Получение мелких зерен при осаждении из раствора (MgCO3, Mg(OH)2 или похожее)

[user2022]

В 11.01.2024 в 04:39, dmr сказал:

в нелабораторных условиях. Внешний равномерный нагрев мелкого порошка, очень затруднен, за счёт плохой теплопроводности между частицами 

 

Тут запекать пока есть электричество можно в самодельной печке сопротивления из нихромовой или фехралевой проволоки на нарезаных из шамотного кирпича пластинах (ну снаружи это можно временно теплоизолировать пенобетоном или на подольше скорее мелким керамзитом). Но т.к. макс рабочая температура таких проволок около 1300ц - там лучше получать только где-то 1000..1200ц. И чем горячее тем обычно потерь грева больше и требования и к внутреннему слою теплоизоляции и к толщине выше. Пенобетон терпит около 1200ц сколько-то часов и потом рассыпается в куски. Потому из него можно складывать только какой-то весьма наружний холодный слой. 

 

Все остальное не_электрическое в хозбыте или еще сложнее и дороже или дает заметно меньше 1000ц. Пропановые горелки дорогие по топливу и угольные горны тоже имеют большой расход при поддуве.

 

По старым умным книжкам оптимальная температура запекания MgO порядка 1300ц. Если получится убавить к 1000ц хотя бы - уже будет сильно лучше. 

 

Если бы мелкие порошки очень плохо прогревались - из них бы делали терпимый теплоизолятор в стройках. А тут толщина изделия может порядка 3..5 мм всего будет под запекание - и время от часов. 

 

В 11.01.2024 в 11:10, eulenspiegel сказал:

Спекаться будет лучше. Правда, повлияет на свойства готового изделия

 

Тут для улучшения спекаемости и далее может припайки (усиленой диффузии) стеклом к оксидированой стали уже планировалось добавка легкоплавких стеклообразующих оксидов (силикатный клей на воде или даже крошево промышленых стекол гражданских др). Но надо подбирать пропорцию в общую смесь или даже делать припайку стеклом в отдельном этапе. Тут еще очень везет что диод очень низковольтный - скорее меньше 1 вольта. При рабочем токе в амперы. Потому если изолятор будет при рабочей температуре около 1000ц иметь хотя бы 50..100 Ом - там уже утечка полезного тока будет весьма скромной. Просто легкоплавкие стекла типа натриевых уже вроде весьма проводящие в весьма жидком виде и будут сколько-то портить сопротивление тоже. Зато будут сильно лучше все герметизировать и может даже сглаживать напряжения от остаточной разницы ТКЛР. Вообщем определенный остаток натриевых оксидов допустим - но сколько точно надо будет исследовать.

 

Общий вопрос темы скорее физический про растворы - как вообще определяется размер зерен не_растворимого вещества при начале в идеальном молекулярном и весьма высокой концентрации растворе.

 

Там предполагается так:

Есть 4 вида ионов среди молекул растворителя. 2 пары ионов могут быть притянуты электростатикой. 1 пара дает типа не_растворимое вещество и должна слипаться в стабильную молекулу. Дальше эта молекула в теории уже может падать в осадок. Но практически начинается скорее кристализация из перенасыщеного раствора не_растворимого вещества и на каком-то размере кристалов они перестают расти уже. И скорее этот размер линейно где-то в милион раз больше одной молекулы. Если размер конца роста кристала определен какой-то строгой физикой (типа избыток энергии палает ниже какого-то порога и растворитель уже может препятствовать налипанию новых молекул ?) то повлиять на размер зерен осадка трудно. Если там можно растущие зерна чем-то еще обволакивать успевать чтобы остановить рост зерен - это уже лучше. Может на 1..2..3+ десятичных порядка можно уменьшить падающий размер зерна. Может надо делать осадку из весьма разбавленых растворов и еще более горячих (в горячем обычно растворимость больше ? т.е. разделяющая зерна способность растворителя выше ? или просто средняя скорость движения молекул больше и им труднее устроить слипание ?). 

