vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2018-20-5-163-173vestniktgasu-482Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSМОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСФЕР НА ОСНОВЕ АГЛОМЕРАТОВ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ В ПОТОКЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫTHE MODEL OF MICROSPHERE GENERATION FROM SILICON DIOXIDE AGGLOMERATESШеховцовВ. В.ShekhovtsovV. V.

аспирант

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Research Assistant

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

shehovcov2010@yandex.ruВолокитинО. Г.VolokitinO. G.

докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

volokitin_oleg@mail.ruВолокитинГ. Г.VolokitinG. G.

докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

volokitin_oleg@mail.ruСкрипниковаН. К.SkripnikovaN. K.

докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

nks2003@mail.ruБалобановП. В.BalobanovP. V.

проректор по административно-хозяйственной деятельности

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Vice-Rector for administration and maintenance activity

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

axu@tsuab.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation20183010201805163173Copyright © Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Балобанов П.В., 20182018Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Балобанов П.В.Shekhovtsov V.V., Volokitin O.G., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Balobanov P.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/482

В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований нагрева и плавления агломерированного порошка на основе отсевов кварцевого песка Туганского месторождения (Томская область) в потоке термической плазмы. Показано существенное влияние фазовых переходов на процесс нагрева и плавления агломерированных порошков в потоке термической плазмы, отсутствие учета которых может приводить к неоправданному нагреву частиц. Представлены результаты термохимических процессов, проходящих при нагреве. Установлено, что суммарная концентрация фаз, подвергнутых на начальном этапе испарению, на общем фоне рассматриваемой системы достаточно мала (0,13 масс. %). Предложена модель, описывающая формирование полой частицы на основе агломератов в потоке термической плазмы.

The paper presents the results of theoretical and experimental studies of thermal plasma heating and melting of agglomerated powder based on quartz sand screenings of the Tugan Deposit, Tomsk region, Russia. It is shown that phase transitions significantly affect the process of thermal plasma heating and melting of agglomerated powder, which can lead to unjustified heating of particles. The results of thermochemical processes due to heating are presented herein. It is found that the total concentration of phases subjected to evaporation at the initial stage, is rather small (0.13 wt.%). The model is proposed for the hollow particle formation from silicon dioxide agglomerates.

