Структурообразовательные процессы в сырой массе ТПМ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЙ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ -РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Тэы 233 1974

СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЫРОЙ МАССЕ ТПМ

С. и. смольянинов, Г. г. криницын, Т. в. купчикова

(Представлена научно-методнческнм семинаром ХТФ)

Влажная переработанная торфомасса является типичным коллоидным веществом, что проявляется, в частности, в способности к образованию коагулядионных структур В зависимости от различных факторов характер этого процесса изменяется, что позволяет 'воздействовать на строение торфяных материалов, добиваясь повышения -их механических качеств. Одним из методов воздействия на торфяной материал с целью упорядочения его структуры является введение во влажную тор-фомассу порошкообразных материалов.

В данной работе приводятся результаты исследования торфомассы при введении в нее мелкодисперсных окислов железа.

Для испытаний ,был взят торф Таганского месторождения со степенью разложения 120—125% и исходной влажностью 83,5—87%. Из него был'и приготовлены 2 пробы, первая ¡представляла собой торфомассу без добавок, вторая — смесь торфа с окисью железа. Размеры частиц окиси железа не ¡превышали 0,1 мм.

О протекании структурообразовательных процессов судили по изменению предельного нашряжения сдвига, которое измерялось методом конического пластометра.

Измерения проводились с интервалами в 24 часа и показали, что в первый момент после приготовления лроб величина (предельного напряжения сдвига в том и другом случае отличается несущественно. С течением времени его значение для торфа с добавками существенно возрастает, в то время как торфомасса, свободная от примесей, меняет свои пластические свойства в значительно меньшей степени. Результаты измерений сведены в табл. I.

Обработка результатов показала, что при введении в торфомассу мелкодисперсных окислов железа скорость процесса структурирования резко возрастает. Если для торфа без добавок скорость структурирования максимальна в .первый момент после ¡переработки, то в присутствии окиси железа максимум скорости структурирования наблюдается после выдержки смеси в течение 24—36 часов.

Для определения времени начала развития структурной сетки в смеси торфа с окислами железа были предложены измерения предельного напряжения сдвига с интервалом в 15 минут, на протяжении 2,5 часов. В результате начальный момент развития коагулядионной структуры в смеси торфа с окислами железа отнесен к 90-4120 мин. с момента смешения.

Таблица I

Предельное напряжение сдвига (В—сырой торфяной массы (ш = 83,7%)

\ СМ'

и смеси ее с окисью железа (10% окиси железа) при температуре 20° С

Время (часы,)

0,4

24

48

72

168

15,48 153,00

Т а б л и ц а 2 84,3%)

Время (часы) 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

Торф с окисью железа 9,0 5,5 10,3 6,9 6,2 8,8 7,5 13,7 9,3 18

Значительное увеличение структурирования а присутствии окислов железа может быть объяснено их химическим взаимодействием с активными веществами, входящими в . состав торфа, что приводит к повышению концентрации многовалентных 'ианав б системе. В случае справедливости этого предположения повышение температуры смеси должно привести к интенсификации'процесса коагуляции.

Для проверки смесь торфа с окисью железа 'выдерживалась при температурах 20° и 50° при неизменной влажности в течение пяти* суток. Измерения предельного напряжения сдвига производились с интервалами в 12 часов. К моменту измерения для исключения влияния изменения вязкости температура массы доводилась до 20°С. Результаты измерений сведены в табл. 3.

Таблица 3

Предельное напряжение сдвига (б-—| смеси торфа (ш — 86,4%)

\ СМ'!

с окисью железа (ТПМ) в зависимости от времени при 20 и 50° С

Торф 5,28 8,27 6,16 11,01

Торф с окисью железа 2,89 49,80 57,6 129,00

Предельное напряжение сдвига —1 смеси торфа (ш

см-

с окисью железа при температуре 20° С

Время (часы) 24 48 60 72 84 96 108

(<) смеси при 20° С <3 смеси при 50° С 4,0 7,8 3,5 6,3 2,4 7,7 3,1 11,8 6,5 14,4 19,2 29,5 29,7 46,3

Так как рост'предельного напряжения сдвига торфомассы обусловлен увеличением числа коагуляционных контактов в системе и пропорционален ему, то справедливо предположить, что величины, полученные при изменении 0, прямо пропорциональны концентрации коагулированных частиц в массе, т. е. С = в. При таком допущении процесс, протекающий в смеси по аналогии с уравнением химической реакции

первого порядка, может быть представлен в виде — =Кв п»

с1т

где

/( — константа скорости реакции; п— порядок реакции; т — время.

11 рол о г а р и ф м и р о-в а в, п о л учи М

йх

Подставив в это уравнение величины В, полученные экспериментально, получим возможность вычислить константу скорости реакции, определяющей процесс, и значение порядка реакции.

При расчете ¡получены следующие значения: для температуры 20°С /{ = —4,82; для температуры 50°С /С——3,56. Значение порядка реакции близко к первому. На основании этих данных можно рассчитать энергию активации процесса структурирования по уравнению

Т, Т3

При подвтавлении в уравнение найденных величин получим значение энергии активации, равное 16 400 ккал/моль,

Выводы

1. Добавки окислов железа приводят к интенсификации процесса структурирования в сырой торфомассе.

2. Основные кинетические характеристики процесса могут быть подсчитаны по аналогии с химическими реакциями первого порядка.