Вода всегда содержит примеси. Даже предельно чистая вода, тщательно сохраняемая, быстро их приобретает, растворяя, казалось бы, нерастворимые стенки сосудов. Загрязнена и дистиллированная вода, не говоря уже о природной или технической.
Вода всегда содержит примеси. Даже предельно чистая вода, тщательно сохраняемая, быстро их приобретает, растворяя, казалось бы, нерастворимые стенки сосудов. Загрязнена и дистиллированная вода, не говоря уже о природной или технической.
До последнего времени воду рассматривали как равновесную систему. При снятии внешних воздействий все вызванные ими изменения структуры и свойств воды должны немедленно исчезнуть (за 10-9 с), и система должна самопроизвольно вернуться в исходное состояние. Однако многочисленные экспериментальные данные •последнего десятилетия свидетельствуют о неправомочности такого мнения. Для осмысливания магнитной обработки водных систем этот вопрос является принципиальным. От его решения зависит возможность применения законов термодинамики равновесных систем для анализа процесса магнитной обработки (иногда эти законы произвольно применяют), а также теоретическое обоснование последействий магнитной обработки воды.
Вода обладает многими ярко выраженными аномальными свойствами. Все они являются следствием особенностей структуры воды и развитости в ней водородных связей. Плавление твердой воды (льда) сопровождается не расширением, как для подавляющего большинства веществ, а сжатием. Аномально изменение плотности воды с повышением температуры: при ее возрастании от 0 до 4 °С плотность увеличивается, при 4 °С она достигает максимальной величины и только при дальнейшем повышении температуры плотность воды начинает уменьшаться. Зависимость теплоемкости воды от температуры также имеет экстремальный характер. Минимальная теплоемкость достигается при 34,5 °С, что вдвое превышает теплоемкость льда (при плавлении других твердых тел теплоемкость изменяется незначительно). И вообще, удельная теплоемкость воды аномально велика. Она равна 4,2 Дж/(г-К), в то время как, например, теплоемкость спирта равна 0,14 Дж/(г-К). Вязкость воды в отличие от вязкости других веществ возрастает с повышением давления в интервале температур от 0 до 30 °С. Вода имеет температуры плавления и кипения, значительно отличающиеся от этих температур других гидратных соединений, соразмерных с водой. Воде свойственна также исключительно высокая диэлектрическая проницаемость, обусловливающая большую ее растворяющую способность.
В основе многочисленных приемов практического использования магнитной обработки водных систем лежат, естественно, определенные изменения их физических и физико-химических свойств. Выявлению таких изменений посвящено большое число исследований как в нашей стране, так и за рубежом. Следует отметить, что идеально чистую воду, как правило, не изучали. Опыты проводили с бидистиллятом, дистиллятом, технической водой, искусственными растворами, суспензиями и биологическими системами. Эти исследования были сопряжены с большими трудностями. Прежде всего, изменения свойств гомогенной жидкой фазы водных систем часто весьма невелики. Это, конечно, не предопределяет невозможность достижения существенных конечных эффектов. Усиление и стабилизация малых начальных изменений свойств могут происходить с помощью промежуточных механизмов, во много раз увеличивающих эти изменения. В подавляющем большинстве случаев такое усиление свойственно гетерогенным системам и фазовым переходам. Например, малейшее стимулирование образования кристаллов может вызвать лавинную и необратимую кристаллизацию в объеме, со всеми вытекающими из этого технологическими последствиями. Небольшое уменьшение степени гидратации поверхности твердых частиц в определенных условиях может привести к их массовой коагуляции, существенному улучшению фильтрования и др.
Изучение влияния электромагнитных полей на оптические свойства водных систем представляет большой интерес не только потому, что они являются одной из физических характеристик системы, но и потому что оптические свойства воды можно измерять при минимальных на нее воздействиях и с минимальным риском изменения этой лабильной системы в процессе измерения.
Причины такого несоответствия результатов, полученных в различных лабораториях, очевидно связаны с неконтролируемым присутствием в воде поверхностноактивных веществ, которые могут попадать из воздуха.
Известно множество процессов, теоретическое обоснование которых было сделано только через несколько десятилетий после того, ■ как они нашли широкое и успешное практическое применение. Накопленных простых эмпирических зависимостей оказывается достаточно для устойчивого получения желаемых результатов. Во многих же случаях отсутствие теории сдерживает практическое применение полученных результатов. К такого рода проблемам относится и проблема изменения свойств водных систем после кратковременного воздействия на них относительно слабых электромагнитных полей. Мы многократно отмечали, что часто в лабораторных условиях достигаемые эффекты отличаются неустойчивостью, остаются неизвестными приемы стабилизации и оптимизации процесса, методы расчета аппаратов для магнитной обработки водных систем.
Исходя из самых общих соображений, механизм воздействия электромагнитных полей на водные системы можно связать с явлениями резонансного типа [119]. Молекулы воды, их ассоциаты, как и гидратированные ионы, совершают беспрерывные колебательные движения, которым соответствует определенный энергетический уровень. При воздействии на эту систему поля оптимальной частоты возможен резонанс с определенной группой молекул и ассоциатов с возникновением квантов энергии, способных деформировать связи, изменить структурную характеристику системы (в объеме, в сольватных оболочках).
