Расскажем о процессе, который изучали более всего и о котором, естественно, было более всего споров. Сейчас, когда у нас есть хотя бы приблизительное представление о механизме магнитной обработки, недавние дискуссии выглядят неоправданно острыми, хотя и сейчас далеко не все ясно. А даже десять лет тому назад противоречия, казалось, вели прямо в тупик. Процесс, о котором идет речь,— двуединый, его можно рассматривать как два самостоятельных процесса: растворение и кристаллизацию.
Известно, что почти все неорганические вещества в большей или меньшей степени растворяются в воде. Поваренная соль (хлорид натрия) при 20 °С имеет предельную растворимость 36 г/100 см3. Это значит, что в данном объеме воды первые порции соли (1—2 г) растворяются довольно быстро (несколько секунд), последующие порции — медленнее и только после перемешивания. Растворение порций свыше 20 г протекает в течение десятков секунд. Добавление последнего грамма делает раствор насыщенным, соль более не растворяется, следующие порции остаются в виде твердой фазы — это уже пересыщенный раствор.
Если соль растворить в «омагниченной» воде или обрабатывать магнитным полем суспензию с небольшим количеством соли, то растворение завершается быстрее: вместо десяти секунд — пять. Для более растворимых солей (например, сульфата магния) скорость растворения изменяется в десятки раз.
В обиходе нередко говорят, что магнитное поле влияет на растворимость солей. Требуется уточнение: изменяется кинетика растворения, скорость процесса становится больше или меньше, а предельное значение растворимости (для хлорида натрия — 36 г) остается неизменным.
Как мы это объясним? При обработке воды имеющиеся в ней «тонкие» ионы попадают в клетки-полости, освобождаясь от «шубы» из молекул НгО, а освободившиеся мономерные молекулы воды активно взаимодействуют с поверхностью введенного твердого вещества. При обработке суспензии, кроме того, добавляются мономерные молекулы Н20, освободившиеся из «шуб» ионов, встроившихся в кристаллическую решетку частиц твердой фазы. Таким образом, растворение сопровождается кристаллизацией. Если обрабатывают суспензию, концентрация которой близка к насыщенному раствору, кристаллизация становится все более заметной, значит, эффект магнитной обработки (проявляющийся как увеличение скорости растворения) постепенно уменьшается. При обработке пересыщенного раствора заметна только кристаллизация. Иногда считают, что здесь эффект магнитной обработки изменил знак, а на самом деле вместо двух противоположных эффектов остался один. В пересыщенном растворе нет свободных клеток-полостей, нет и первого эффекта.
Итак, магнитная обработка пересыщенного раствора приводит к ускорению кристаллизации, это называется также снятием пересыщения.
Особенно заметно влияние магнитного поля на растворение малорастворимых солей. Так, предельная растворимость гипса в воде — 0,2 г. Если в воду ввести всего 0,1 г гипса, то растворение будет идти медленно (ведь это все равно, что для хлорида натрия 20 г). В воде, прошедшей магнитную обработку, то же количество гипса растворится за несколько секунд, и этот эффект имеет большое практическое значение.
Исследованию действия магнитного поля на неоднородную систему гипс — вода посвящено несколько десятков работ. Не у всех наблюдался положительный результат. Не было, например, никакого эффекта; когда постоянным магнитом обрабатывали неподвижную воду. В этих условиях сила Лоренца равна нулю, и теперь отсутствие эффекта мы считаем вполне закономерным, а в свое время этот результат вызвал бурную полемику.
В движущейся суспензии или в переменном магнитном поле эффект тоже бывает не всегда. Так, в области «оптимальных» индукций скорость растворения гипса уменьшается, при несколько больших индукциях отмечается отсутствие эффекта, а при В= 1,6 Тл наблюдается увеличение скорости растворения гипса. Это типичная зависимость с экстремумом, с которой мы встречались неоднократно и которую объясняли в разделе 3.6. Поэтому отсутствие эффекта при определенных индукциях более не выглядит странным. Но вот как отнестись к тому, что в обработанной воде гипс растворяется не быстрее, а медленнее? Тут надо вспомнить, что гипс, как и некоторые другие сульфаты, имеет отрицательный температурный коэффициент растворимости (растворимость при нагревании уменьшается). Тот же гипс в фосфорной кислоте характеризуется положительным температурным коэффициентом растворимости: его растворимость при нагревании увеличивается. Вполне естественно, что в этом случае магнитная обработка с «оптимальной» индукцией приводит к увеличению скорости растворения гипса. В системе гипс—вода эффект магнитной обработки при нормальной температуре проявляется ярче, чем при повышенной, а в системе гипс—фосфорная кислота картина обратная.
Растворимость гипса в растворах фосфорной кислоты зависит от ее концентрации и достигает максимума при 30 % Н3РО4. Именно при этих условиях отмечается наибольший эффект магнитной обработки — скорость растворения увеличивается на 30 %,
В производстве фосфорной кислоты образуется фосфогипс — соединение гипса с кремнефторидом натрия. Растворимость кремнефторида натрия в фос форной кислоте также зависит от ее концентрации максимум — при 5 % Н3РО4. И именно при такой концентрации фосфорной кислоты наиболее заметен эффект магнитной обработки — скорость растворения увеличивается на 20 %.
Фосфогипс в зависимости от ряда условий может иметь разную растворимость в фосфорной кислоте. Если взять образец с высокой растворимостью, то он будет быстрее растворяться в обработанной магнитным полем кислоте. Но если взять образец с низкой растворимостью, то он станет медленнее растворяться в обработанной кислоте.
Эти экспериментальные результаты соответствуют найденному Н. А. Глебовым ряду соединений кальция, для которых рассматриваемый эффект магнитной обработки убывает в такой последовательности: Са (ОН)г> > CaS04> CaF2> СаСОз. В такой же последовательности изменяется и растворимость этих веществ.
Если суммировать все эти факты, то можно сказать, что магнитная обработка не изменяет предельную растворимость веществ и механизм растворения, а влияет на скорость процесса тем, что создает дополнительное количество активных мономерных молекул воды.
Следствием этого является ускоренное растворение солей, в частности тех, что отложились в виде «инкрустаций» на стенках труб, по которым протекает омагни — ченная вода. Трубы становятся чище. В 1945 г. бельгийский инженер Т. Вермайрен взял патент на применение магнитной обработки воды для очистки стенок труб. Сейчас таким способом очищают трубы разнообразных теплообменных аппаратов, а также различные технологические коммуникации.
