Содержание к диссертации
Цель работы 10
Научная новизна 11
Практическая значимость работы 12
Положения, выносимые на защиту 14
Личный вклад автора 15
Апробация работы 16
Публикации 16
Глава 2 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА 18 ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ И ХИМИЧЕСКИМ СИСТЕМАМ
Перспективы применения микроволнового нагрева в материаловеде- 18 нии, химии и химической технологии
О природе воздействия микроволнового излучения на химические и 25 физико-химические системы
Основные характеристики микроволнового воздействия на вещество 26
Определение тепловых источников при микроволновом нагреве 26
Влияние свойств вещества на его диэлектрические характеристики 28
Глубина проникновения электромагнитного излучения в вещество 31
2.4 Оборудование диэлектрического нагрева
Выводы к Главе 2
Глава 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 37
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С ВЯЖУЩИМИ СИЛИКАТНЫМИ СИСТЕМАМИ
Выбор объектов исследования 3 7
Уравнения, описывающие взаимодействие физико-химических сис- 41 тем с электромагнитным полем
Моделирование процессов взаимодействия электромагнитных полей 46 с вяжущими силикатными системами (на примере термической активации цементных растворных и бетонных смесей)
Решение одномерной задачи падения электромагнитной волны на 46 полубесконечный слой диэлектрика применительно к растворам и бетонам
Влияние диэлектрического нагрева на физико-механические харак- 54 теристики растворной смеси
Определение технологических параметров устройства для беспро- 57 парочного ускоренного твердения бетона при микроволновой активации бетонной смеси
Эмпирическая модель (на примере процессов обезвоживания раство- 60 ров силикатов щелочных металлов в микроволновых полях при синтезе щелочных гидросиликатов)
Обезвоживание растворов силикатов щелочных металлов в услови- 60 ях микроволнового облучения
Теоретические основы диэлектрической сушки растворов силика- 65 тов щелочных металлов с произвольным значением силикатного модуля Выводы к Главе 3 78
Глава 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ГИДРАТИРО- ВАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ СИЛИКАТОВ
4.1 Регулирование характеристик гидратированных силикатов натрия
4.2 Технологические аспекты промышленного получения порошков гид- 88 ратированных силикатов щелочных металлов
Выводы к Главе 4 92
Глава 5 НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГИД- 93 РАТИРОВАННЫХ СИЛИКАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ДРУГИХ ПРИЛОЖЕНИЯХ
Порошки гидратированных силикатов щелочных металлов в строи- 93 тельной индустрии и промышленности
Влияние гидратированных силикатов натрия на твердение цемент- 100 ных паст
Кислотоупорные композиции на основе гидратированных порошков 123 силикатов натрия
Жаростойкие композиции на основе гидратированных силикатов ще- 136 лочных металлов
Применение гидратированных силикатов натрия в нефте- и газодо- 137 бые
Применение гидратированных щелочных силикатов в производстве 140 моющих и чистящих средств
Составы для приготовления силикатных красок и клеев 140 Выводы к Главе 5 145
Глава 6 ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОВОЛНОВОЙ АКТИВАЦИИ В ТЕХНО- 147 ЛОГИЯХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (НА ПРИМЕРЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОГО СТЕКЛА)
Стеклование и гелеобразование в системе K20-Si02-H20 153
Образование концентрированных полисиликатных растворов из ста- 166 билизированных кремнезолей и их старение
Определение параметров гелеобразования растворов полисиликатов 177 калия
6.5 Моделирование процессов гелеобразования в ВЧ электромагнитном 183 поле
ПРИЛОЖЕНИЯ
Эскизный проект СВЧ установки для получения вспененного силиката натрия
Акт о внедрении гидратированных силикатов натрия в промышленное производство на ЗАО «Волховский химический завод» и проект Технических условий
Акт о выпуске опытной партии гидратированных силикатов натрия
Акт об использовании сухой кислотоупорной композиции на основе гидратированного силиката натрия для изготовления газовых сенсоров
Отчеты о результатах испытаний и рекомендации по применению гидросиликат-порошков в нефтегазовой отрасли
Результаты испытаний гидратированных силикатов натрия в моющих средствах
Технические условия на огнезащитную свегопрозрачную композицию
Технологическая инструкция на приготовление огнезащитной свегопрозрачной композиции
Отчет по испытаниям огнезащитной конструкции с противопожарным стеклом
Результаты испытаний противопожарного стекла на светостойкость
Сертификат пожарной безопасности на противопожарное стекло
Пример практического использования противопожарного стекла ЗАО «Метробор»
Выводы к главе 6 ВЫВОДЫ
Библиографический список
Введение к работе
Силикатные вяжущие системы, как на основе силикатов кальция (порт- ландцементов), так и силикатов щелочных металлов (растворимых стекол) требуют больших энергозатрат, связанных с их высокотемпературным синтезом. Кроме этих энергозатрат, в ряде случаев при практическом применении этих вяжущих систем производят дополнительные (вторичные) энергозатраты, связанные с необходимостью их термической активации в водных дисперсиях. Такой дополнительной термической активации могут подвергаться цементные растворные и бетонные смеси, системы на основе щелочных силикатов. Вторичными являются также энергозатраты при синтезе порошков гидросиликатов натрия и калия из растворов щелочных силикатов (жидких стекол), а также в ряде других технологических процессов. Эти термические воздействия осуществляют преимущественно нагревом внешними теплоносителями (горячим воздухом, продуктами сгорания топлива, паром) или электронагревом, т.е. токами промышленной частоты.
