![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Требования к кварцевым пескам по основному веществу и чистотеСтр 1 из 3Следующая ⇒
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Кварцевый песок В стеклоделии используются кварцевые пески с содержанием более 95% кремнезема, называемые стекольными. Требования, предъявляемые к ним по содержанию основного вещества и степени чистоты, зависят от типа выпускаемой продукции и регламентированы табл. 5.1. Таблица 5.1 Требования к кварцевым пескам по основному веществу и чистоте
ГОСТ 22557 классифицирует стекольные кварцевые пески на 15 марок, различающихся содержанием основного вещества и примесей, прежде всего оксидов железа. Например, кварцевый песок марки ВС- 030-В содержит не менее 98, 5% SiO2, не более 0, 03% Fe2O3, не более 0, 05% TiO2 и менее 0, 4% А12O3. Примеси в песках могут присутствовать в различной форме: – в виде отдельных зерен (это могут быть зерна легких алюмосиликатных материалов, полевого шпата, слюды, глауконита и др., либо тяжелых рудных и нерудных материалов: сфен, хромит, циркон); – в виде пленок на зернах кварца (гидрогетит, гидрогематит и др.); – в виде внутризеренных включений либо твердых растворов с кремнеземом. Соответственно в каждом случае требуются определенные способы обогащения сырья, причем атомы железа, внедренные в кристаллическую решетку кварца, практически удалить невозможно. Количественное распределение оксидов железа в кварцевых песках по группам примесей приведено ниже: – с глинистой и пылевидной песчаной фракцией (< 0, 01 мм) – до 65%; – в виде поверхностных пленок – до 50%; – с тяжелыми минералами – до 50%; – с легкими алюмосиликатами – до 10%; – в виде внутризеренных включений – до 25%; – в виде твердых растворов – до 3%. Отсюда следует, что особое внимание при обогащении кварцевых песков следует уделять удалению тонкодисперсных песчаной и глинистой фракций, а также тяжелых минералов. Кварцевый песок (наряду с доломитом) является основным источником загрязнения шихты примесями, и решение проблемы повышения его качества является ключевой для стекольной индустрии. При этом важно не столько количественное содержание Fe2O3 в песке, а то, в каком виде соединения железа присутствует в нем. Исследование отечественных месторождений кварцевого песка показало следующее: 1. Существуют значительные отличия песков по содержанию Fe2О3 в разных слоях по толщине залегания (от 0, 02 до 0, 20%). Добыча таких песков должна производиться не вертикальным способом или намывом, а горизонтальным послойным (ярусным). 2. Основная часть Fe2O3 сосредоточена в мелкодисперсной глинистой составляющей песка и в крупных кусках глины. Включения обоих типов являются не только одним из основных источников Fe2O3, но и приводят к дестабилизации состава песка по содержанию SiО2 (до 2–3%), А12О3 (до 1–1, 5%), Cr2O3, TiO2. 3. В составе песка содержатся слюда, полевой шпат, другие щелочные алюмосиликаты и «тяжелые» фракции, содержание Fе2Оз в которых колеблется от 10 до 60%. 4. В песке присутствуют зерна кварца, прочно «сросшиеся» с железосодержащей пленкой и зернами железосодержащих минералов. Как правило, все четыре источника Fe2O3 существуют одновременно, но вклад каждого из них в общее содержание Fе2О3 в добытом песке различен для разных месторождений. В зависимости от этого определяется специализация месторождения и способы обогащения кварцевого песка. В случае преобладания четвертого источника Fe2О3 в песке экономически и экологически нецелесообразно, а часто и невозможно, производить его глубокое обогащение. Обычно в этом случае ограничиваются мерами по усреднению песков двумя способами: механическим перемешиванием и воздушной классификацией. Последняя обеспечивает также удаление части тяжелой фракции, содержание которой в добытом песке может колебаться от 1, 5 до 20%. Пески подобных месторождений могут быть использованы как для производства бесцветных (Fe2O3 около 0, 1%), так и окрашенных изделий из стекла Традиционным способом обогащения стекольных песков является флото-оттирочный, достоинством которого является его универсальность. Сущность традиционной технологии флото-оттирки кварцевых песков состоит в следующем: 1. Стадия грохочения для отсева частиц размером более 0, 8 мм; 2. Приготовление пульпы (соотношение вода / песок – 1: 1, 5) и подача ее во флотационную машину, состоящую из последовательно расположенных камер с мешалками для перемешивания пульпы с одновременной подачей в нее воздушной струи. 3. Подача в 2–3 последние камеры сульфатного мыла (пенообразователь) для отделения тонкодисперсных и примесных минералов в мыльную пену с последующим удалением ее с поверхности жидкости в канализацию. 4. Подача в последнюю камеру соды для оттирки с поверхности песчинок железосодержащих пленок (сода снижает прочность их сцепления с зернами). 5. Подача пульпы с отмытым песком на реечный классификатор для отделения твердой фракции от жидкости. 