Процесс образования шлаковой пемзы

Создано 20.05.2012 21:05
Обновлено 20.05.2012 22:24
Автор: Admin

В производстве шлаковой пемзы весьма важно, чтобы общее количество содержащихся в расплаве вспучивающих газов и введенных искусственно находилось в допустимых пределах, так как они оказывают существенное влияние на вязкость расплава.

При увеличении количества газов вязкость расплава понижается. Понижается она и при повышении температуры расплава при одновременном повышении растворимости в нем газов и понижении поверхностного натяжения. В этом случае количество газовых пузырьков увеличивается. Чрезмерное газонасыщение расплава приводит к понижению прочности, ухудшению структуры и общему понижению качества материала. Недостаточная газонасыщенность расплава также снижает качество получаемой шлаковой пемзы, делает ее малопористой, с большим объемным весом.

Под газонасыщенностью понимается общее количество газов, содержащихся в силикатной массе при определенных давлениях и температуре. С явлением газонасыщения силикатной системы связаны также такие явления, как газорастворимость и газотворность - количество газов, выделенное системой при переходе из жидкого состояния в твердое.

В насыщении шлакового расплава газами и водяными парами и состоит сущность физико-химического процесса образования шлаковой пемзы. Шлаковый расплав в это время можно представить условно как своеобразную эмульсию, в которой пузырьки газа отделены друг от друга топкой пленкой. Скорость всплывания газовых пузырьков в расплаве различна. Крупные пузырьки всплывают быстрее, мелкие - медленнее. Экспериментально установлено, что скорость воплывания пузырьков радиусом 0,2 см в 390 раз больше скорости воплывания пузырьков радиусом 0,01 см.

Газовые пузырьки могут быть образованы и результате охлаждения шлакового расплава, когда растворимость газов в шлаке уменьшается, отчего часть газов выделяется в виде пузырьков; введением водяных паров в шлаковый расплав, так как при этом происходит не только насыщение его газовыми включениями, но и охлаждение расплава до оптимальной вязкости; введением в расплав добавок, способных диссоциировать при повышенных температурах с выделением газообразных веществ, например карбонатных пород в тонкомолотом виде, выделяющих СO2 и способствующих кристаллизации расплава. Последние изыскания в этой области свидетельствуют о том, что источником газовых пузырьков могут быть сульфиды.

На основании произведенных исследований О. Н. Кутас пришел к выводу, что наряду со вспучиванием шлакового расплава за счет выделения газов, растворенных в нем в процессе доменной плавки и воздействия паров воды, одним из основных факторов поризации шлаковых расплавов является выделение сероводорода - вновь образующегося газа при разложении сульфидов под действием воды по реакции CaS + H2O = CaO + H2S; MgS + H2O = MgO + H2S; MnS + H2O = MnO + H2S; FeS + H2O = FeO + H2S.

Применительно к теории вспучивания глинистых пород эту точку зрения поддерживают ученые: И. Ф. Пономарев, П. И. Галкин, Ф. Г. Джаксон и др. Кроме того, этим же исследованием установлено, что свойства шлаковой пемзы зависят от количества прореагировавших сульфидов в шлаковом расплаве при взаимодействии с водой. В частности, из графика, приведенного ниже видно, что чем большее количество сульфидов прореагировало с водой, тем меньше объемный вес образовавшейся шлаковой пемзы.


Как показал М. П. Элинзон, кристаллизация шлакового расплава способствует образованию пористой структуры получаемого материала вследствие пронизывания расплава множеством мелких кристалликов, удерживающих на своей поверхности пузырьки газов. Наиболее успешно это происходит при оптимальной вязкости 20-40 пз в области температур 1165-1350° (температура кристаллизации), до которой охлаждение расплава должно идти интенсивно.

Для получения качественных пористых материалов из шлаков необходимо: применять огненно-жидкие шлаковые расплавы, обладающие в момент резкого охлаждения оптимальной вязкостью и достаточным газонасыщением, подобрать оптимальную толщину слоя при охлаждении шлака; выбрать правильный режим охлаждения, обеспечивающий однородную структуру готового продукта; найти оптимальное количество стабилизирующей добавки, предохраняющей шлак от распада (апатит, колошниковая пыль, старая футеровка).