Кинетика растворения твёрдых тел

Растворение твёрдых тел в расплаве стекла является процессом, обратным кристаллизации. Растворение кристаллических твёрдых шихтовых материалов в силикатных расплавах – это основной процесс получения расплава стекла. Процесс растворения включает следующие этапы:

1. Разрушение кристаллической решётки и переход частиц твёрдого тела в расплав стекла.

2. Диффузия частиц растворяемого вещества в расплаве стекла.

Так как расплавы стекла являются высоковязкими, процесс растворения лимитируется диффузией в расплаве стекла. В диффузионном слое толщиной δ концентрация растворяемого вещества уменьшается от максимальной С_нас до его содержания С в объёме расплава. Скорость растворения зависит от разности этих концентраций. Рассмотрим зависимость концентрации растворённого вещества в объёме расплава от времени: C = f( ). Пусть n – число молей растворяемого вещества в объёме стекла. V – объём стекла. Диффузионный поток вещества через поверхность ω в расплав стекла равен:

,

где С_нас – концентрация насыщения, равная концентрации компонента в твёрдом кристалле.

Так как n = C∙V, то .

.

После разделения переменных и интегрирования приходим к формуле:

.

Получаем постепенное нарастание со временем содержания растворённого вещества С в расплаве стекла от нуля ( = 0) до концентрации насыщения C_нас ( → ∞).

Если C→C_нас, то dC/d → 0 – растворение прекращается.