6. Обезвоживание (центрифуги, вакуум-фильтры) и сушка песка в сушильном барабане. В ходе процесса флото-оттирки песок очищается от зерен тяжелых и легких минералов, глины и поверхностных пленок, обогащенных оксидами железа, в результате чего для кварцевых песков большинства отечественных месторождений их содержание может быть снижено до 0, 02–0, 05%. В последнее время все более широкое распространение при обогащении кварцевых песков получают «сухие» методы, достоинством которых является экономичность при высоком качестве продукта Обогащения и классификации сухого песка основаны на принципе разделения частиц по массе в воздушном потоке. В зависимости от источников Fе2О3, минералогического и гранулометрического состава загрязнений, коэффициент обогащения может составлять 1, 7 – 2, 5 раза с выходом наиболее чистой фракции в количестве от 50 до 80%. Коэффициент обогащения определяет степень понижения содержания всех соединений железа в материале после его обогащения (в пересчете на Fe2O3).В соответствии с этим определением, при содержании соединений железа в исходном песке около 0, 08%, обогащенный продукт (50 – 80% от исходного количества песка) будет содержать (0, 047– 0, 032%) Fе2О3. Одновременно с уменьшением содержания Fe2О3 снижается количество А12О3, Сr2О3, СаО, MgO, SO3 и др. в обогащенной фракции, резко уменьшается количество фракций с размером более 0, 4 мм и менее 0, 1 мм. Уровень снижения Al2O3, Сr2О3, СаО, MgО, SО3 зависит только от типа источника Fе2О3, минералогических и гранулометрических характеристик, способов добычи и транспортирования сырья. Таким образом, для каждого месторождения необходимо подбирать режимы обогащения, но пески любых месторождений поддаются обогащению. Установка для сухого обогащения песка состоит из горизонтального канала переменного сечения длиной не более 10 метров и не менее 7 метров. Канал имеет начальное сечение (1, 0–1, 2м)х(1, 0–1, 2м) и конечное (1, 5–1, 7м)х(1, 5–1, 7м). Установленная мощность вентилятора для создания воздушного потока составляет 7, 5 кВт. Высота подины канала от пола регламентируется высотой сборных бункеров и принимаемой системой транспортировки песка в накопительные бункера, из которых обогащенный песок должен подаваться на погрузку. В систему установки по обогащению сухого песка входят также питатель для регулируемой подачи сухого песка (например, тарельчатый питатель) и циклоны для сбора «пыли». В процессе «сухой» очистки песка достигается еще ряд важных результатов: – увеличивается однородность песка по гранулометрии и химическому составу; – происходит очистка песка от части Сr2Оз и TiO2; – стабилизируется содержание SO3; – получаемые в результате переработки «хвосты» являются прекрасным сырьем для цветной тары любого назначения. Сушку песка целесообразно производить не в традиционных сушильных барабанах, а в установках «кипящего слоя», широко применяемых в химических отраслях. Применение таких установок позволяет сократить: а) производственные площади в 2—3 раза; б) потребление газа на 30%; в) электроэнергии на 30—50%. Расчетная эксплуатационная стоимость сушки песка в сушильном барабане и его обогащение в воздушном потоке составляет 120 руб./т (в ценах 2001 г). Сушка песка в кипящем слое наиболее экономична по затратам энергии и занимаемой площади, позволяет дополнительно снизать затраты на обогащение песка. В процессе работы установки происходит частичное обогащение песка за счет уноса глинистых частиц с размерами менее 50 мкм и интенсивного механического взаимодействия отдельных частиц песка друг с другом. При доминации в песке Fe2О3 в виде единичных зерен экономическая и экологическая целесообразность глубокого обогащения песка при использовании технологии «сухого» обогащения резко возрастает. Коэффициент обогащения достигает 20. Схематическая установка для обогащения песка в воздушном потоке представ лена на рис. 5.1. Основные характеристики установки: производительность сушилки по сухому песку – 10 тонн/час; исходная влажность – 7%; расход природного газа на сушилку, не более – 90 н.м3/час; расход электроэнергии – 120 кВт; количество установленных классификаторов – 2; производительность каждого классификатора – 5 тонн/час
Рис. 5.1. Схема установки для сушки и обогащения песка: 1 – сушилка песка; 2 – топка; 3 – грохот; 4 – питатель; 5 – элеватор; 6 – бункер высушенного песка; 7 – циклоны; 8 – напорный вентилятор; 9 – вытяжной вентилятор; 10 – бункер пыли; 11 – задвижки для регулирования расхода горячего агента; 12 – газовая горелка; 13 – задвижки регулирования первичного и вторичного воздуха; 14 – затвор для герметичной разгрузки пыли; 15 –выгрузка пыли; 16 – вентилятор классификатора; 17 – классификатор В состав технологической линии глубокого «сухого» обогащения входят: – система добычи, транспортировки, накопления, первичного усреднения и отсева; – сушка песка в сушильном барабане или в аппарате «кипящего» слоя; – вторичный просев песка; – обогащение и классификация песка в потоке вентиляторного воздуха; – контрольный просев песка; – магнитная сепарация; – подготовка песка к отгрузке. Обязательное условие глубокого «сухого» обогащения – совместное применение классификации песка в воздушном потоке и магнитной сепарации. Это позволяет снизить содержание Fe2O3 в большей степени, чем при одной магнитной сепарации, и сократить затраты на магнитную сепарацию. Метод глубокой «сухой» очистки был использован при обогащении проб песка разных месторождений, находящихся на расстоянии 150–2000 км от г. С.-Петербурга (табл. 5.2). Таблица 5.2