Изменено 11 Января, 2024 в 10:05 пользователем user2022

[eulenspiegel]

В 11.01.2024 в 11:20, москатель сказал:

Почему?

переход от твердофазного спекания к жидкостному.

 

В 11.01.2024 в 11:20, москатель сказал:

Как? Я, так полагаю, сульфонафталин "просто не сдастся" - не улетит, как простой углеводород, а будет коксоваться.

Здесь полностью согласен.

 

В 11.01.2024 в 11:20, москатель сказал:

Опыт у Вас есть?

В том и дело, что есть)) Правда с обратной стороны. К стиральным порошкам добавляют компоненты-диспергаторы, которые не позволяют солям жесткости образовывать крупные агрегаты на поверхности нагревательных элементов стиральных машин. Определение эффективности работы подобного диспергатора - титрование раствора кальцинированной соды уксуснокислым кальцием, до появления помутнения, т.е. чем меньше размер образующихся частиц тем эффективнее работает диспергатор.

 

В 11.01.2024 в 11:20, москатель сказал:

скорее умозрительный. У применения солей полиакрилатов в ЛКП для "предотвращения слипания" имеются нюансы.

Вполне возможно. Однако, конкретно полиакрилат натрия я привел в пример из реально существующего рецепта.

[eulenspiegel]

В 11.01.2024 в 13:03, user2022 сказал:

Может надо делать осадку из весьма разбавленых растворов и еще более горячих (в горячем обычно растворимость больше ? т.е. разделяющая зерна способность растворителя выше ? или просто средняя скорость движения молекул больше и им труднее устроить слипание ?).

Вы, в общем-то, сами ответили на свой вопрос)) для предотвращения слипания частиц и затруднения их роста  можно попробовать немного увеличить вязкость раствора, правда это затруднит их седиментацию.

[москатель]

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

переход от твердофазного спекания к жидкостному

Вы хорошо знакомы с процессами запекания керамики? 

    *Из своего опыта. Взбрело какому-то инженеру в голову сделать микропаяльник. И непременно спиралька должна быть керамикой покрыта. Мне, как молодому спихнули. Я пытался апеллировать к логике: есть же керамическая лаборатория - пусть они и парятся! Но, я ж молодой был, а тётеньки в керамической лаб - пожилые. Я вспомнил про знакомых девушек с эл/завода, работавших с керамикой. Они дали мне. Биндер. Но, предсказали проблемы с запеканием - ступенчатое и очень-очень строгое! ХА! Молодость самонадеянна. Но, сколько я ни бился, наш термошкаф из-за инерции нагрева не мог выполнить режим, завещанный девушками. И паяльнички лопались - трескались. Через много лет я по другому уже глядел на работы с керамическими массами. Но, увы, глядел. 

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

Правда с обратной стороны.

Правда часто бывает не с той стороны, с которой хочется. ТПФ, наверное, применяли? Его в ЛКП тоже диспергатором зовут из-за электростатического отталкивания частиц. А что бы частицы не вздумали

 

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

образовывать крупные агрегаты на поверхности нагревательных элементов стиральных машин

я бы и применил уже указанные мной стабилизаторы. Но, хотя в описанной Вами проблеме

 

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

Определение эффективности работы подобного диспергатора

через 

 

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

титрование раствора кальцинированной соды уксуснокислым кальцием, до появления помутнения,

сомнительно, у автора другая задача - наоборот осадить. В Вашем случае - идеально было бы, чтобы частички вообще не садились, а плавали. А как - это уже другая тема. 

