Метакса
А.С.
НАУЧНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ
ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ФЛЮИДОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Институт Горного дела им. Д. А. Кунаева РГП «НЦ КПМС»
МИТ РК
050046, Казахстан, г. Алматы, пр. Абая 191
Электрохимическая активация водных
солевых растворов, к которым относится водопроводная вода, неизбежно содержит
растворенные вещества. Это было обнаружено при электролизе, протекающем в
диафрагменном электролизере. Здесь в замкнутом объеме между анодом и катодом
помещена пористая диэлектрическая мембрана (диафрагма), препятствующая
перемешиванию порций раствора, обрабатываемого в зоне анода и в зоне
электрохимическими превращениями – образованием кислот у анода и оснований у
катода – происходит аномальное изменение реакционной способности раствора. Та
часть, которая обрабатывается в зоне анода, в ряде химических реакций по своим
свойствам проявляет себя как очень сильная кислота, а обработанная в зоне
катода проявляет щелочные свойства, чем это следует из законов электролиза. Это
происходит потому, что увеличивается внутренняя потенциальная энергия раствора
за счет структурно-энергетической перестройки воды, в частности изменения
структуры окружающих ионы гидратных оболочек. Аномальное состояние сохраняется
сравнительно недолго, но только в течение этого промежутка времени раствор
считается активированным.
Аномалии реакционной способности,
приобретенные в процессе униполярной (в отделенных друг от друга анодной и
катодной зонах) электрохимической активации, тем значительней, чем выше
напряженность электрического поля в двойном электрическом слое (ДЭС) электрода. При этом ионный состав
при прочих равных условиях проведения электролиза играет ведущую роль в
процессах массообмена. В таблице 6.6 приведены теоретические данные по
массопереносу разнородных ионов при неизменных условиях проведении электролиза.
Данные, приведенные в таблице 6.6,
свидетельствуют о том, что массоперенос может отличаться в десятки раз при
одном и том же используемом электрическом потенциале электролиза. Использование
ДЭС с помощью мембран (границы
раздела фаз) показало перспективность их применения для улучшения
избирательности (селективности) и энергосбережения в ходе электролитических
процессов.
При рассмотрении результатов работы
мембран в ходе электрохимических процессов отмечается, что наиболее совершенным
типом мембран являются биологические мембраны. Используемые в настоящее время
синтетические мембраны по своим возможностям существенно уступают природным как
по селективным возможностям, так и по энергопотреблению. Отсюда возникает
необходимость изучения физико-химических особенностей поведения
флюидосодержащих веществ в ответ на внешние воздействия.
В ходе электролиза могут быть
реализованы несколько видов откликов на внешние воздействия. Однако
преобладающими являются концентрационные и тепловые смещения, обусловливаемые
разными типами взаимодействий процессов, протекающих со скоростью механических
колебаний (скоростью звука, тепловых колебаний). При наложении дополнительного
потенциала от внешнего источника устанавливается новый вид равновесия за счет
активизации поляризационных процессов, протекающих со скоростями, характерными
для электромагнитных процессов.
В природных условиях процессы естественной
электрохимической активации осуществляются на границах раздела твердой и жидкой
фаз. Ниже приведены экспериментальные результаты, полученные при очистке
воды под действием разности температур.
Оценку изменений, происходящих в воде под действием
техногенных факторов, проводили путем последовательного вымораживания легких и
тяжелых фракций алматинской водопроводной воды.
Так на первой стадии замерзания (первая ледовая
корочка на поверхности воды) по данным ИК
– спектроскопии в поверхностный слой притягиваются все примеси органического
происхождения, в том числе чистый углерод (сажа). Образцы для ИК – спектров готовили путем
выпаривания. Остальной незамерзший раствор (тяжелая вода) также подвергали
выпариванию и анализировали с помощью рентгенофазового анализа (РФА), т.к. многие полосы ИК – спектра не удается уверенно
идентифицировать. По данным РФА
видно, что в растворе, имеющем низкую температуру замерзания, концентрируется
вещества минерального происхождения.
К ним
относятся алюмосиликаты, такие как альбит, микроклин, карбонатные соединения и
соединения тяжелых металлов (Fe, Pb и др.).
Размороженная предложенным способом вода (3/4 объема)
обладает улучшенными вкусовыми качествами и повышенной прозрачностью.
Для оценки изменений, происходящих в воде под действием техногенных
факторов, использовали воду водопроводной сети г. Алматы и снеговые осадки
этого же региона.
Выделение легких и тяжелых фракций
исходной воды произошли вымораживанием по следующей схеме:
I.
Замораживание
до появления первого ледового слоя.
II.
Отбор
пробы низкозамерзающей воды путем отделения ледовой корочки от основной массы
замораживаемого объема'.
III.
Замораживание
остатка до стадии неполного замерзания объема.
IV.
Удаление
жидкой фракции «тяжелой» воды.
V.
Отделение
ледовой массы очищенной воды.
Полученные три фракции воды с различным химическим составом разливали в
отдельную химическую посуду для проведения инфракрасной (ИК) спектроскопии и рентгенофазового анализа каждого образца.
Для измерения
электрического сопротивления полученных фракций использовали специальный
кварцевый баллон. Замеры выполняли на мегомметре Ф 4102/1 – 1 М (измерительное напряжение 100 В.)
Полученные данные свидетельствуют о том, что под
влиянием разности температур объема воды и окружающего воздуха в замерзающей
воде можно выделить три раствора с разной температурой замерзания. На рисунке 1
приведены объемные соотношения для получения чистой воды вымораживанием. В
проведенном исследовании было использовано для очистки воды разность температур
для чего, выбирали условия, которые можно легко реализовать в бытовых условиях,
используя холодильные камеры. Для больших объемов очистки, например, в
городских отстойниках такая методика очистки не эффективна. Здесь наилучшие
результаты может дать электролизная (диолизная) технология очистки, при
использовании которой основной движущей силой для проведения процесса
расслоения является контактная разность потенциалов. Таким образом, из
приведенных экспериментальных фактов
можно заметить, что получаемые выводы из конкретных исследований
невозможно объяснить, пользуясь узкоспециальными знаниями одной науки,
например, химии, физики или биологии. Необходим поиск общих закономерностей,
объединяющих разрозненный экспериментальный материал в целостную систему, имеющую
ряд специфических признаков, общих для каждой системы.
Чистая вода
В данной работе представлены
теоретические основы существования взаимосвязи между электрическими и
механическими параметрами флюидосодержащих композиций, а так же приведены
результаты эксперимента по очистке воды от техногенных отходов путем изменения
условий на границе раздела фаз.