3. Кварциты и песчаники

Основным сырьем для производства динаса служат кварциты, кварце­вые песчаники и в качестве добавки - кварцевые пески.

Все эти виды кварцевого сырья представляют собой горные породы или минералы, главным образом осадочного и реже магматического про­исхождения

Кварцевые песчаники в зависимости от распределения зернистых и цементирующих составных частей (компонентов) встречаются трех видов:

1. с контактным цементом, когда цементирующее вещество только обволакивает зерна тонким слоем, а поры между зернами остаются пусты­ми или заполнены другим по составу веществом;

2. с пороконтактным цементом, когда и оболочка вокруг близко соприкасающихся зерен, и поровая масса состоят из однородного по составу и свойствам цемента;

3. с базальным цементом, когда последний заполняет все промежут­ки между удаленными друг от друга зернами, являясь в то же время од­нородным по своему составу и свойствам.

Цементирующим веществом в кремнистых песчаниках служат обычно криптокристаллический и реже — аморфный кремнезем. По количествен­ному содержанию его в породе принято различать цементные и кристалли­ческие (бесцементные) песчаники или кварциты. Термин «кварциты» зак­репился в технике за всеми кремнеземистыми песчаниками независимо от геологических условий их образования. Такое обобщение неправильно, так как кварцит является в той или иной степени метаморфизованным песча­ником и принадлежит уже к другой группе горных пород. Динамометаморфизм не мог не сказаться на минеральном составе и структуре кварцитов: они обычно характеризуются весьма плотным, массивным сложением, сплошным сцеплением зерен кварца между собой и почти полным отсут­ствием между ними цементирующего вещества. Такие измененные песча­ники, или, правильнее, кварциты, относятся к типу кристаллических (об­ладают большой твердостью и механической прочностью). Цементные квар­циты отличаются меньшей твердостью и прочностью, чем кристалличес­кие. Содержание цементирующего вещества обусловливает разделение цементных кварцитов на «жесткие» и «мягкие», иногда их дополнительно подразделяют еще на «полужесткие». Во всех случаях цементные кварциты представляют собой конгломерат кварцевых зерен различной формы и ве­личины, сцементированных большим или меньшим количеством скрытокристаллического или аморфного кремнезема. Кремнеземистым цемен­том в них служат мельчайшие зерна вторичного кварца либо халцедон, аморфный цемент представлен опалом с различным содержанием воды. Цементные кварциты (иногда их называют «аморфные») характеризуются различным количеством цементирующего вещества: плотные, или «жест­кие», содержат его 15—50 %, рыхлые, или «мягкие», 70—80 %, «полужес­ткие» кварциты занимают промежуточное положение. Все кварциты и пес­чаники характеризуются общими и специальными техническими показате­лями, отображающими их состав и свойства и позволяющими судить об их природе и качестве как промышленного сырья.

Общей характеристикой этих пород служат: 1) механическая проч­ность; 2) пористость; 3) истинная и кажущаяся плотность; 4) минераль­ный состав; 5) химический состав. Специальные требования содержатся в стандартах или технических условиях и, помимо названных показателей, предусматривают другие, связанные с теми или иными требованиями тех­нологического процесса производства (строительства).

Кварциты и песчаники характеризуются следующими свойствами:

Пористость, %

кристаллические 0,1 - 2,5

цементные 1,0 -12,0

Плотность, г/см^

кристаллические 2,65 - 2,66

цементные 2,63 - 2,66

(иногда 2,42 - 2,51)

Сопротивление сжатию, МПа

кристаллические 25,0 - 35,0

цементные 20 - 80

Минеральный состав кварцитов и песчаников для производства дина­са различается не по главному породообразующему минералу, каковым почти всегда является кварц (β-форма), а по количеству и характеру мине­ральных примесей, присутствующих в них в виде полевых шпатов и слюд, гидрооксидов железа, карбонатов кальция и магния, глинистых минера­лов, гипса и др. Примеси эти в большей или меньшей степени влияют на качество кварцитового сырья. Наличие их устанавливается либо путем визуального осмотра кусков породы (макропримеси), либо микроскопическим исследованием ее в шлифах (микропримеси). Более точное количественное представление о примесях дает химический анализ породы.

Химический состав большинства кварцитов и песчаников для производства динаса относительно постоянный, %:

SiO₂ 92-98 МgО 0,1-0,5 Al₂O₃ 0,5-2,5

Fe₂О₃ 0,2-3,0 Щелочи 0,2-0,5 ∆m_прк 0,2-1,0

СаО 0,2-1,5

Важнейшим критерием пригодности кварцевого сырья для производ­ства динасовых изделий является высокое содержание в нем кремнезема (не менее 97 %) и весьма ограниченное вредных примесей, каковыми яв­ляются глинозем, оксид кальция и щелочи. Весьма существенное значение для оценки качества динасового сырья имеет поведение его при обжиге, т.е. скорость перерождения или перехода одной модификации кремнезема в другую, что обусловливается полиморфными превращениями кварца при нагревании.

