трусики женские украина

На головну

 Магнітна обробка промислових вод - Геологія

Реферат

У статті представлені дві великі групи результатів експериментального дослідження магнітної обробки промислової води, що має на меті вивчення змін при формуванні відкладень. По-перше, це чотиримісячний експеримент, в якому вивчався стан двох теплообмінних пристроїв потужністю по 25 кВт, причому один з них функціонував на воді, обробленій магніто-гідродинамічним методом. З кожного теплообмінника були витягнуті відкладення і піддані комплексному дослідженню методами хімічного аналізу, дифракції рентгенівських променів (R-променів), PIXE [1] та ІЧ-спектроскопії. Кількість відкладень з необробленої води, що складаються головним чином з кальциту, зростало експоненціально зі збільшенням температури, і досягало 20 г / м труби в гарячій частині теплообмінника. Маса відкладень з очищеної магнітним методом води не залежала від температури і була приблизно 0.5 г / м труби. Їх склад в основному представлений некристалічні, багатим кремнеземом, матеріалом. Подальші результати були отримані на трьох промислових енергоблоках електростанції з потужністю 1 GW. М'які, аморфні відкладення при магнітній обробці води мали питому площу поверхні 80 м2 / г та інфрачервоний спектр, подібний кремнекислих гідрогелю. Таким чином, складалося враження що, в результаті проходу через магнітний пристрій, кристалізація карбонатів у воді була блокована через ініціювання іншого, конкурентного процесу. Цей процес - активація колоїдного кремнезему, який адсорбує кальцій, магній або інші металеві іони і потім осідає з розчину як Коагулює агломерат. Найбільш вірогідний механізм, відповідальний за активацію кремнезему - сила Лоренца, що викликає деформацію дифузійного шару, і яка веде до збільшення концентрації проти-іонів в адсорбційному шарі негативно зарядженого кремнезему.

1 Введення

Феномен впливу магнітного поля на водні розчини та інші немагнітні системи є цікавим предметом вивчення. Проблема зниження величини відкладень з жорсткої води на поверхнях трубопроводів при магнітній обробці води (MWT) все ще залишається багато в чому невивченою. Відомо, що освіта відкладень накипу у всіх процесах, де вода нагрівається або використовується як холодоагент, є широко поширеною і дорогої проблемою. Починаючи з першого патенту Вермейрена [Vermeiren] [1] і по даний час, численні типи широко поширених пристроїв магнітної обробки води, зазвичай використовують поле низької напруженості, орієнтоване перпендикулярно до водного потоку. У разі відповідного вибору параметрів MWT можуть бути отримані наступні результати: освіта малої кількості шламу і легко змиваються відкладень замість твердої карбонатної (цементообразную) накипу, уповільнення розчинення і видалення старих відкладень, освітлення води, що містить речовину у вигляді суспензії [2-6]. Однак повідомлення про MWT ефектах іноді бувають незмістовними або не відтворено. Ймовірно, це виникає через варіацій водного складу, а також відмінностей в ході процесу обробки і складності процесів, які відбуваються у водних розчинах. Саме це утруднення пояснює, чому MWT майже завжди дає корисний ефект у виробничих умовах. Інша цікава проблема - позитивний вплив MWT на біологічні процеси [7].

Більш ранні дослідження, проведені протягом 1960 - 1980 років, переважно в Російських інститутах [2, 4, 5, 8, 9], не привели до виникнення задовільною фізико-хімічної моделі, здатної пояснювати всі сторони спостережуваного явища. Ідея про зміни власне в структурі води, як результату магнітного впливу, була піддана критиці [8] через низьку інтенсивності використовуваного поля. Протягом тривалого часу в якості основного методу дослідження змін, що відбуваються у водних розчинах і відкладеннях при обробці магнітним пристроєм, використовувався простий якісний аналіз. Дуже часто навіть не було визначено: чи були шламові відкладення утворені тільки карбонатами, або до їх складу входили і деякі інші речовини. Загальноприйнятою гіпотезою було припущення про те, що в обробленої магнітним способом воді, кристалізація карбонатів відбувається не на поверхні нагрівання, а всередині всього об'єму рідини. Випробуванням ефективності методу зазвичай було визначення розміру зерен кальциту: чим менше розмір кальцитових зерен, що утворилися в обработанности воді, тим вища ефективність обробки.

