книги из ГПНТБ / Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах

Т а б л и ц а 68

Химический состав стекольных песков

(В %)

Т а б л и ц а 69

Минеральный состав стекольных песков

135

Минералы тяжелой фракции обычно концентрируются в мелких фракциях песка, что видно из следующих данных.

Существенным недостатком многих стекольных песков является наличие на зернах кварца тонкой пленки. По данным А. М. Цехомского (1960), пленка состоит главным образом из кремнекнслоты, глинозема и окислов железа, обычно присутствует органиче­ ское вещество.

Основная'часть Si0 2 и АЬОз в пленке связана в алюмосиликате типа каолинита и гидрослюд. Присутствие пленки ухудшает ка-, чество песков, а удаление ее часто связано с большими трудно­ стями.

136

Наряду с химическим составом для оценки качества стекольных песков большое значение имеет их гранулометрический состав. Ве­ личина зерен песка и однородность их размеров оказывают суще­ ственное влияние на процесс варки стекла. Крупные зерна песка плохо провариваются и ухудшают качество стекла. Мелкозерни­ стые пески также почти не используются промышленностью, хотя имеется и отечественный, и зарубежный положительный опыт их применения. Так, в Институте стекла из магнитогорского .маршалита (зерна <0,06 мм) было получено хорошее стекло.

Данные о гранулометрическом составе песков ряда месторож­ дений приведены в табл. 70.

ГОСТ на стекольные пески пока не разработано, и на каждое месторождение промышленностью составляются специальные тех­ нические условия. Технические условия на стекольные кварцевые

0,5 мм должно быть не более 5—6 %, зерен менее 0,1 мм не более 6—8 %. Стекольная промышленность использует не только пески, но и в небольшом количестве песчаники.

137

В некоторых зарубежных странах имеются стандарты и техни­ ческие условия на стекольные пески, предъявляющие к ним до­ вольно жесткие требования. В Англии пески для бесцветного стекла должны содержать Si02 не менее 98,5%, Fe2C>3 — не более 0,03% и СгоОз — не более 0,005%. В ГДР в песках для оконного и зеркального стекла содержание Ге20 з не должно превышать 0 ,0 2 %, а для полубелого оконного 0,035%. В США в песках для полиро­ ванного оконного стекла содержание Fe2C>3 ограничивается 0,06%, а минимальное содержание Si02 должно быть 98,5%.

На кварцевые пески для варки оптического стекла и для изго­ товления кварцевых сосудов и других изделий, применяемых в сте­ кловарении, имеются специальные технические условия, согласно которым пески должны отвечать следующим требованиям:

Государственным институтом стекла разработаны (1963) про­ ектные нормы на кварцевые пески, поставляемые стекольной про­ мышленности. Эти нормы приведены в табл. 72.

Согласно указанным нормам по зерновому составу пески должны удовлетворять следующим требованиям:

Государственным институтом стекла разработан также проект ГОСТ на стекольные пески для производства листового, техниче­ ского и строительного стекла, который основан на возможностях обогащения песка с целью получения стекла определенного светопропускания. Согласно проекту пески делятся на четыре сорта: высший, первый, второй и третий. Общее допустимое содержание

менее 95%. Содержание зерен крупнее 0,5 мм должно быть не бо­

втретьем сорте (до 1 0 %).

Впеске допускаются примеси, содержащие стеклообразующие

окислы: CaO, MgO, КгО, Na20, А120з, в количестве не более 2% для стекла вертикального вытягивания и не более 1,4% для про­ ката. Содержание зерен крупнее 0,8 мм в природном песке не ре­ гламентируется, а в обогащенном ие допускается.

138

Т а б л и ц а 72

.Проектные нормы по кварцевым пескам

.Химический состав, ^ на сухое вещество

Разработка месторождений стекольных песков производится карьерами с помощью экскаваторов и шаровых фрезерных лопат. В зависимости от мощности полезной толщи и ее строения разра­ ботку производят одним или несколькими уступами.