Использование кварцитов и песчаников для производства динаса требует выполнения лабораторных испытаний, заключающихся в определениях их химического состава, микроструктуры и минерального состава в сыром и обожженном состояниях, установлении степени перерождения кварца в тридимит при высоких температурах (1450 °С), определении огнеупорности, кажущейся пористости, оценки внешнего вида, излома, засоренности посторонними включениями и примесями.

По внешнему виду кварциты и песчаники должны характеризоваться отсутствием заметных включений в виде гнезд или сростков слюды, скоплений и пятен сульфидов и оксидов железа; корочки карбонатов кальция или магния допускаются толщиной не более 0,5-1,0 мм. Они не должны быть загрязнены механическими примесями в виде глинистых примазков, кусочков известняка и других посторонних веществ. Включения слюды и железистых соединений влияют на снижение огнеупорности кварцитов и влекут к образованию крупных выплавок на динасовых изделиях, что отражается на шлакоустойчивости последних. Известковые корочки, попавшие в шихту при помоле кварцита, в результате обжига динаса вызывают появ­ление трещин и разрывов в изделиях вследствие резкого увеличения объе­ма образовавшейся негашеной извести (оксида кальция) при соприкосно­вении ее с влагой воздуха. Наличие глинистых загрязнений также снижает огнеупорность кварцита, а следовательно, и динаса, в который попадают легкоплавкие железистые алюмосиликаты.

Техническими условиями всегда оговариваются требования, предъявляемые к внешнему виду и степени засоренности поставляемого заводам сырья.

Важное значение для оценки качества динасового сырья имеет установление характера его поведения в обжиге при высоких температурах. Определение скорости перерождения кварца в тридимит является важнейшим показателем в технологии динаса. Испытания заключаются в обжиге кварцитов или песчаников при 1450-1460 °С, микроскопическом исследо­вании и определении истинной плотности обожженных образцов. По изме­нению истинной и кажущейся плотности после обжига судят о скорости перерождения кварца. Сравнительно небольшое изменение (уменьшение) истинной плотности обожженного образца против сырого свидетельствует о медленном перерождении, наибольшее понижение - о быстром перехо­де кварца в тридимит. По данному признаку различают:

1) медленноперерождающиеся, 2) среднеперерождающиеся и 3) быстроперерождающиеся кварциты и песчаники, которые и характеризуются соответственно следу­ющей истинной плотностью после однократного обжига: 1 - выше 2,45; 2 - от 2,40 до 2,45 и 3 - ниже 2,40 г/см³.

К первой группе относится большинство кристаллических кварцитов, которые сохраняют после обжига плотную структуру без трещин и разрыхлений. Ко второй группе принадлежат кварцито-песчаники (цементные квар­циты), имеющие после обжига плотную, зернистую в изломе структуру. Кварциты и кварцевые песчаники третьей группы характеризуются либо плотной, роговиковой в изломе, структурой, либо зернистой, песчанико­вой. Ввиду слишком быстрого перерождения во время обжига из них трудно получать изделия без трещин и разрыхления. Поэтому такие кварциты чаще всего используют в качестве добавок в динасовые массы, составленные на основе сырья первой или второй группы.

Россия и страны СНГ располагают разнообразным динасовым сырь­ем, месторождения которого достаточно широко распространены.

По данным геологического фонда, в целом на 1 января 1990 г. учтено 40 месторождений кварцитов и кварцевых песчаников и 12 месторождений кварца, имеющих балансовые запасы по различным категориям. Из них около 45 ме­сторождений содержат сырье, пригодное для производства динаса.

В странах СНГ общие запасы сырья, пригодного для производства динаса, могут быть оценены лишь приблизительно, ибо не все месторожде­ния его достаточно изучены и технологически опробованы применительно к данным целям.

Большая часть балансовых запасов кварцитов и песчаников для производства динаса стран СНГ расположена на территории России.

Производство динасовых огнеупоров удовлетворяется в основном за счет местных сырьевых ресурсов. Первоуральский динасовый завод исполь­зует кристаллические кварциты горы Караульной, находящейся в районе г. Первоуральска Свердловской области, огнеупорный цех Магнитогорско­го металлургического комбината — кварциты Бобровского месторожде­ния, близ г. Троицка Челябинской области.

Огнеупорная промышленность Украины полностью обеспечивается кристаллическими кварцитами Овручского месторождения в Житомирс­кой области.

Для черной металлургии Казахстана подготовлено Ново-Осокаровское месторождение кварцитов в Карагандинской области.

Сырьевая база огнеупорной промышленности стран СНГ при необходимости может быть значительно расширена вводом в эксплуатацию ряда крупных перспективных месторождений кристаллических кварцитов на Украине, Урале, в Сибири, Средней Азии.