Останнім часом в науковому співтоваристві спостерігається зростання зусиль для вирішення проблеми пояснення MWT ефекту. Так як природна вода являє собою складну систему, в якій крім гідратованих іонів, молекул і газових бульбашок знаходяться дисперсні колоїдні частки органічного та неорганічного складу, видається ймовірним, що пояснення може бути засноване на змінах в іонному розподілі дифузійних шарів. Вплив MWT на електрокінетіческій z-потенціал суспензії CaCO3 було виміряно вже в [9]. В даному випадку на думку авторів зменшення z-потенціалу було пов'язано з прискореною коагуляцией. Пізніше Хагашітані зі співавторами (Higashitani et al.) Провели серію добре контрольованих експериментів з вивчення магнітних ефектів в статичних (нерухомих) водних розчинах [10 - 13]. В роботі [10] було виявлено, що висока швидкість коагуляції немагнітних колоїдних частинок залежить від щільності магнітного потоку і ефект впливу магнітного поля в більшій мірі проявлявся для частинок меншого розміру. Зменшення z-потенціалу можна було виявити щонайменше протягом 6 днів [11]. У статті [12] автори використовували мікроскоп, що функціонує на основі методу AFM [2], щоб отримати інформацію про вплив магнітного поля на молекулярному рівні. Товщина адсорбованого шару на поверхні водних розчинів змінювалася після впливу магнітного поля, вона залежала від концентрації електроліту і демонструвала ефект пам'яті щонайменше протягом одного дня. В роботі [13] у 1999 році та ж сама група провела AFM вимірювання для імпульсних і змінних магнітних полів і порівняла отримані результати з даними для статичного поля. Було виявлено, що результат впливу залежав від частоти імпульсів магнітного поля і що час, необхідний для досягнення максимального ефекту, було набагато менше для імпульсних і змінних полів ніж для статичного поля. Безсумнівно, що представлені вище AFM результати становлять важливе експериментальне підтвердження явищ, відповідальних за протинакипних ефект MWT.

Баррет і Парсонс [Barret and Parsons] [14] провели критичний огляд робіт, присвячених аналітичним вимірам впливу магнітних полів на фізичні явища і хімічну кінетику у водних розчинах. Вони виявили, що результати вимірювання pH, питомої електропровідності, розміру часток, каламутності і дзєта потенціалу часто були неузгоджені або навіть суперечливі. Для пояснення цього було прийнято припущення про існування двох ймовірних механізмів MWT: впливу мікродомішок і сили Лоренца впливають на поверхню розділу рідина-тверде тіло. Останнє включає зміни в гідратаційних оболонках навколо іонів і подвійних електричних шарів. В іншій статті, заснованої на сліпих лабораторних тестах, опублікованій Сої і Кессі [Coey and Cass] [15] було показано, що результат впливу MWT, здійсненої в статичному магнітному полі 0.1 T, зберігався протягом більше ніж двох сотень годин.

Було вже згадано, що магнітна обробка індустріальних вод зазвичай ефективна і допомагає зменшувати утворення накипу. З іншого боку, є зрозуміле небажання використовувати промислові установки для наукового експерименту з належним контролем. Однак період з 1985 по 1990 рік для нас виявився сприятливим і нам вдалося провести широкомасштабний експеримент на електростанції в Польщі. Перша частина статті описує цей унікальний експеримент. Вода протікала через два ідентичних контуру, що імітують промислові теплообмінники. В одному випадку входить вода оброблялася магнітним способом. Аналіз відкладень, витягнутих з кожного контуру після чотирьох місячного пробігу показав чудові зміни, викликані магнітної обробкою. Повна маса відкладень з MWT контуру була приблизно в 25-разів менше ніж маса відкладень з неочищеної води. Зміст кальциту у відкладеннях було зниженим. На підставі цього були створені великі оптимізовані магнітогідродинамічні пристрої для системи охолодження станції з потужністю 1GW. Ефективність обробки була чудовою. Результати досліджень відкладень були сумісні з отриманими в широкомасштабному експерименті і дозволили нам прийти до кращого розуміння сутності MWT ефекту. Недавня модель Ліпуса зі співавторами [Lipus at al.] [16], щодо поверхні нейтралізації, що виникає завдяки іонним зрушенням (зсувам) з основного об'єму розчину до поверхонь частинок дає гарне обґрунтування для наших висновків.

2. Експериментальні методи

Для проведення експерименту були сконструйовані два ідентичних контуру В і М, що моделюють теплообмінник електростанції. Кожен контур був виготовлений з 16 латунних секцій (труби 1 м завдовжки, внутрішній діаметр = 30 мм, товщина стінки 1 мм) і зігнутою частини, вміщеній в середині. Труби нагрівалися перменная струмом, потужністю 1.5 кВт, використовуваним для кожної секції. MWT пристрій було встановлено на вході одного з контурів, позначеного як М-контур. Схематична діаграма експерименту наводиться на рисунку 1. Рисунок 2a представляє схему пристрою. Прилад мав циліндричну симетрію і використовував пакет постійних магнітів з фериту стронцію, поміщених в феромагнітну трубу.

Магніти мали циліндричну форму з зовнішнім діаметром 35 мм, внутрішнім діаметром 5 мм, висотою, що дорівнює 15 мм і встановлювалися з чергуванням

Рис.1 Схема експериментальних контурів.

полярності, з прокладкою між ними полюсних наконечників з магнітною сталі.

Рис. 2. Схема використовуваних пристроїв MWT: (a) великомасштабний експеримент, описаний у Розділі II; (B) індустріальне застосування, описане в Розділі IV; (C) магнітне поле, розподіл швидкості і тиску вздовж напрямку водного потоку.