 

11.01.2024 в 14:29, eulenspiegel сказал:

конкретно полиакрилат натрия я привел в пример из реально существующего рецепта

Ну, я много смешных рецептов встречал. Нам как-то попалась дисперсия АК, с оттитрованным количеством СООН таким, что вкупе с её известной ММ, получалось, что при нейтрализации - образуется мыло-олигомер. Попробовали - блеск! И в прямом смысле тоже: покрытие поблёскивало. ГЛБ ПАВ получился удачным. А обычные полиакрилаты натрия - скорее, как загустители шли. Общее у них - чувствительность к Са солям (мел, например, "пережжённый"). По значению ГЛБ их скорее к эмульгаторам, что ли отнести - асимметрия у них сложная, но явно не аналог мыл.

[eulenspiegel]

В 11.01.2024 в 14:10, москатель сказал:

ТПФ, наверное, применяли?

В связи с экологическими требованиями от ТПФ отказываются, его использование приводит к эвтрофикации водоёмов. Применялись и применяются как раз сополимеры акриловой кислоты.

 

В 11.01.2024 в 14:10, москатель сказал:

Вы хорошо знакомы с процессами запекания керамики? 

Более чем. Причем именно магнезитовой. Правда не на производстве, а в лаборатории.

[user2022]

Еще про остатки растворимых ионов и др после осаждения - твердый и не_растворимый осадок потом долго отмывают чистой водой от остатков (ионов) исходных растворимых веществ (натрия, сульфата и др). Поэтому временно используемая для образования мелких зерен химия также может быть существенно отмыта. Так понимаю после существенного уменьшения количества атомов не_растворимого вещества в окружающей воде потом уже зерна хотя бы в чистой воде больше не_смогут слипаться в более крупные и дальше увеличивать размер даже если отмыть от них слой защитного мыла (натриевого или др химии).

 

Следующая операция до вылепливания формы под окончательное спекание еще разложение гидроксида магния или карбоната до MgO нагреванием - там с одной стороны возможно как и дополнительное дробление зерен при выходе газа так и частичное спекание от повышеной температуры. 

 

Разложение гидроксида магния вроде при около 350ц всего и карбоната уже при 650ц - если годно мелкие зерна еще мало спекаются при 650ц (за время разложения) то особой разницы что осаждать может быть мало (хотя свойства молекул гидроксида и карбоната при взаимодействии с водой и помогающим мылом могут быть разные тоже). Дешевле осаждать содой, дороже гидроксидом (натриевым ?). Сода дает более стабильное pH во всех частях осадочного реактора и щелочь сильно колеблющееся (от сильно щелочного где еще налит раствор чистой щелочи до более нейтрального где щелочь уже выжрана молекулами в осадок) - это может тоже влиять на работу помогающего в дроблении мыла. 

 

Также температуру разложения можно попробовать сколько-то понизать проведением разложения при низком давлении (но надо смотреть на выигрыш по произведению температуры на время - может от большего времени опять MgO начнет излишне спекаться даже при ниже 650ц для случая карбоната).

 

Изменено 12 Января, 2024 в 11:19 пользователем user2022

[москатель]

12.01.2024 в 15:19, user2022 сказал:

про остатки растворимых ионов и др после осаждения

Вы, видимо, раздумывали: введённое мыло всё равно уйдёт с водой (как сода и едкий натр) - зачем применять аммонийное мыло? Можно, дескать, не заморачиваться и обычное Na -евое использовать? И дальше мысль пошла: так получим мелко дисперсный порошок с помощью этого мыла, а потом оно отмоется вместе с содой и пр ионами - останется ли прежней дисперсность? Так?

Так вот: мыло - это не обычная соль. Оно в воде почти не растворимо. Натрий стеарат ~ 0,7, что ли % в воде растворяется. Работает мыло во-первых, не в виде истинного раствора, а коллоидом и (что самое главное!!) сосредотачивается почти всё на поверхности раздела фаз. В коллоидном растворе мыла ~1%-ном в растворе мыла-то почти нет. Почти все молекулы по поверхностям раствора, контактирующим с воздухом и стенками сосуда. Более концентрированные растворы мыла образуют мицеллы - раствор мутный и видится, что мыло "растворилось". При образовании порошка (я же писал про турбулентный режим не зря!) мыло сядет на поверхности частиц. 