Как подчеркнуто выше, для стабильной работы печей и формующего оборудования важно не только абсолютное содержание оксидов в стекле, но и, главным образом, стабильность состава. Уровень допустимых и фактических отклонений состава отечественных кварцевых песков представлены в табл. 5.3. Таблица 5.3
Уровень колебаний химического состава по кремнезему до ±1, 0%, глинозему – до 0, 35%, Fe2O3 – до 0, 03%, характерный для необогащенных песков, приводит к неоднородности стекломассы, как химической, так и термической, и, как следствие, к нарушению технологического процесса формования, снижению производительности, снижению сортности изделий. Использование обогащенного кондиционированного сырья обеспечивает повышение качества шихты и является непременным условием увеличения съемов стекловаренных печей и повышения качества стекла, В качестве примера могут служить кривые оптических искажений флоат-стекла, полученного в идентичных условиях, но из материалов разного качества (рис. 5.2). Стекломасса, полученная из шихты на основе обогащенного песка, имеет лучшую химическую однородность, поэтому полученное стекло имеет меньшую степень оптических искажений, чем стекло, сваренное на необогащенном сырье.
Отклонения содержания оксидов железа в песке, даже обогащенном, сверх допустимых особенно сильно влияют на стабильность работы систем (варка, формование), резко влияет на качество закаляемого стекла, вызывая повышение брака и понижение технико-эксплуатационных показателей. Важное значение для стекловарения имеет гранулометрический состав кварцевого песка, определяя в первую очередь скорость провара стекломассы Время растворения зерен кварцевого песка связана с его размерами следующим отношением: τ ≈ где d – диаметр зерна. Наиболее пригодными для стеклоделия являются пески с размерами зерен в диапазоне 0, 1–0, 4 мм. Чем мельче зерна песка, тем в общем случае выше скорость стеклообразования. Форма зерен также влияет на процесс растворения в расплаве. Зерна окатанные с неразвитой реакционной поверхностью плавятся медленнее, чем угловатые либо имеющие трещины. За рубежом практикуется полное удаление из кварцевого сырья зерен с размером более 0, 5 мм. Так, бельгийская фирма «Glaverbel», один из ведущих производителей листового стекла, использует кварцевый песок, содержащий не более 4% фракций +0, 6мм и не более 4% частиц фракции –0, 12 мм. Примерно таковы же требования к гранулометрии песков в стекольной индустрии США: не более 1% фракции +0, 39 мм и 15% фракции –0, 149 мм. Отечественными нормами предусматривается просев песка через сито с сеткой 08–03 (количество отверстий на 1 см2 – 81). Таким образом, в шихту поступают частицы с размерами до 0, 8 мм, что ведет к ухудшению качества провара стекла, увеличению продолжительности варки, повышенному расходу топлива. Таким образом, размер песка решающим образом влияет на производительность стекловаренных печей, в связи с чем следует ужесточать требования к кварцевому песку для стекольной промышленности. Желательно использовать кварцсодержащее сырье с размером частиц в пределах 0, 1–0, 5 мм. Применение в шихте мелких фракций песка (< 0, 1 мм) ведет к появлению мошки, затрудняет осветление стекломассы Кроме того, мелкие фракции песка содержат большое количество тяжелых минералов (магнетит, гематит, лимонит, рутил, циркон, ильменит и др.), снижающие его качество вследствие тугоплавкости и окрашивания (табл. 5.4) Таблица 5.4 Содержание вредных примесей в мелких фракциях песка
Практикующаяся в настоящее время высокотемпературная варка стекла (> 155°C) обеспечивает растворение практически всех примесных минералов в стекле. Однако кварцевый песок может быть засорен искусственно при его транспортировке, например, хромитами, что приводит к появлению пороков в стекле. Количество мелких фракций в необогащенных песках достигает 15%, в связи с чем после удаления в ходе обогащения необходимо предусмотреть их использование для других производств, например, для литейного. В последнее время проявляется тенденция обогащенный песок высушивать практически до нуля, затеривать в водонепроницаемую и в таком виде поставлять потребителю. Такое сырье загружается сразу в бункера ДСЛ, в итоге упрощается технологический процесс, исключается зависание песка в бункерах, улучшаются условия дозирования, повышается точность взвешивания, что способствует постоянству состава шихты, кроме того, снижаются расходы на транспортирование.
|