Диссертация (1141458), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Еще более отчетливоразмеры иморфология агрегатов и первичных зерен могут проявляться примеханических воздействиях на дисперсную систему.Дисперсность и распределение зерен по размерам определяютпроцессы твердения. Некоторыми авторами [59, 209] отмечается, чтоформируемаятопологическаяструктурасистем,дажееслионахарактеризуется близким химическим составом, может варьироваться вшироком диапазоне по масштабу изависимости от зернового состава.морфологии образований в172Гранулометрия отражает и формовочные свойства системы. Так,зерна самого малого размера в ряду характеризуются достаточно высокимизначениями прочности при изгибе, значительно превышающими значениянапряжений деформации при приложении внешней нагрузки – полусухомпрессовании, что может отражаться на деформативных характеристиках –обратной средней плотности и упругом расширении.Исследованиями гипсового порошка(удельнаяповерхностьS уд  972 м2/кг,– техногенного отходасреднийдиаметрзеренd ср  2,8 мкм) установлено, что его состав (рисунок 4.10) практически вполном объеме представлен агрегатами (глобулами).Рисунок 4.10 – Порошок двуводного техногенного гипса,2S уд  971,9 м /кг (х 42)Глобулы отличаются большим разбросом по размерам – от агрегациисамых мелких моночастиц до наиболее крупных частиц с мелкими173зернами, распределенными по их поверхности, причем превалируютименно такие агрегаты – крупные частицы, покрытые тонкодисперсными.Следует также отметить, что контактов непосредственно между крупнымичастицами не наблюдается.

Данные наблюдения подтверждаются даннымиседиментационного анализа (рис. 4.11). Исследуемый порошок имеет всвоём составе достаточное количество, как крупных зерен, так и мелкихзерен, по форме близких к сферическим.При осуществлении дополнительного помола – механоактивациигипсового порошка, получаемый состав ( S уд  457 м2/кг) характеризуетсяболее узким распределением по размерам образовавшихся агрегатов ипрактически отсутствием агрегатов из моночастиц (рисунок 4.12 ).Рисунок 4.11 – Водная суспензия порошка двуводного гипса,2S уд  971,9 м /кг (х 42)174Моночастицы наиболее малого размера являются в большинствесоставной частью агрегатов, которые сформированы частицами большегоразмера.Удельная поверхность крупной фракции за счет этогоповышается.При исследовании порошков более высокой степени измельчения (S уд  1351 м2/кг, d ср  1,775 мкм) наблюдается еще более высокая агрегациячастиц техногенного двуводного гипса (рисунок 4.13) .При переводепорошков в состояние суспензии происходит разделение крупных имелких частиц, вода смывает последние с поверхности частиц большогоразмера.Рисунок 4.12 – Порошок двуводного техногенного гипса,2S уд  1457,1 м /кг (х 42)Исследованиеданной суспензии показало, что наблюдаетсявыравнивание состава по дисперсности зерен.

За счет увеличения степенипомола произошло сокращение числа зерен с максимальным размером содновременным увеличением числа наиболее мелких зерен в порошке.175Изменяется и морфология кристаллов. Заметно больше присутствие частицс округлой формой.При соединении порошков крупного и тонкогопомола в составе бинарной смеси образуется структура системы, наиболееотвечающая механизму конденсационного твердения – сохраняютсякрупные агрегации частиц, включающие и крупные, и мелкие частицы,распределенные по поверхности крупных, а также крупные моночастицы идостаточное количество высокодисперсных моночастиц.Взаимодействие на границе раздела фаз в зоне контактов междучастицами, значительно различающимися по размерам, обуславливаетобразованиезародышей,кристаллизационныекоторыеконтакты.современемВзаимодействиеразвиваютсязеренкрупноговитонкодисперсного порошков (фракций) приводит к их агрегации за счетсил когезии.

Образующиеся агрегаты – кластеры – в своём большинстве,согласнопроведеннымнаблюдениям,имеютразныеразмерызависимости от размера кластер образующего зерна ( рисунок 4.14 ).Рисунок 4.13 – Водная суспензия порошка двуводного гипса2S уд  1457,1 м /кг (х 42)в176Рисунок 4.14 – Фрагмент микроструктуры бинарной смеси двуводного гипса(х 84)Рисунок 4.15 – Геометрическая модель фрактальной структуры бинарнойсистемы двуводного гипса177Рисунок 4.16 – Внутренняя микроструктурабидисперсной системы двуводного гипса (х 200)Объединение в составе бинарной смеси двух монофракций в объемеV1 и V2 с различными средними диаметрами D1 инаполнения1и2 ,d2 ,имеющих объемныепозволяет получить структуру с наполнением  (1  V1  2  V2 ) /(V1  V2 ).Бинарнаясистемаоптимальногогранулометрическогосостававозможно будет обладать максимальной активностью.