Кільця (постійні магніти) були намагнічені паралельно їх осях симетрії. Діаметр полюсних наконечників був більше діаметра магнітів на 4 мм, завдяки цьому швидкість водного потоку періодично змінювалася (від 1.0 до 1.6 м / с) на додаток до зміни профілю поля. Амплітуда поля становила 120 кА / м (1.5 kOe [3]). Тиск в потоці води також періодично змінювалося, характер цих змін показаний на рисунку 2c.

Забір води відбувався безпосередньо від довколишнього озера. Результати хімічного аналізу, усереднені за 4 місяці, наступні: Ca 63 мг / л, Mg 27 мг / л, Fe 0.11 мг / л, (SO4) -2 37.0 мг / л (0.77 mval / l), (NO3) - 0.15 мг / л (0.002 mval / l), Cl- 20.2 мг / л (0.57 mval / l), був відсутній вільний CO2, pH = 8.3, s = 67 мСм / м, загальна жорсткість - 5.45mval / l, карбонатна жорсткість 5.2 mval / l, загальна кількість зважених часток 14.7 мг / л, SiO2 10 мг / л, загальна кількість твердого залишку 356 мг / л. Об'ємна швидкість водяного потоку в кожному контурі була 1.2 м3 / год. Експеримент тривав протягом осені та зими, в загальній складності 4 місяці. Протягом цього часу через контури пройшло приблизно 5000 м3, і приблизно 150 000 кВтг було використано для її нагрівання.

Відкладення, витягнуті з обох контурів після 4 місяців експерименту були піддані хімічному аналізу, а також вивчалися методами рентгенівської дифракції та PIXE (протонної індукції під дією рентгенівського випромінювання). Пізніше були виміряні спектри поглинання в інфрачервоній області спектра.3. Результати

Рис.3. Кількість відкладень, як функція номера секції та / або температури, витягнутих з контурів B і М після чотирьох місячного пробігу.

Протягом чотиримісячного робочого періоду, між значеннями лужності, жорсткості і pH, використовуваної в контурах В (необроблена) і М (оброблена магнітним полем) води, не виявлялося помітних відмінностей. Там ні також ніяких відмінностей ні температурного профілю ні об'ємної швидкості потоку. Температура зростала лінійно від 100С на першій секції до 300С на останній. Температура вхідної води взимку опускалася до 80С.

Істотна відмінність спостерігалося в кількості, формі і складі відкладень витягнутих з двох контурів, а також в кінетиці осадження осаду. Відкладення з труб контуру B (повна маса 190 г) являли собою тверду накип, яку було важко видаляти, в той час як відкладення з контуру М (повна маса 7 г) представляли собою м'яку і легко видаляється субстанцію.

Кількість відкладень, виражене в грамах / метр труби наводиться для двох контурів на рисунку 3. У контурі В (дивись рис.3) кількість відкладень зростала експоненціально із збільшенням відстані і температури, починаючи з нульового значення для перших трьох секцій і досягало 20 г / м на гарячому кінці.

Енергія активації для спостережуваного процесу становить 15.11 кДж / моль. На відміну від випадку B, маса відкладень в контурі M з магнітною обробкою (див. Рис. 3b), показує істотну відмінність залежно від температури. Прискорена коагуляція і седиментация суспендованого речовини спостерігалися вже в перших секціях, в той час як в контурі B при тій же самій температурі не було ніяких відкладень взагалі. З іншого боку осадження відкладень не змінювався з температурою, і було постійним в межах (0.5 ± 0.2) г / м. Навіть на гарячому кінці контура маса відкладень зростала.

Малюнок 4. Мікроскопічна картина відкладень для необробленої (ліворуч) і обробленої води (праворуч).

На рисунку 4 показано мікроскопічне зображення відкладень необробленої і обробленої магнітним полем води. Можна помітити, що відкладення з контуру B складаються з великих зерен, в той час як відкладення з контуру М мають менші зерна і більша кількість дрібнодисперсного фази.

Хімічний склад відкладень, виражених у відсотках від ваги, наводиться в Таблиці 1.

Таблиця 1. Пропорційне зміст різних елементів у сухих залишках відкладень обробленої магнітним полем (M) і необробленої (B) води, визначених хімічним аналізом.

магнітний поле водний відкладення

Можна відзначити великі відмінності у змісті кремнезему, поташу (у формі K2O), заліза (у формі Fe2O3), цинку (у формі ZnO) і мідь (у формі CuO). Кількість перерахованих вище елементів у кілька разів вище для секцій контуру М, порівняно з однойменними секціями контуру B. З іншого боку, вміст кальцію (у формі CaO) і магнію (у формі MgO) нижче, ніж в контурі М.

Малюнок 5. Аналіз відкладень методом PIXE:

суцільна лінія - контур М, штрихова лінія - контур В (без обробки).

Аналіз, проведений методом PIXE для пари зразків з B і М секцій номер 15 (див. Рис. 5), дає той же самий результат: зміст Cu, Zn, і Mn в кілька разів, а Fe більш ніж у десять разів більше у відкладеннях з контуру M.