Все перечисленные обстоятельства сильно осложняют технику лабораторных экспериментов. Она в данном случае должна быть не только точной, но и весьма специфичной (особенно обязательна защита от внешних наводок, этого еще никто не делал). Но современной науке свойственно преодоление и больших экспериментальных трудностей.
Аппараты ПМУ-1, серийно выпускаемые только заводом им. Войкова, состоят из трех—пяти однотипных, последовательно соединенных чугунных секций (рис. 39). Кольцевой зазор между постоянными магнитами и корпусом составляет 2,5 мм. Напряженность магнитного поля (максимальная) в первой секции 87,6 кА/м (1100 Э), в остальных четырех по 143 кА/м (1800 Э). Скорость воды 1—2 м/с, производительность 2—7 м3/ч. В 1963 г. этот завод выпустил 30 аппаратов, в 1977 г. выпуск этих аппаратов достиг 65 тыс. штук. Стоимость одного аппарата 26 руб.
Обобщая опыт эксплуатации аппаратов в промышленных условиях, можно составить следующие рекомендации, позволяющие получать устойчивые положительные результаты [12, 19, 34, 60, 131].
Для стабильного получения лучших практических результатов электромагнитной обработки водных систем, с учетом неизбежности изменения во времени различных условий, необходим непрерывный контроль эффективности действия аппарата. В идеальном случае необходима обратная связь между показанием датчика, установленного после аппарата, и устройством, автоматически регулирующим режим магнитной обработки (например, устройством, оптимизирующим напряженность магнитного поля). Не менее важна индикация эффекта магнитной обработки в исследованиях, а также в пусковой период промышленных аппаратов.
Известно много убедительных примеров эффективного применения омагничивания водных систем в различных отраслях промышленности: химической, горной, металлургической, строительных материалов, а также в сельском хозяйстве и медицине. Столь широкое применение этого метода иногда даже рассматривается как «довод» против достоверности публикуемых результатов. Между тем, главной причиной разнообразия областей применения омагниченной воды является ее важная, активная роль и беспрецедентно широкая распространенность воды в промышленных и биологических процессах.
Отложения различных солей на стенках теплоэнергетических и других аппаратов приводят к резкому снижению эффективности их работы и частым остановкам для очистки. Общий механизм отложения накипи и других инкрустаций заключается в возникновении и дальнейшем росте на твердых поверхностях кристаллов веществ, находящихся в растворе. Выделение кристаллов на стенках аппаратов происходит в том случае, если вблизи них находится пересыщенный раствор. Магнитная обработка воды позволяет устранить пересыщение, поскольку выделение растворенных солей провоцируется в объеме воды. Недостаточный отвод тепла часто оказывает влияние и на весь технологический процесс, например приводит к снижению производительности агрегатов синтеза аммиака.
Флотационный метод обогащения полезных ископаемых имеет огромное промышленное значение. С его помощью получают все сырье, из которого затем извлекают большинство элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Ежегодно в Советском Союзе подвергают флотационному обогащению сотни миллионов тонн руд и углей. В основном технология флотационных фабрик хорошо налажена и стабильна; в некоторых же случаях она неустойчива, что обусловлено колебаниями качества руды и невысокой культурой производства. Эффективность флотации зависит от степени извлечения ценных компонентов в кондиционные концентраты, скорости (производительности) процесса и др. Вследствие огромного масштаба производства малейшее повышение извлечения дает большой технико-экономический эффект.
Выделение из воды тонкодисперсных твердых взвесей их коагуляцией и фильтрованием широко применяют во многих технологических процессах — в различных химических и металлургических производствах, при обогащении полезных ископаемых и очистке сточных и оборотных вод. Возможность значительной интенсификации процессов сгущения и фильтрования с помощью магнитной обработки основана на улучшении коагуляции и уменьшении образования инкрустаций, описанных в п. 2, гл. II. При коагуляции взвесей скорость оседания их повышается, при этом возрастает и водопроницаемость кека на фильтрах. С уменьшением забивки пор фильтроткани скорость фильтрации повышается и срок службы ткани увеличивается.
Огромное экономическое и экологическое значение очистки воды и воздуха общеизвестно. В большинстве случаев очистка должна осуществляться без добавления специальных реагентов, в свою очередь загрязняющих среду. В этом отношении положительная роль магнитной обработки водных систем может быть очень большой.
Работами П. А. Ребиндера и многочисленных его последователей установлено, что в процессе термообработки глинистых дисперсий, играющих роль связки во всех рассматриваемых ниже изделиях, происходит последовательное преобразование их структур от коагуляционной в псевдоконденсационную и кристаллизационную. При этом очень многое зависит от начальной коагуляционной структуры, играющей роль своеобразной «матрицы». Применение омагниченной воды, влияющей на коагуляцию глинистых частиц (п. 2, гл. II), должно привести и, как показано ниже, приводит к значительному улучшению свойств готовых изделий.