Это объясняетсяприсутствием наибольшего числа зазоров между частицами диаметром D1иd2 ,имеющих отрицательную кривизну поверхности. В таких зазорахусловия образования зародышей контакта будут наиболее выгодными.Зародыш образуется в адсорбционном слое крупной частицы в результатестолкновения адсорбированных молекул, которые будут мигрироватьвдоль поверхности. Следовательно, будет повышаться эффективность178процессовпри увеличении скорости зарождения контактов и, вдальнейшем – увеличение их площади.Поскольку структура дисперсной системы имеет определённуюхарактеристику дисперсности – размер частиц, входящих в систему,следовательно, размер будет определять и число возможных контактов наединицу площади сечения [212].По расчетам Е. Д. Щукина [211] для систем с частицами, размерыкоторых составляют десятые доли мм, число контактов может составлять102–103 на 1 см2 площади.Вработедвуводногоисследованыгипсаразнойхарактеристикиприроды:дисперсностиприродногоисистемтехногенногопроисхождения, полученных помолом и, в случае бинарных систем,последующимсмешиванием.Исследованныесистемыдигидратахарактеризуются различной удельной поверхностью ( S уд  1511460 м2/кг).Интегральные функции, полученные для систем двуводного гипса( рисунок 4.17 ), демонстрируют различные распределения частиц поразмерам для отдельных полидисперсных систем и их смесей.В целях выявления отличительных особенностей каждой функцииудобноиспользоватьпараметр–факторформы[213],которыйхарактеризует пологость интегральных функций распределений.

Согласнопроведенным исследованиям порошок грубого помола имеет факторформы, равный 3,62, порошок тонкого помола – 3,68, тогда как их смесь– 4,23. Таким образом, все исследованные интегральные функции можноотнести к пологим, т.к. параметр пологости превышает значение – 2.Исследованиядифференциальногоразмерам показывают, чтораспределениячастицпогауссову закону распределения в большейстепени отвечает система грубого помола.1791001Суммарное содержание частиц, %90802370604504013020100110Размер частиц, мкм 100Рисунок 4.17 – Интегральные функции распределения частицв составе порошков и их смесей: 1 – dср = 3,32 мкм; 2 – dср = 2,48 мкм;3 – dср = 3,15 мкм; 4 – dср = 3,06 мкмВ случае использования в бинарной смеси систем с достаточноотличным друг от друга по моде распределением, то смесь можетхарактеризоваться широким распределением. Дифференциальная функциябинарной смеси характеризуется двумя модами, которые соответствуютмаксимумам содержания частиц грубого и тонкого помола.Сравнительныйанализполидисперсностипоказал,чтополидисперсность смесей понижается с увеличением времени помола.Так, полидисперсность, или степень полидисперсности П отдельнойвысокодисперсной системы составляетП  d max / d min  68,где П – степень полидисперсности, d max – максимальный размер зерна(частицы), мкм, d min – минимальный размер зерна (частицы), мкм.180Степень полидисперсности бинарной смеси оптимального состава 4( рисунок 4.17 ) составляет 347 .Установлено,чтопонижениеполидисперсностиприводиткуменьшению прочности структуры ввиду того, что сокращается числоактивных центров кристаллизации.

Поскольку при соединении в бинарнуюсмесь порошков разной степени измельчения происходит повышениестепени полидисперсности, как отмечалось выше, то увеличивается иколичество фазовых контактов, а значит – и прочность структуры.Следовательно, установив обоснованные корреляции между свойствами игранулометрическим составом системы дигидрата, можновыявитьзакономерностистадияхэволюцииструктурынаразличныхструктурообразования и направленно ее регулировать.Топологическая структура системы представлена, как отмечалосьвыше, пространственным размещением на разных уровнях частиц,агрегатов и пор. Поровое пространство может быть заполнено частицамии агрегатами, которые по своим размерам и положению соответствуютместу. Таким образом, степень заполнения объема твёрдой фазой будетувеличиваться.В условиях внешнего воздействия на структуру путем прессованиябудет происходить ее уплотнение, что вызвано уплотнением агрегатов,частиц, изменением их формы за счет пластической деформации.

Характеристики

Список файлов диссертации