И хрен его с поверхности сгонишь! Даже промывкой. Я пробовал образцы мела мелкодисперсного, обработанного стеариновой (или стеаратами) растворить в крепкой уксусной - не шипит! Только в крепкой соляной пошло. И грел. Так что я аммонийный вариант мыла не просто так рекомендовал - проверено опытом. Порошки, обработанные Na -мылом при термообработке "держали" его до 300 ⁰С (не помню точную температуру). А аммонийные варианты улетали и при 90⁰С (хотя в спецлитературе утверждается, что при 110).

Брать надо 1-1,5% от массы порошка (больше - не значит лучше).

Изменено 12 Января, 2024 в 12:18 пользователем москатель

[user2022]

В 12.01.2024 в 15:14, москатель сказал:

мыло - это не обычная соль. Оно в воде почти не растворимо.

 

А как тогда мыло успеет долететь (откуда то ?) до поверхности растущего зерна гидроксида/карбоната если там скорость выпадения молекул карбоната/гидроксида при смешении молекулярных ионных растворов овер большая ? Или у поверхности растущего зерна успевает происходить локальное обеднение раствора молекулами гидроксида/карбоната и туда как-то должны (откуда то ?) приползти молекулы мыла и облепить растущую частицу чтобы на нее перестали липнуть новые молекулы гидроксида/карбоната ? Может таки лучше использовать более молекулярно растворимую добавку чтобы ее молекул в растворе было достаточно много по весму объему раствора и они могли быстрее добегать до поверхности растущих зерен ? Граница растущего из падающих молекул зерна тоже слабо похожа на поверхность раздела фаз - ну пусть так примерно будет.

Изменено 12 Января, 2024 в 14:49 пользователем user2022

[москатель]

12.01.2024 в 18:48, user2022 сказал:

Граница растущего из падающих молекул зерна тоже слабо похожа на поверхность раздела фаз

Почему слабо похожа? Она и есть граница - водный раствор/кристалл

 

12.01.2024 в 18:48, user2022 сказал:

А как тогда мыло успеет долететь (откуда то ?) до поверхности растущего зерна гидроксида/карбоната если там скорость выпадения молекул карбоната/гидроксида при смешении молекулярных ионных растворов овер большая ?

Хм. По типу или характеру вопросов, которые у Вас возникают, Вы очень похожи на моего иногороднего партнёра. Он человек очень восприимчивый ко всяким новациям и научным кунштюкам, математик по образованию. Но, когда он задаёт вопрос, вроде Вашего

 

12.01.2024 в 18:48, user2022 сказал:

А как тогда мыло успеет долететь (откуда то ?) до поверхности растущего зерна

я просто теряюсь. Для меня теоретические обоснования некоторых процессов отошли глубоко куда-то в память, вытесненные практическим опытом не одной сотней аналогичных случаев. Преподаватель из меня не получился и я со своим партнёром пережил немало разно окрашенных взаимоотношений. На почве вот такого "пережёвывания" процесса. Понимаю, что, наверное, собеседнику просто хочется мысленно процесс представить. Но, объяснить, пользуясь его категориями и доступными ему представлениями, зачастую неможно)

Я подумаю. А Вы, может, по другому, что ли вопросы (мысли) скомпонуете? Что Вам непонятно, в чём сомнения - я не понял.

[dmr]

12.01.2024 в 19:48, user2022 сказал:

как тогда мыло успеет долететь (откуда то ?) до поверхности растущего зерна гидроксида/карбоната если там скорость выпадения молекул карбоната/гидроксида при смешении молекулярных ионных растворов овер большая ?

Действительно очень красочный вопрос)))

Мыло же , хоть и сказали мало, но растворимо же. И в смысле истинного раствора, и в смысле коллоидного. А это значит оно равномерно распределено изначально и при смешивании растворов, оно "долетает" одновременно с карбонат/гидрокарбонат ионом