Разработка уступами применяется при значительной мощности песков и при возможности выделения нескольких слоев отличных по качеству песков. При определении высоты уступов учитывается в первую очередь строение песчаной толщи, а также и механизм который будет производить разработку. Например, для экскава­ тора с ковшом емкостью 0,25 м высота уступа должна быть 6 —

6,5 м; 0,5 м — 7 м; 1 м3 — 8 —10 м.

139

Карьеры стекольных песков по их назначению и объему добы­ ваемого сырья разделяются на централизованные, районные и за­ водские. Централизованные снабжают песком значительное число стекольных заводов, например Авдеевский, Новоселовский, ТашлиНский, на карьерах в год добывают 100—400 тыс. т песка и больше. Районные карьеры поставляют сырье 1— 2 крупным н не­ скольким мелким предприятиям. Годовой объем добычи песка на таких карьерах составляет 20—80 тыс. т (Глебовский карьер).

Заводские карьеры обеспечивают обычно один завод и годовая добыча на них в зависимости от производительности завода со­ ставляет 5—50 тыс. т.

В связи с тем что даже наиболее высококачественные природ­ ные пески отвечают требованиям только для оконного стекла, для других стеклоизделий пески требуют обогащения. Основной целью обогащения является удаление из песков соединений железа, а также других красящих окислов.

Удаление железа из песков достигается различными способами: отсеиванием мелких фракций, электромагнитной и воздушной се­ парацией, обработкой песка химическими реагентами, флотацией и флотооттиркой, промывкой и промывкой с оттиркой.

Результаты обогащения песков нескольких месторождений раз­ личными способами приведены в табл. 73.

Т а б л и ц а 73

Обогатимость стекольных песков

Несмотря на наличие значительного количества методов, неко­ торые пески обогащению почти не поддаются, так как соединения железа заключены внутри зерен кварца, и при геологоразведоч­ ных работах такие пески приходится браковать. Наряду с обо­ гащением с целью улучшения химического состава песков практи­ куется обогащение песков по гранулометрическому составу для удаления слишком крупных или слишком мелких зерен.

Песчаники Черемшанского месторождения перед плавкой под­ вергаются обработке на мельнице «Аэрофолл», где дробление, из­ мельчение и классификация материала производятся с помощью

140

воздуха. Продукт измельчения пригоден без обогащения для варки оконного стекла.

Для изготовления стекла с высокой светочувствительностью песчаник после измельчения в мельнице «Аэрофолл» должен обо­ гащаться электромагнитной сепарацией или флотооттиркой. При .. этом содержание РегОз снижается до 0,016—0,017%.

Кварцевые пески широко распространены в различных геоло­ гических образованиях, но чистые пески, пригодные для стекло­ варения без обогащения, встречаются довольно редко. Образуются кварцевые пески за счет химического и физического выветривания различных кварцсодержащих горных пород — изверженных, оса­ дочных и метаморфических.

Минеральный состав песков определяется рядом факторов, важ­ нейшими из которых являются: состав материнской породы, ха­ рактер выветривания и, наконец, длительность процесса переноса.

Как отмечал А. Н. Гейслер (1935), при физическом выветри­ вании горных пород образуются скопления главным образом пла­ стического материала сложного минералогического состава. Физи­ ческое выветривание преобладает в геосинклинальных областях. Образующиеся при этом пески относятся к группе полимиктовых.

Преимущественно кварцевые пески образуются путем химиче­ ского выветривания (олнгомиктовые пли мономинеральные). Пески такого рода обнаружены в основном в платформенных областях. При этом процессе из полевошпатовой части пород образуется гли­ нистая масса, которая затем вымывается, а остающиеся кварце­ вые зерна как наиболее стойкие к воздействию химического вывет­ ривания составляют скопления чистых песков.

Наиболее крупные месторождения стекольных песков связаны с морскими и аллювиальными образованиями (Люберецкое, Ташлинское, Новоселовское).

Конечный химический, гранулометрический и минералогический состав песков, кроме характера выветривания, обусловливается и целым рядом других факторов — петрографическим составом и структурой материнской породы, длительностью процесса вывет­ ривания, условиями и длительностью процесса переноса дезинте­ грированного материала и, наконец, вторичными процессами, ко­ торые могут создавать условия, благоприятные для улучшения качества песков (растворение и вынос железистых соединений и темноцветных минералов) или приводить к загрязнению песков глинистыми частицами и окислами железа.