В течение последних десяти лет наряду с другими направлениями проявляется интерес к возможности проведения технологических процессов, требующих термической активации, в условиях микроволнового (диэлектрического) нагрева. Эффект диэлектрического нагрева в основном заключается в поглощении материалом энергии электромагнитных полей (далее - ЭМП) микроволнового (ВЧ или СВЧ) диапазона и превращении этой энергии в тепло. Тепловая мощность, выделяемая материалом, зависит от его диэлектрических характеристик и параметров поля и обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с другими способами термической активации: высокую скорость технологического процесса, отсутствие теплоносителей, динамичное регулирование температурного режима, избирательную активацию отдельных компонентов в композиционных системах и т.д.
Применительно к силикатным вяжущим материалам развитие этого направления сдерживается из-за отсутствия общего теоретического подхода, позволяющего прогнозировать и задавать параметры микроволнового воздействия с тем, чтобы получать вяжущие системы с заданными характеристиками. Не решен также комплекс вопросов, связанных с применением ЭМП в технологических процессах с участием силикатных вяжущих систем.
Рациональный подход к решению этих проблем может быть основан на анализе взаимосвязи физико-химических, теплофизических и электрических параметров процессов с параметрами температурных и электромагнитных полей. Необходимо разрабатывать подходы к решению таких задач с целью получить результаты, имеющие практическую применимость.
Применение ЭМП для синтеза и активации силикатных вяжущих систем может способствовать развитию важных практических приложений с их участием, научная и прикладная разработка которых до настоящего времени носила ограниченный характер: синтез порошков гидросиликатов натрия и калия и продуктов на их основе, активация твердения цементных растворных и бетонных смесей, синтез материалов на основе коллоидного кремнезема и т.д. Таким образом, создание технологических процессов на основе применения ЭМП - актуальная задача.
Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и 12 приложений. Изложена на 208 с, содержит 49 рисунков и 181 библиографических ссылки, приложения даны на 99 с.
В первой главе дается общая характеристика работы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость, вопросы, выносимые на защиту; приводится список публикаций по теме диссертации.
Во второй главе рассматривается природа и физические основы взаимодействия физико-химических систем с электромагнитными полями, проводится краткий обзор по применению диэлектрического нагрева в химической технологии силикатсодержащих и других материалов.
В третьей главе представлены объекты исследования, в общем виде сформулированы основные уравнения, необходимые для моделирования поведения физико-химических систем в условиях облучения ЭМП. Рассмотрена задача о термической активации цементных композиций в ЭМП и расчет температурных полей в растворных и бетонных смесях. Предложена модель обезвоживания водных растворов силикатов щелочных металлов в качестве основы получения растворимых щелочесиликатных вяжущих материалов заданного состава и свойств.
В четвертой главе изложены технологические аспекты получения водорастворимых порошков гидратированных силикатов натрия методом диэлектрического нагрева, рассмотрен и научно обоснован способ регулирования их физико-химических характеристик.
В пятой главе представлены и теоретически обоснованы основные направления применения гидратированных водорастворимых силикатов в качестве вяжущих материалов. С привлечением комплексных экспериментальных методов исследованы механизмы, лежащие в основе известного ускоряющего действия щелочных силикатов на твердение портландцементных паст. Экспериментальным путем установлены закономерности формирования кислотоупорных и жаростойких вяжущих систем на основе гидратированных силикатов. Показана применимость ГС в технологии силикатных красок, в производстве моющих средств, в нефте- и газодобывающей отрасли.
Шестая глава посвящена разработке технологии изготовления противопожарных светопрозрачных материалов (огнезащитных стекол) на основе щелочных полисиликатных систем. На основе выполненных экспериментальных исследований предложены составы и способы приготовления полисиликатных растворов для этой технологии. Установлены закономерности образования концентрированных полисиликатных растворов из стабилизированных коллоидных растворов кремнезема, кинетика гелеобразования полисиликатов и области устойчивости образуемых гелей. Изложены принципы использования высокочас-
тотного нагрева в технологии композиционных материалов на примере производства огнезащитного стекла.
При разработке математических моделей диэлектричесого нагрева растворных смесей и бетонов, сушки водных растворов щелочных силикатов в электромагнитном поле и решении конкретных задач использовался классический аппарат математической физики, теория дифференциальных уравнений в частных производных, операционное исчисление. Численные решения были получены вычислительными методами с помощью ЭВМ.
Похожие диссертации на Синтез и активация силикатных вяжущих систем методом диэлектрического нагрева водных дисперсий