Відмінності кристаллохимического складу відкладень виявлені при дослідженні відкладень методом дифракції рентгенівських променів (Рис. 6). Зразок відкладення з необробленої води має слабкий фон через низький вкладу аморфної фази. Відображення злегка зміщені в порівнянні з сигналом від чистого кальциту (див. Рис. 6 в центрі). Ця обставина прискорює кристалізацію магній містить кальциту (як було визначено з граткових параметрів, зміст Mg приблизно 7% в катионной решітці). Дифракційний фон зразка відкладення з обробленої води відносно вище, що свідчить про його аморфному будові. Відображення відповідають a-кварцу і малій кількості чистого кальциту.

Малюнок 6. Дослідження дифракції рентгенівських променів (Cu випромінювання) на зразках з обох контурів: порівняльна картина для зразків з контурів і зразком чистого кальциту.

Щоб пояснити походження аморфної фази та ідентифікувати утворить її речовина ми проводили вимірювання поглинання в інфрачервоній області спектра. Відомо, що IR спектроскопія є потужним методом дослідження мінералів (безводних або гідратованих карбонатів, силікатів, і т.д.) і фаз з низьким атомним порядком. Спектри були виміряні для кількох пар зразків. Результат для секції номер 7 (180C) представлений на рисунку 7. Відмінності для контурів B і М очевидний, особливо в діапазоні з центром в 1050 cm-1 і в області 3000-4000 cm-1. Аналіз спектрів проведено відповідно до [17,18]. Виявилося, що смуга 1050 cm-1 пов'язана з гидрозолей кремнезему і її інтенсивність набагато вище для відкладень з контуру М, тобто для обробленої води. Оскільки гідрозолі кремнезему володіють сильним сорбційним властивістю, в діапазоні 3000-4000 cm-1 повинно спостерігатися істотна відмінність, обумовлене коливаннями молекул води. Як можна бачити на малюнку 6, саме це фактично і відбувається. Тут чітко видно різницю концентрації кальциту, що узгоджується з результатами хімічного (Табл.1) і дифракційного аналізу (Рис.6), а також вимірами PIXE (Рис.5). Відмінності концентрації металів (Fe, Mn, Cu, Zn, ...) приписуються сорбційним властивостям гидрозолей кремнезему.

4 Промислове застосування MWT

Магнітна обробка води була здійснена на безлічі промислових об'єктів і, серед інших, на теплообмінниках 1 GW електростанції в Лазіскі, Польща. Система охолодження електростанції працює в наполовину замкнутому циклі, і використовує воду з вугільної шахти. Додаткова вода для цієї системи (приблизно 5% цілого обсягу) піддається хімічній обробці (процеси обезуглероживания і коагуляції), в результаті виходить вода з низькою карбонатної жорсткістю, однак із збільшеним і змінним кількістю суспензій різного походження. Хімічний метод не допомагав вирішити проблему карбонатних відкладень, особливо протягом гарячих літніх періодів, коли було необхідно чистити систему (головним чином теплообмінники, що працюють для охолодження турбіни) навіть кожні кілька тижнів. Грунтуючись на позитивних наслідках експерименту Patnow (див. Рис. 3), було вирішено доповнити неповністю ефективну хімічну обробку магнітним методом. Кілька нових MWT пристроїв [14] зі збільшеною пропускною здатністю до 1100 м3 / год і з поліпшеною гідродинамікою (Див., Рис. 2b) були встановлені на вході живить води. Результати хімічного аналізу вхідної води наступні: Ca 107.4 мг / л, Mg 46.0 мг / л, Na 134 мг / л, K 17.4 мг / л, Fe 1.5 мг / л, (SO4) 2- 354 мг / л (7.38 mval / l), (NO3) - 1.86мг / л (0.03 mval / l), Cl- 96мг / л (2.7 mval / l), SiO2 12.3 мг / л, вільний CO2 22мг / л (1mval / l), pH = 8.0 , карбонатна жорсткість 5.3 mval / l, загальна жорсткість 9.14 mval / l, загальний вміст суспендованих частинок 17.4 мг / л, загальна кількість твердого залишку 987 мг / л.

Рис.7 Спектри ІЧ поглинання відкладень з В (необроблена) і М (оброблена магнітним полем вода) контурів.

Рис. 8. Результат DTA досліджень для обробленої магнітним полем води: суцільна лінія - маса зразка як функція температури, опис ?m1, ?m2 і ?m3, наведені в тексті статті; пунктир - похідна маси по температурі.

Температура води була між 200C і 350C. Були досліджені відкладення з трьох 200 MW блоків. Результат дослідження був дивовижним. Виявилося, що всі три секції системи охолодження були чистими від інкрустацій протягом декількох місяців експлуатації, і лише мала кількість м'яких і легко видаляється відкладення було виявлено в вигнутих частинах труб. Отримані зразки відкладень були піддані комплексним фізичним дослідженням (вимірювання рентгенівської дифракції, IR, PIXE, DTA, SEM, а також питомої площі поверхні).

