986. -556 с.

112. Земан И. Кристаллохимия. М.: Мир, 1969. - 155 с.

113. Макаров Е.С. Изоморфизм атомов в кристаллах. М.: Атомиздат, 1973.-304 с.

114. Васильев Д.М. Физическая кристаллография. М.: Металлургия, 1972.-280 с.

115. Физико-химические свойства окислов: Справочник / Г.В. Самсонов, А.Л. Борисова, Т.Г. Жидкова и др. М.: Металлургия, 1978. - 472 с.