диоксид кремнияагломератнагревплавлениефазовые переходыэнергия термической плазмыsilicon dioxideagglomerateheatingmeltingphase transformationthermal plasmaenergyReferencesSreekumar K. P., Saxena S. K., Kumar Yogendra, Thiyagarajan T. K., Dash Ashutosh, Ananthapadmanabhan P. V., Venkatesh Meera. Studies on the preparation and plasma spherodization of yttrium aluminosilicate glass microspheres for their potential application in liver brachytherapy // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 208. P. 012117.Sreekumar K.P., Saxena S.K., Kumar Yogendra, Thiyagarajan T.K., Dash Ashutosh, Ananthapadmanabhan P.V., Venkatesh Meera. Studies on the preparation and plasma spherodization of yttrium aluminosilicate glass microspheres for their potential application in liver brachytherapy. Journal of Physics: Conference Series. 2010. V. 208. Pp. 012117.Xu Wei, Wang Tao, He Zhibing, Wu Zhangwen. Fabrication of hollow glass microspheres for inertial confinement fusion targets by depolymerizable mandrel method // High Power Laser and Particle Beams. 2015. V. 27. № 6. P. 062008.Xu Wei, Wang Tao, He Zhibing, Wu Zhangwen. Fabrication of hollow glassSemenov V., Rozovskaya T., Oreshkin D. Properties of the dry masonry mixtures with hollow ceramics microspheres // Advanced Materials Research. 2014. V. 860. P. 1244–1247.microspheres for inertial confinement fusion targets by depolymerizable mandrel method. High Power Laser and Particle Beams. 2015. V. 27. No. 6. Pp. 062008.Левицкий В.С., Максимов А.И., Мошников В.А., Теруков Е.И. Исследование структуры и состава пленочных золь-гель-систем CoOx–SiO2 // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 2. С. 270–275.Semenov V., Rozovskaya T., Oreshkin D. Properties of the dry masonry mixtures with hollow ceramics microspheres. Advanced Materials Research. 2014. V. 860. Pp. 1244–1247.Arkhipov V.A, Kozlov E.A., Zharova I.K., Titov S.S., Usanina A.S. Evolution of a liquid-drop aerosol cloud in the atmosphere // Arabian Journal of Geosciences. 2016. V. 9. № 2. P. 1–10.Levitsky V.S., Maksimov A.I., Moshnikov V.A., Terukov E.I. Issledovaniye struktury i sostava plenochnykh zol'-gel'-sistem CoOx–SiO2 [Structure and composition of CoOx–SiO2 film solgel systems]. Solid State Physics. 2014. V. 56. No. 2. Pp. 270–275. (rus)Жуков А.С., Архипов В.А., Бондарчук С.С., Гольдин В.Д. Оценка морфологии частиц при плазмохимическом синтезе керамических порошков // Химическая физика. 2013. Т. 32. № 12. С. 52–58.Arkhipov V.A., Kozlov E.A., Zharova I.K., Titov S.S., Usanina A.S. Evolution of a liquid-drop aerosol cloud in the atmosphere. Arabian Journal of Geosciences. 2016. V. 9. No. 2. Pp. 1–10.Solonenko O.P., Gulyaev I.P., Smirnov A.V. Thermal plasma processes for production of hollow spherical powders: theory and experiment // Journal of Thermal Science and Technology. 2011. V. 6. № 2. P. 219–234.Zhukov A.S., Arkhipov V.A., Bondarchuk S.S., Goldin V.D. Otsenka morfologii chastits pri plazmokhimicheskom sinteze keramicheskikh poroshkov [Estimation of particle morphology during plasma-chemical synthesis of ceramic powders]. Khimicheskaya fizika. 2013. V. 32. No. 12. Pp. 52–58. (rus)Гуляев И.П. Особенности получения и обработки полых частиц диоксида циркония в плазменных потоках // Вестник Югорского государственного университета. 2009. Вып. 2 (13). С. 10–22.Solonenko O.P., Gulyaev I.P., Smirnov A.V. Thermal plasma processes for production of hollow spherical powders: theory and experiment. Journal of Thermal Science and Technology. 2011. V. 6. No. 2. Pp. 219–234.Bessmertnyj V.S., Krokhin V.P., Lyashko A.A., Drizhd N.A., Shekhovtsova Zh.E. Preparation of glass microspheres by plasma spraying // Steklo i Keramika. 2001. V. 8. P. 6–7.Gulyaev I.P. Osobennosti polucheniya i obrabotki polykh chastits dioksida tsirkoniya v plazmennykh potokakh [Production and processing of hollow particles of zirconium dioxide in plasma flows]. Vestnik Yugorskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009. No. 2 (13). Pp. 10–22. (rus)Абзаев Ю.А., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В. Об исследованиях по использованию плазменной технологии при получении кварцевой керамики. Часть 1. Анализ кварцевого песка // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2014. № 5. С. 108–113.Bessmertnyj V.S., Krokhin V.P., Lyashko A.A., Drizhd N.A., Shekhovtsova Zh.E. Preparation of glass microspheres by plasma spraying. Glass and Ceramics. 2001. V. 8. Pp. 6–7.Пат. 2664287, Российская Федерация. Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов / В.В. Шеховцов, Г.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова, О.Г. Волокитин, В.К. Чибирков. № 2017114900; заявл. 14.09.2016; опубл. 16.08.2018, Бюл. № 23.Abzayev Yu.A., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Ob issledovaniyakh po issledovaniyakh po ispol'zovaniyu plazmennoy tekhnologii pri poluchenii kvartsevoy keramiki. Chast' 1. Analiz kvartsevogo peska [Plasma treatment of quartz ceramics. part 1. silica sand analysis]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2014. No. 5. Pp. 108–113. (rus)Pfender E., Lee Y. C. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part I. The motion of a single particle without thermal effects // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 1985. V. 5. № 3. P. 211–237.Shekhovtsov V.V., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Chibirkov V.K. Ustroystvo dlya polucheniya mikrosfer i mikrosharikov iz oksidnykh materialov [A device for producing microspheres and microbeads from oxide materials]. Pat. Rus. Fed. N 2664287. 2018. (rus)Wang M., Pan N. Predictions of effective physical properties of complex multiphase materials // Materials Science and Engineering R. 2008. V. 63. P. 1–30.Pfender E., Lee Y.C. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part I. The motion of a single particle without thermal effects. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 1985. V. 5. No 3. Pp. 211–237.Власов В.А., Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Шеховцов В.В. Расчет процесса плавления частицы кварца в условиях низкотемпературной плазмы // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 1. С. 143–147.Wang M., Pan N. Predictions of effective physical properties of complex multiphase materials. Materials Science and Engineering R. 2008. V. 63. Pp. 1–30.Шеховцов В.В., Власов В.А., Волокитин Г.Г., Волокитин О.Г. Использование низкотемпературной плазмы для получения зольных микросфер // Известия вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 9-3. С. 305–308.Vlasov V.A., Volokitin O.G., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Shekhovtsov V.V. Raschet protsessa plavleniya chastitsy kvartsa v usloviyakh nizkotemperaturnoy plazmy [Melting process calculation of quartz particle under low-temperature plasma conditions]. Inzhenernofizicheskii zhurnal. 2016. V. 89. No. 1. Pp. 143–147. (rus)Shekhovtsov V.V., Vlasov V.A., Volokitin G.G., Volokitin O.G. Ispol'zovaniye nizkotemperaturnoy plazmy dlya polucheniya zol'nykh mikrosfer [Low-temperature plasma in production of ash microspheres]. Izvestiya Vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2016. V. 59. No. 9-3. Pp. 305–308. (rus)Shekhovtsov V.V., Vlasov V.A., Volokitin G.G., Volokitin O.G. Ispol'zovaniye nizkotemperaturnoy plazmy dlya polucheniya zol'nykh mikrosfer [Low-temperature plasma in production of ash microspheres]. Izvestiya Vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2016. V. 59. No. 9-3. Pp. 305–308. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.