Таблиця 2 містить результати хімічного аналізу відкладень. Кількість CO2, зазвичай визначається у відкладеннях на станції, як правило складає 30% - 40%. У відкладах з води, обробленої магнітним полем, вимірювання проведені за звичайною методикою, дали практично нульовий результат. Дослідження виразно показали, що відкладення були накипними карбонатами. Іншим цікавим результатом була висока вологість, 19% в середньому і приблизно 20% кристалізуватися води у висушених зразках відкладень з трьох блоків. Спостерігається також більшу кількість Si і Mg в порівнянні з Таблицею 1. Результати аналізу для трьох блоків охолодження дуже близькі.

Контроль води і змісту CO2 у відкладеннях після MWT проводився двома незалежними способами. В якості іншого методу використовувався термогравіметричний аналіз (DTA) відкладень з Блоку 10 виконаний з використанням приладу Мётлера [Motler]. Крива 1 на малюнку 8 ілюструє залежність маси як функції температури. Втрата води (вологості) відбувається при 1400C і супроводжується зміною маси Dm1 »19%, втрата кристалізаційної води відбувається при 7500C і призводить до Dm1» 20% і втрати CO2, подальший нагрів в діапазоні 7500C - 8000C дає Dm1 »3%. Крива 2 ілюструє похідну зміни маси. Таким чином, при різних методах дослідження, у відкладеннях виявляється недолік карбонатів. Ймовірним поясненням малої кількості CO2, що виявляється методом DTA, може бути кристалізація карбонатів до входу в блок.

Таблиця 2. Результат хімічного аналізу відкладень, витягнутих з трьох 200 MW теплообмінних блоків Лазіскі [Laziska] електростанції після обробки води MWT пристроєм. Наводиться відносний вміст елементів.

Рис. 9. Картина рентгенівської дифракції для відкладень, витягнутих з промислового охолоджувача з MWT пристроєм (нижня крива) і без MWT (верхня крива).

Пара рентгенівських дифракційних зображень для відкладень без- і при магнітній обробці наводиться малюнку 9. MWT спектр був отриманий рентгенівським детектором з високим посиленням сигналу. Необроблена вода показала низький фон і сильні піки кристалічної фази, ідентифікованої як Mg-заміщений кальцит. Основна частина зразка, отриманого з обробленої води, була аморфною субстанцією з невеликою величиною міжатомних відстаней, що супроводжується високим фоном і двома широкими максимумами в сигналі зразка. Відображення, які виходять від кальциту, дали приблизно 5% повної інтенсивності.

Малюнок 10a являє ІК спектри, отримані за допомогою "Digilab" спектрометра з аналізатором гармонік. Крива 1 - відповідає чистому кальциту. Крива 2 - типовий спектр відкладень з води, обробленої магнітним способом. Подібно спектру М на малюнку 7, тут мається визначна збільшення смуги 1050 cm-1, обумовленої гидрозолей кремнезему, і з іншого боку, придушення смуг кальциту. Крива 3 демонструє адсорбційні властивості MWT відкладення після його обробки 5% розчином HCL (той же самий результат був отриманий з 1-молярної ацетатної кислотою). Головні особливості отриманого спектра ідентичні таким звичайного силикагеля, IR спектр якого наведено на малюнку 10b. Це дозволяє зробити припущення, що дана речовина є кремнеземом, який обумовлює спостережувані для MWT особливості. Невеликий пік міцного кальциту в області 850 cm-1 відзначаються в спектрі 2, а також на 1500 cm-1 і має приблизно 5% інтенсивності спектра 2. Коливання абсорбованої води в діапазоні 3200 - 3600 cm-1 - приблизно в 4 рази більш слабкі в кальциті, ніж на кривій 2, яка обумовлена ??високою концентрацією води у відкладеннях MWT. Пік на 3700 cm-1 обумовлений brucite. Зміни отримані після обробки MWT відкладення 5% HCl наступні: смуга 1550 cm-1 відповідна кальциту зникає, той же самий спостерігається для 3700 cm-1 смуги brucite. Смуги 1000 і 1100 cm-1 кривій 2 зміщуються приблизно до 1100 cm-1 і 1200 cm-1, що ймовірно пов'язано з полімеризацією гидрозолей кремнезему.

Питома поверхня, визначена для MWT відкладень склала 80 м2 / г. Це дуже високе значення, особливо для речовини, яка вже попрацювало як адсорбент. Така високорозвинена поверхня типова для силикагеля і підтримує висновок щодо критичної ролі кремнезему в MWT ефекті. Повертаючись до Таблиці 2 необхідно зауважити чудову ефективність сорбції магнітно активованого кремнезему: 23% (в середньому) кремнезему адсорбує приблизно 18% кальцію або магнію.

