1.1.Стекольные пески и технология их обогащения

Стекольными называют кварцевые пески, содержащие более 95% оксида кремния (табл.6). Наиболее крупными месторождениями кварцевых стекольных песков на территории СНГ являются Раменское (Московская обл.), Ташлинское (Ульяновская обл.), Новоселовское (Харьковская обл.), Серное (Дагестан), Авдеевское (Донецкая обл.), Курганчинское (Таджикистан).

В соответствии с ГОСТ 22551-77 песок для стекольной промышленности делится на 15 марок, которые различаются содержанием основного вещества и примесей, в первую очередь, оксидов железа.

Таблица 6.

Требования к пескам, применяемым в производстве различных видов стекол

Вид производства	Допустимое содержание в песке, мас. %
	SiО2	Fе2O3
Листовое стекло Техническое стекло Тара бесцветная окрашенная Сортовое стекло Хрусталь Оптическое стекло Светотехническое стекло	98,5 99,5 98,5 95,0 99,3 99,8 99,8 99,9	0,05 - 0,07 0,025 - 0,030 0,05 - 0,07 до 0,35 0,03 0,012 ; Сr2O3 - 0,00015 0,010 ; ТiO2 - 0,05 0,015

Примеси в песках могут присутствовать в виде отдельных зерен минералов (слюда, глауконит, полевой шпат), в виде пленок на зернах кварца, включений в массе зерен или в виде твердых растворов с основным минералом. Примеси оксидов железа могут содержаться в составе мелкодисперсной глинистой фракции.

Количество оксидов железа, вносящееся в стекло с каждой группой примесей, распределяется следующим образом (в % к общему содержанию):

- с глиной и тонкодисперсной фракцией песка - до 65%;

- с пленкой на поверхности кварцевых зерен - до 50%;

- с тяжелыми минералами - до 50%;

- с легкими алюмосиликатами - до 10%;

- с включениями внутри зерен кварца - до 25%;

- с твердыми растворами в структуре минерала - до 3%.

Помимо оксидов железа, в песках могут присутствовать другие красящие оксиды: Сr₂O₃, TiO₂, P₂O₅, Co₂O₃, MnO₂. При содержании более 0,05% эта группа примесей должна удаляться из песка. Следует заметить, что цвет песков не всегда отражает содержание в них окрашивающих оксидов, так как в ряде случаев он зависит от органических примесей.

Одновременно в стекольных песках присутствуют неокрашивающие примеси: Al₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O. Эти оксиды, как правило, входят в состав стекла в качестве основных компонентов. Поэтому их содержание в песке должно учитываться при расчете состава шихты. По содержанию и характеру этих примесей различают пески:

- чисто кварцевые (более 98% SiO₂ и до 1,5% Al₂O₃);

- глинистые и глинисто-полевошпатовые (90 - 98% SiO₂ ; 1,5 - 10% Al₂O₃).

Обогащение стекольных песков осуществляют для удаления примесей, содержащих повышенное количество оксидов железа. Кварцевые пески различного минералогического состава требуют различной технологии обогащения (табл.7). Например, пески, содержащие пылевидные фракции с высоким содержанием оксидов железа, эффективно обогащаются путем промывки или воздушной сепарации. Если в песке содержатся минералы с высокой магнитной восприимчивостью, то пески должны подвергаться магнитной сепарации. Наиболее распространен в настоящее время флотооттирочный способ обогащения стекольных песков.

Технология флотооттирочного обогащения состоит из следующих стадий:

1. Стадия грохочения для отсева частиц песка размером более 0,8 мм;

2. Подача пульпы (взвесь песка в воде) во флотационную машину, состоящую из нескольких последовательно расположенных камер с мешалками с одновременной подачей в пульпу воздушных струй для ее эффективного перемешивания;

3. Подача в 2 - 3 последние камеры сульфатного мыла для отделения различных минералов, присутствующих в песке, в мыльную пену, которая скребками сбрасывается с поверхности жидкости в канализационный лоток;

4. Подача в последнюю камеру соды для оттирки с поверхности песчинок железосодержащих пленок;

5. Подача пульпы с отмытым песком на реечный классификатор для отделения твердой фракции от жидкости;

6. Подача мокрого песка в центрифуги для отделения оставшейся влаги;

7. Досушка песка в сушильном барабане.

В процессе флотации песок очищается от зерен тяжелых минералов и от пленок глинистых веществ, обогащенных оксидами железа. Пески глинистые и некоторые пленочные могут эффективно обогащаться простой промывкой и оттиркой в контактном чане и на реечном классификаторе.

В результате обогащения содержание оксидов железа в большинстве песков наших месторождений может быть снижено до 0,02 - 0,05%.

Помимо флотационного метода очистки песка от примесей оксидов железа и других минералов имеются и другие методы очистки песка, например, термохлорирование (обработка нагреваемого песка хлором с целью перевода оксидов железа в легко летучее хлорное железо) или обработка суспензии песка ультразвуком с целью разрушения прочных пленок оксидов железа на поверхности зерен кварца. При повышенных требованиях к чистоте стекольного песка его прокаливают, обрабатывают соляной и азотной кислотами или щелочью.

В настоящее время стекольная промышленность потребляет около 20% обогащенного песка, который вырабатывается на обогатительных фабриках, размещенных на карьерах Раменском, Ташлинском, Курганчинском (Таджикистан), Новоселовском (Украина), Антоновском, Серном (Дагестан), Аникшчаском (Литва).

Таблица 7

Характеристика способов обогащения стекольных песков

Способ обогащения	Особенности минералогического состава песка для использования данного способа обогащения	Применяемое оборудование и реагенты	Практическое снижение содержания оксидов железа, мас.%	Достигнутое снижение оксидов железа, мас.%
1	2	3	4	5
Промывка и классификация	Наличие в песке тонкодисперс-ных и крупных частиц с повы-шенным содержанием вредных примесей	Гидравлические и спиральные классификаторы, гидроциклоны, обезвоживающие конусы и конвейеры, грохоты, обеспылевающие устройства. Реагенты - понизители твердости и диспергаторы	60,0	80,0
Перемешивание в плотной среде и акустическая оттирка	Наличие пленок вредных приме-сей на поверхности зерен кварца	Контактные чаны, флотомашины, насосы, оттирочные машины, струйные устройства, классификаторы всех типов. Реагенты - понизители твердости и диспергаторы	80,0	90,0
Флотация и флотооттирка	Наличие в песке ожелезненных и глинистых минералов, флото-активных тяжелых минералов, примесь полевых шпатов	Флотационные машины механического и пневматического типа. Реагенты - собиратели, активаторы, вспениватели	85,0	95,0

Продолжение табл.7

1	2	3	4	5
Магнитная, электромагнитная и электростатическая сепарация	Наличие в песке магнитных минералов и примесей, способность примесей изменять магнитную восприимчивость под действием электрических полей	Магнитные, электромагнитные и электростатические сепараторы, намагничивающие устройства, классифицирующие машины и устройства для отделения крупных и мелких классов	65,0	80,0
Химическая и физико-химическая обработка	Чистые кварцевые пески и концентраты, прошедшие пер-вичную обработку. Жильный кварц и другие чистые кремний-содержащие минералы. Кварцсодержащее сырье с примесями других особо ценных элементов	Реакторы и контактирующие устройства, работающие в активных высокотемпературных средах при повышенном давлении. Реагенты - кислоты, щелочи, соли металлов, активные газы, плазма	99,0	99,999