В распространении кварцевых песков на территории нашей страны устанавливаются довольно четкие закономерности. Наи­ более богата кварцевыми песками Русская платформа. Их отло­ жения встречаются в кембрии, ордовике, девоне, карбоне, юре, мелу, палеогене, неогене и четвертичных. На Сибирской платформе кварцевые пески распространены гораздо меньше, хотя также при­ урочены к отложениям различных возрастов. Кроме того, пески здесь часто уплотнены до песчаников и даже кварцитов, что за­

141

трудняет их разработку. В пределах эпипалеозойских платформ кварцевые пески имеют ограниченное распространение.

Многие территории районов байкальской и палеозойской склад­ чатых зон лишены месторождений кварцевых песков (высокие части Урала, Центрального Казахстана, Тянь-Шаня). К малопер­ спективным районам мезозойской и кайнозойской складчатости от­ носятся Карпаты, горные районы Крыма, Кавказа, Камчатки. На Украинском и Воронежском кристаллических щитах, где суще­ ствовали благоприятные условия для длительного развития процессов выветривания, имеются месторождения кварцевых

песков.

По условиям залегания, морфологии залежей, степени выдер­ жанности мощности и качества среди месторождений стекольных

жанного химического и гранулометрического состава. Ожелезнеиие песков равномерное и умереннное. Обогащению пески поддаются довольно легко, хотя наряду с простейшими методами иногда при­ ходится применять и более сложные. В эту группу входят главным образом месторождения морского, аллювиального и озерного про­ исхождения.

II г р у п п а — средние, иногда довольно крупные месторожде­ ния сложного строения, большей частью с невыдержанным мощностным и гранулометрическим составом песков при выдержан­ ном химическом составе. К этой группе относятся главным образом флювиогляциальные и делювиальные пески. Встречаются место­

ные залежи песков, различных размеров, с значительно меняю­ щимися мощностью, гранулометрическим и химическим составом. Обогатимость песков может быть различной. Эта группа включает месторождения песков элювиального происхождения, а также осветвленные пески, образовавшиеся в результате глубинного вывет­ ривания. Крупная разработка затруднена.

IV гр у п п а — залежи песков неправильной формы небольшой и невыдержанной мощности, с незначительными запасами, со сравнительно выдержанными гранулометрическим и химическим составом. К этой группе относятся месторождения оподзоленных песков, образование которых связано с современными почвенными процессами. Месторождения этой группы из-за небольших запа­ сов в настоящее время почти не разрабатываются.

При проведении геологоразведочных работ на всех стадиях должно проводиться тщательное литологическое изучение продук­ тивной толщи, с выделением различных по минералогическому и гранулометрическому составу, а также по окраске горизонтов, оп­ ределением глубины поверхностного загрязнения (или оподзоливания), прослоев глинистых и песчано-гравийных пород.

142

Необходимо также изучать условия залегания песчаной толщи, геологического строения месторождения и гидрогеологических ус­ ловий, мощности и состава вскрышных пород.

Применение любых способов бурения стекольных песков не гарантирует от загрязнения извлекаемого материала железом. В связи с этим необходима тщательная и регулярная очистка всего рабочего бурового инструмента и обсадных труб от ржавчины, а также контроль за содержанием в пробах песков металлической

стружки.

Программа опробования стекольных песков должна состав­ ляться с учетом как особенностей строения месторождения, так и с видом стекла, производство которого планируется на базе песков месторождения. В связи с тем что стекольные пески в настоящее время редко используются без обогащения, одной из задач опро­ бования является изучение минерального состава песков с тем, чтобы определить минералы, которые являются носителями железа и титана, так как степень обогатимости этих минералов может быть различной. Существенное значение имеет и определение при­ уроченности железосодержащих минералов к той или иной фрак­ ции песков, а также к пленке или к самим зернам. Не менее важ­ но изучение состава пленки, часто обволакивающей зерна кварца, и определение возможности и методов ее удаления. В некоторых случаях приходится решать вопрос удаления из песков минералов, содержащих глинозем и щелочи. Методика опробования стеколь­ ных песков разработана Л. М. Гроховским (1968).

Опробование стекольных песков производится по всем выработ­ кам послойное,, а при большой мощности слоя — секционное. Ин­ тервал опробования в поисковую стадию составляет 1— 2 м.

В последующие стадии работ, когда основные закономерности строения месторождения уже установлены, длина секций опробо­ вания может быть увеличена до 3—4 м.

В приконтактовых зонах интервал опробования иногда прихо­ дится сокращать до 1—2 и 0,5 м, так как пески здесь могут быть загрязнены примесями. В пробы включаются линзы и прослои глин и некондиционных песков, которые не могут быть отработаны от­ дельно. Мощность таких линз и прослоев, в зависимости от способа разработки, может значительно меняться от 0,3—0,5 м до 1—2 м и более.

Прослои некондиционных песков большой мощности опробу­ ются отдельно и по результатам их изучения должен быть решен вопрос о возможности совместного использования песков этих про­ слоев вместе с кондиционными.

При опробовании скважин в пробу поступает весь материал, полученный с определенного интервала. Из горных выработок и обнажений пробы отбираются бороздкой. Конечная масса проб для химических анализов должен быть равен 80—100 г, для грануло­ метрических — около 1 кг и для минералогических 80—100 г. При необходимости специального выделения и изучения тяжелой фрак-

143

цнн, содержание которой в песках обычно незначительное, вес та­ ких проб приходится увеличивать.

В стадию поисковых работ на стекольные пески из буровых скважин, горных выработок и обнажений отбираются пробы для предварительной оценки качества песков и решения вопроса о воз­ можности применения их в промышленности в природном виде или после обогащения.

Анализы проводятся сокращенные. Это определение грануло­ метрического состава содержания окислов железа, а также Si02. Приближенно определяется минералогический состав. По отдель­ ным пробам, характеризующим основные разновидности песков, производятся более полные исследования, включающие химические анализы на Si02, Fe2C>3, А120з, CaO, MgO, R20 п красящие окислы,

атакже определение обогатимостп песков.

Впериод предварительной разведки в основном производятся те же определения, что и при поисках. Соотношение количества со­ кращенных и полных химических анализов определяется в зави­ симости от выдержанности состава песков.

При детальной разведке полные анализы производятся по обьединенным пробам, а по секционным определяется содержание окислов железа и частично А120 3 и красящих окислов.

При составлении объединенных проб следует учитывать как ка­ чественные характеристики выделенных горизонтов, так и намеча­ емую систему разработки месторождения. Длина объединенных

Si02, А120 з, Fe20 3 , Ti02, CaO, MgO, R20 и п. п. п. В некоторых пробах следует определять содержание Сг20з, а также закиси же­ леза и окислов марганца н иногда серного и фосфорного ангид­ ридов.

Производятся также спектральные анализы. Для определения содержания вредных примесей, присутствующих в небольших ко­ личествах, необходимо применять наиболее точные методы хими­ ческих анализов. Окись железа и других красящих окислов обычно определяется фотоколометрическим методом. Окись калия и нат­ рия рекомендуется определять при помощи пламенной фото­ метрии.

Точность химических анализов должна проверятся с помощью внешнего и внутреннего контроля. Контрольным анализам должно подвергаться не менее 10% проб. При наличии значительных рас­ хождений приходится производить арбитражные анализы.

Гранулометрический состав песков должен определяться на всех стадиях разведочных работ. В период поисков обычно поль­ зуются ситами с диаметром отверстий 0,8, 0,5 и 0,1 мм и только часть проб подвергается полному рассеву. При детальной разведке следует применять сита со следующими диаметрами отверстий: 0,833; 0,589; 0,417; 0,295; 0,208; 0,147; 0,124; 0,104; 0,074; 0,053 мм.

Рассев на этих ситах следует производить только по объединен­

144