На малюнку 11 представлені порівняльні SEM фотографії досліджених речовин. Кристаліти чистого CaCO3 показані зліва, в середині - приклад open-work сфери CaCO3.H2O. Сфери, подібні до цієї, або закрито-упаковані сферуліти [spherulites] були отримані нами при проведенні лабораторних досліджень кінетики кристалізації карбонатів. Вони мали звичай кристалізуватися у воді з високою концентрацією магнію [20]. Вплив іона магнію на кристалізацію поліморфів CaCO3 недавно був досліджено в [21]. SEM фотографія справа на малюнку 11 демонструє приклад освіти аморфного відкладення в теплообміннику з магнітною обробкою води. Було проаналізовано велику кількість фотографій для MWT відкладень, всі вони мали подібний вигляд.

Рис. 10. Спектри Поглинання в інфрачервоній області спектра: (a) (1) нормальний масштаб з кальцитом, в якості головного компонента; (2) відкладення, вилучені після MWT - головний внесок від Ca-Mg золь кремнезему; (3) також як в (2) але після очищення з розчином 5% HCL; (B) спектр промислово виготовленого силикагеля.

Рис. 11. SEM фотографії: зліва - чистий кальцит; в центрі - моногідрокальціт у формі open-work сферуліта; праворуч - аморфний Ca-Mg кремнеземний гідрогель, MWT відкладення (див. текст) .5 Обговорення

Результати, отримані у великомасштабному експерименті і в промисловій практиці показують, що магнітна обробка води працездатна в промисловому масштабі. Ми не спостерігали заростання поверхонь теплообмінників, але лише виявляли малу кількість м'яких, аморфних відкладень. Спектри поглинання в інфрачервоній області спектра дозволили ідентифікувати склад цих відкладень, утворений гидрозолей кремнезему і цей факт - головний результат нашого вивчення. Необхідно звернути увагу на характерну лінію 1100 cm-1, що належить гидрозолей кремнезему, яка спостерігається при Фур'є-перетворенні інфрачервоного спектра отриманого осаду, після електромагнітної обробки води [22].

Той факт, що кремнезем був відповідальним за спостережуваний протинакипної ефект магнітної обробки природної води, має безперечну важливість. Кремнезем найбільш поширений природний матеріал і може зустрічатися в безлічі форм [23]. Промислово вироблений активний кремнезем (технічна номенклатура) є колоїдним гидрозолей кремнезему, який є важливим флокулянтом, використовуваним для підтримки процесів коагуляції. Активний кремнезем має короткий період працездатності і повинен переважно використовуватися протягом 2-3 днів [24]. Цей період дивовижно збігається з описуваної в літературі [2,10-13, 15] тривалістю MWT ефекту. Популярний силикагель - сильне адсорбуюче речовину. Ми припускаємо, що MWT кристалізації кальциту блокована тільки через адсорбції кальцію, магнію або інших металевих іонів «магнітно активізованим» кремнеземом. У ході подальшого обговорення ми постараємося пояснити, що мається на увазі під цим терміном.

Як це було згадано у вступі, природна вода повинна розглядатися як розбавлений колоїдний розчин. Явища, що зустрічаються в колоїдному водному розчині важкі для опису через їх складності і залежності ряду фізичних і хімічних параметрів. Як відомо колоїдні системи характеризуються електростатичними зарядами їх часток, щодо розчинника. Електричний подвійний шар поверхні розділу рідина-тверде тіло визначає електрокінетіческіе властивості системи. Стабільність або коагуляція колоїду залежить від електростатичного відштовхування проти міжмолекулярних сил тяжіння. Зовнішнє електричне поле або сили Лоренца в магнітному полі (як у випадку MWT) буде впливати на поведінку системи. Починаючи з першого теоретичного підходу Смолуховского [Smoluchowski] [25], кінетика коагуляції та електрохімії колоїдних розчинів була предметом інтенсивного дослідження. Дві статті [16,26] засновані на загальновизнаної теорії DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek) (Дерягин, Ландау, Вервье, Овербек) [27], обговорюють появу процесів, ініційованих в природній воді, що пройшла через магнітне пристрій. У статті [26] дію статичного магнітного поля на переміщаються розчини та суспензії Гамаянов [Gamayunov] розглядає як дія сили Лоренца викликає зміна (деформацію) електричного подвійного шару. Ця деформація веде до тимчасового зменшення бар'єру відштовхування і, отже, до збільшеної тенденції коагуляції дисперсних частинок. Концепція вище названого автора, пояснює ефект магнітного поля на коагуляцію і седиментацію (осідання) в суспензіях крейди.

Недавня стаття Lipus і співавторів [16] представляє розвиток моделі поверхневої нейтралізації як одного з можливих механізмів управління величиною масштабу MWT. Нейтралізація може відбуватися через зсувів іонів з основної частини розчину до поверхні частинки. Іонну зміщення обумовлене силою Лоренца збалансовано силою в'язкості. Згідно [16], Лоренц зміщення іона описується:

де e - заряд електрона, z - іонна валентність, h - в'язкість води, r - іонний радіус, B - індукція магнітного поля, t - час перебування в MWT влаштуванні та n-швидкість потоку. Зміщення, розраховані для Bn = 0,2 V / m і t = 0,1 с, рівні 3,4 нм і 5,3 нм для Ca2 + і Mg2 + відповідно, у той час як для HCO-3 лише 0,9 нм. Іонні зміщення стануть суттєвими в поблизу твердих поверхонь, де вони можуть конденсуватися в адсорбційному шарі Штерна, відомому як дифузний шар.

Автори стверджують, що зміщуються протівоіони залишаться адсорбованими в шарі Штерна протягом тривалого часу (навіть протягом днів) залежно від ступеня нейтралізації. (Це було фактично обгрунтовано методом AFM в [12], коли експозиція в магнітному полі ущільнювали (розширювала?) Адсорбційний шар; це явище пояснювалося як обумовлене адсорбцией гідратованих іонів.) Остаточний висновок був зроблений про те, що протинакипних ефект можливо викликаний прискореної коагуляцией накип -їхнім виокремленням часток протягом і після MWT.

Ми думаємо, що моделі, цитовані вище дають хороше підстава для нашого висновку щодо критичної ролі яку відіграє кремнезем. Хоча дві цитовані статті обговорюють ефект сил Лоренца, що діють на будь-яку колоїдну частинку, роль кремнезему так чи інакше унікальна. Кремнезем присутній у природному воді у формі крем'яних кислотних полімерів xSiO2.yH2O, які можуть легко еволюціонувати в іонну або колоїдне стан, і в форму колоїднихчастинок (SiO2) м діаметру до 1 мкм. Вміст кремнезему у воді лежить в межах від 1 мг / л (або менше) до 10 мг / л (або більше). У стабільному колоїдному розчині частинки кремнезему нейтральні (не активні) і мають міцелярно форму [24] зі структурною схемою:

Колоїдні частинки кремнезему мають значний негативний заряд [18,22-24] через наявність (SiO3) 2- аніонів, що виникають завдяки дисоціації ядер поверхні. Негативний заряд залишається незмінним в широкому діапазоні pH, і це характерне властивість, яка відрізняє частинки кремнезему від інших, легко перезаряджати колоїдних частинок. Існуючий дифузійний шар містить H + іони і інші позитивні іони, присутні в розчині (наприклад. Ca2 +, Mg2 +, ... і т.д.). У диффузионном шарі також присутні молекули H2O. Вони можуть так чи інакше орієнтуватися [28].

Негативний заряд, (revealed виявляється?) Дією сили Лоренца, повинен полегшити адсорбцію позитивно заряджених іонів або часток. Зсув іонів, викликане силою Лоренца з дифузійного шару в шар Штерна буде найбільшим для Ca- і Mg-катіонів, через їх малого відносини r / z. Згідно [16], відносне зміщення (пов'язане з довжиною дифузійного шару) оціненого для Ca2 + і Mg2 + іонів у внутрішній водопровідній воді були б 1,9 і 3 відповідно, в MWT пристрої Bnt величина була в чотири рази менше, ніж у нашого пристрою (див . Главу 2). Зміщуються катіони залишилися б адсорбованими на негативно зарядженої поверхні колоїдної частинки протягом тривалого часу [16]. Цей процес ймовірно достатньо сильний, щоб блокувати кристалізацію Ca- і Mg- карбонатів. Таким чином, під магнітною активацією ми маємо на увазі індуковану полем модифікацію дифузійного шару, яка підтримує адсорбцію катіонів колоїдними частинками. Наші результати показують, що цей процес особливо важливий для колоїдного кремнезему.

Інша зміна, яка може в цьому випадку відбуватися, є збільшенням імовірності коагуляції дисперсної системи. Ми знаємо, що сіль кремнезему і поверхню розділу води і кремнезему являють собою найскладніші системи [29], які вимагають для свого вивчення великих пересторог. Безсумнівно, що подальша експериментальна робота бажана для кількісного опису MWT протинакипних ефекту.

Нарешті, дозвольте нам порівнювати середні кількості суспензії і відкладень, витягнутих в нашому великомасштабному експерименті. Маса води, що тече через кожен електричний контур була 2500 т. Середнє значення сухого залишку, що залишається після випаровування 1 літра використовуваної води було 0.35 р Це дає більше ніж 800 кг суспензії, яка перекачувалася кожним контуром протягом чотирьох місяців. Вміст кремнезему у воді було 10 мг / л, в сумі це 25 кг кремнезему. Формування вуглекислих відкладень при помірних температурах (до 300C) уповільнювало процес, оскільки всього лише 190 г кальцитових відкладень було витягнуто з контуру після чотирьох місяців експлуатації. Це означає, що для захисту від накипформування досить активізувати лише малу частину кремнезему у воді.

У резюме ми представили результати великомасштабного експерименту та індустріального застосування магнітогідродинамічної обробки води. Завдяки значній тривалості та належної реалізації обробки виявився безсумнівний протинакипних ефект. Аморфний м'який депозит, витягнутий з MWT був ідентифікований як обумовлений гидрозолей кремнезему. Виявилося, що кристалізація кальциту була блокована через сильну адсорбції кальцію та інших іонів металу на магнітним способом активізованому кремнеземі. В результаті аморфні Ca-Mg гідрозолі кремнезему утворилися в процесах адсорбції та коагуляції. Ми припускаємо, що колоїдний кремнезем був активізований допомогою сили Лоренца, индуцирующей конденсацію шару Штерна, в розрахунку дифузійного шару [16].

Щоб запобігти утворенню накипу в системі було необхідно активізувати тільки малу фракцію знаходиться у воді кремнезему.

Ми хотіли б висловити нашу щиру подяку команді «Energopomiar» хімічному відділу в Gliwice, Польща за виконання хімічних досліджень та за плідну співпрацю. Дякуємо за допомогу і добре ставлення директора і технічного керівника Laziska електростанції. Ми дуже вдячні нашим колегам, J. Sciesinski і A. Bajorek за вимірювання IR поглинання і рентгенівські дослідження зразків. Дякуємо за додаткові виміри та обговорення результатів з науковими колективами професора М. Handke і професора С. Hodorowicz.

Спеціальна подяка професору JMD Coey за допомогу при роботі з текстом і обговорення.

References

1. Th. Vermeiren, Corrosion Technol. 5, 215 (1958).

2. V.I. Klassen, Dokl. Akad. Nauk SU 166, 1383 (1966); Omagnicivanije vodnych sistem (in Russian) (Ed. Chimija, Moskva, 1978); in Developments in Mineral Processing (Elsevier, NY, 1981), Part B, Mineral Processing, p. 1077.

3. K.J. Kronenberg, IEEE Trans. Magn. 21, 2059 (1985).

4. E.F. Tebenihin, B.T. Gusev, Obrabotka vody magnitnym polem v teploenergetike (Ed. Energija, 1970).

5. N.N. Kruglitskij, G.A. Kataev, B.P. Zhantalay, K.A. Rubezhanskij, A.A. Kolomec, Kolloid. Zh. 47, 493 (1985).

6. S.A. Parsons, B.L. Wang, S. Udol, S.J. Judd, T. Stephenson, Trans. IChemE (part B) 74, 98 (1997).

7. I.J. Lin, J. Yotvat, J. Magn. Magn. Mater. 83, 525 (1990).

8. V.G. Levic, Uspekhi Fiz. Nauk 88, 787 (1966) (in Russian).

9. O.T. Krylov, I.K. Vikulova, V.V. Eletsky, N.A. Rozno, V.I. Klassen, Coll. J. USRR 47, 31 (1985).

10. K. Higashitani, K. Okuhara, S. Hatade, J. Colloid Interface Sci. 152, 125 (1992).

11. K. Higashitani, H. Iseri, K. Okuhara, A. Kage, S. Hatade, J. Colloid Interface Sci. 172, 383 (1995).

12. K. Higashitani, J. Oshitani, J. Colloid Interface Sci. 204, 363 (1998).

13. J. Oshitani, R. Uehara, K. Higshitani, J. Colloid Interface Sci. 209, 374 (1999).

14. Anti-scale Magnetic Treatment and Physical Conditioning, Proc. MAG 3 (Ed. S. Parsons, Cran_eld University, 1999), ISBN - 1 86194 010 6.

15. J.M.D. Coey, S. Cass, J. Magn. Magn. Mater. 209, 71 (2000).

16. L.C. Lipus, J. Krope, L. Crepinsek, J. Colloid Interface Sci. 236, 60 (2001).

17. V.C. Farmer, The Infrared Spectra of Minerals (Mineralogical Society Monograph 4, London, 1974).

18. W. Eitel, The Physical Chemistry of the Silicates (The University of Chicago Press, 1954).

19. A. Szkatul / a et al., Magnetohydrodynamic method of water treatment, European Patent No. 0241 090 B1, Cl. C02F 1/48.

20. A. Szkatul / a et al., In preparation.

21. M. Kitamura, J. Colloid Interface Sci. 236, 318 (2001).

22. M. Colic, D. Morse, Langumir 14, 783 (1998).

23. R.K. Iler, The Chemistry of Silica (Wiley, New York, 1979).

24. L.A. Kulskii, Theoretical Bases and Technology of Water Conditioning (Ed. Naukova Dumka, Kiev, 1980) (in Russian).

25. M. Smoluchowski, Phys. Zeit. XVII, 557 {571; 587 {599 (1916).

26. N.I. Gamayunov, Kolloid. Zh. 56, 290 (1994); English Translation: Colloid. J. 56, 234 (1994).

27. R.J. Hunter, Introduction to Modern Colloidal Science (Oxford Science Publications, New York, 1996).

28. Q. Du, E. Freysz, Y.R. Shen, Phys. Rev. Lett. 72, 238 (1994).

29. V.V. Yaminsky, B.W. Ninham, R.M. Pashley, Langumir 14, 3223 (1998).

[1] PIXE (Proton Induced X-ray Emission) індукування протонів під впливом рентгенівського випромінювання

[2] AFM - atomic force microscope

[3] kOe - kOersted = Oersted ? 103 (79.58 * 103А / м = 10-1Тл)

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка