Полевошпатовое сырье

Полевошпатовое сырье – это магматические, метаморфические и осадочные горны породы, в основном кислые, частично средние, алюмосиликатные горные породы преимущественно полевошпатового, кварц-полевошпатового, каолинит-полевошпат-кварцевого состава. Породы должны содержать полевые шпаты в количествах, достаточных для их промышленного извлечения, которые могут быть использованы без обогащения или после него в качестве технологического компонента той или иной отраслью промышленности.

Полевые шпаты, как минералы, относятся к группе силикатов с трехмерными решетками или каркасами [(SiAl)₄O₈] и являются наиболее распространенными породообразующими минералами, составляющими 60% земной коры.

Огнеупорные свойства полевых шпатов, их электрические и магнитные свойства (они диэлектрики и диамагнитики), химический состав предопределяют их использование как высококачественного сырья. Структура потребления в России их такова (%): для производства стекла – 45-50, керамики – 20-25, фарфоро-фаянсовых изделий около 20, абразивов и других материалов – 10-12.

Основными горными породами, используемыми для получения вышеперечисленных изделий являются интрузивные породы кислого состава, которые в основной своей массе сложены полевыми шпатами – гранитные пегматиты (пегматиты), лейкократовые граниты, аляскитовые граниты (в них цветные минералы присутствуют в минимальном количестве либо вообще отсутствуют), гранат-аплиты (аплиты) и коры выветривания (элювий), развитые по ним каолинитизированные гранитоиды. Очень ценным сырьем являются щелочные интрузивные породы – нефелиновые сиениты (состоят из полевого шпата и минерала нефелина). Из осадочных пород используются пески (песчаники) полевошпатового состава.

Наибольший промышленный интерес представляют т.н. калиевые полевые шпаты – микроклин и ортоклаз – КАlSi₃O₈. Используются также известково-натровые полевые шпаты (плагиоклазы) – альбит – NaАlSi₃O₈, реже олигоклаз и анортит (СаАl₂Si₂O₈).

Важнейшим показателем, определяющим качество сырья является отношение массовой доли оксида калия к оксиду натрия: К₂О/Na₂О – калиевый модуль. Чем он выше, тем ценнее сырье. По его величине выделяют: высококалиевые материалы (калиевый модуль более 3), калиевые (не менее 2), калий-натровые (не менее 0,9) и натриевые, в которых модуль не нормирован.

По массовой доле кварца полевошпатовые материалы подразделяются на собственно полевошпатовые (кварца менее 10%) и кварц-полевошпатовые (кварца более 10%).

Для промышленности предпочтительнее полевошпатсодержащие породы с суммой щелочных оксидов К₂О + Na₂О более 7, с суммой щелочноземельных оксидов СаО + МgО не более 2, с массовой долей Аl₂О₃ более 11, с массовой долей SiO₂ – 63-80%.

Кварц-полевошпатовые, нефелин-полевошпатовые и нефелиновые материалы являются важнейшими компонентами в составе шихты для производства электровакуумного и высокосортного технического стекла, листового технического и оконного стекла, изделий из темно-зеленого и тарного стекла.

В керамической промышленности для производства тонкой керамики (фаянс, фарфор, электротехнический фарфор) и строительной керамики (санитарно-керамические изделия, облицовочные и отделочные плитки, низкотемпературный фарфор) полевошпатовые и кварцполевошпатовые материалы используются в качестве плавня (флюса). Для тонкой керамики применимы материалы с калиевым модулем 2-3, а в изделиях высших марок – 3 и выше. Для производства изделий строительной керамики применяют преимущественно калий-натриевые кварц-полевошпатовые материалы с невысоким калиевым модулем (до 0,9), а для производства низкотемпературного фарфора – натриевые полевые шпаты с ненормируемым калиевым модулем.

В электрокерамическом производстве для изготовления высоковольтных фарфоровых изоляторов и т.д. необходимы высококалиевые полевошпатовые материалы с калиевым модулем не менее 3. Вредными примесями являются СаО и МgО (не более 1,5%). Особо вредной примесью являются оксиды железа – допускается 0,15-0,30%.

При производстве абразивных изделий полевой шпат применяют в качестве плавня, который при относительно низких температурах плавления образует вязкую стеклообразную связку, прочно скрепляющую зерна твердых абразивных материалов. Лучшее сцепление расплава с абразивами обеспечивают материалы с высоким калиевым модулем. В производстве сварочных электродов полевошпатовые материалы служат флюсом в керамической обмазке. Для данного производства необходимы высококалиевые полевошпатовые материалы, но допускается массовая доля оксидов до 1,5%. Отдельные разновидности полевых шпатов (лунный камень, солнечный камень, амазонит) являются камнесамоцветным сырьем.

Новыми областями применения полевошпатовых материалов является производство стеклокристаллических материалов типа ситалл и шлакоситалл (покрытие полов, облицовка стен промышленных помещений), теплоизоляционных материалов типа «пеностекло» (изоляция стен зданий, перекрытий, строительных конструкций).

В последнее время особую актуальность приобрела проблема, связанная с отделкой глазурями поверхностей из легкого бетона, непосредственно после его тепловой обработки.

Для покрытия стеновых панелей применяют ангобы (припекаемая керамическая масса), фриттованные (предварительно сплавленные) глазури, эмали и т.д.

Для этих новых направлений использования преимущественно требуются низкокачественные и некондиционные разновидности полевошпатового и нефелин-полевошпатового сырья.

По величине запасов месторождения полевошпатового сырья подразделяются (млн т): на очень крупные – более 12, крупные – 8-12, средние – 4-8, мелкие – до 4, очень мелкие – менее 4.

Урал в целом, и Свердловская область в частности, будучи геосинклинальной структурой, в связи с широким развитием кислых интрузивных пород и пегматитовых полей в их пределах, имеет хорошие перспективы на выявление высококачественных месторождений. В настоящее время регион испытывает дефицит этого сырья, который компенсируется поставками его из-за рубежа.

Стекольное сырье

Под стекольным сырьем понимают природные материалы, горные породы (кварцевый песок, карбонаты, минеральная сода и др.) и искусственные материалы (синтетическая сода, борная кислота, окись цинка, сурик, диоксид олова и т.д.), из которых после собственно технологических операций составляют стекольную шихту для варки стекла. Все применяемые материалы делятся на: стеклообразующие сырьевые материалы и вспомогательные (влияют на процесс варки и декоративное качество стекла).

Важнейшие слагающими стекло оксидами являются: SiO₂, P₂O₃, Ba₂O₃, из которых изготавливают соответственно стекла – силикатные, фосфатные, боратные.

В производстве стекла подавляющее количество занимают силикат-ные стекла – это строительное, архитектурное, тарное, посудное и иное стекло. Фосфатные – техническое, оптическое, электровакуумное стекло. Боратные (специальные) – рентгеновское, реакторное и др.

Химические продукты сразу добавляют в шихту, природные материалы – после обогащения (обработки). Главный компонент стекольной шихты силикатных стекол – кварцевый песок, составляющий 55−60 % массы сырья. Другие минеральные (природные) компоненты – минеральные соли (тропа, пахколит, давсонит, мирабилит и т.д.), кальцит, доломит.

Наиболее жесткие требования предъявляются к кремнеземной составляющей стеклянной шахты – кварцевым пескам (SiO₂).

Кварцевые пески должны иметь в гранулометрическом составе преобладающий размер зерен 0,1−0,25 мм (мелкозернистые пески), содер-жание глинистых частиц должно быть минимально. Содержание SiO₂ не менее 95 %, обычно же не менее 98−99 %.

Самая вредная примесь – окислы железа (FeO, Fe₂O₃). Их количест-во не должно превышать в низкосортном сырье 0,25 %, в высококачественном 0,01−0,02%. Содержание Аl₂O₃ в зависимости от сортности выплавляемого стекла ограничивается значениями 0,1−4 %. Вредными также являются красящие окислы хрома (Сr), титана (Тi) и ванадия (W).

Пески при поступлении на завод, обогащаются – т.е. удаляют глинистые частицы и железистые примеси, на поверхности кварцевых зерен. Это промывка, обтирка, флотация, флотообтирка, магнитная сепарация.

Требования к карбонатному сырью. Содержание СаО в известняках не менее 72 %, МgО – не более 2,5 %. В доломитах содержание СаО – не более 34 %, МgО – не менее 15 %.

Добыча кварцевых песков происходит открытым способом – земснарядами, землесосами, драгами, экскаваторами.

Нетрадиционные виды кремнезема для получения стекла – опоки, трепел (осадочные породы), липариты, трахиты, нефелины, нефелиновые сиениты, лейкократовые граниты (магматические породы).

В Свердловской области месторождений, сырье которых пригодно для производства качественного стекла (оконного, архитектурного) не имеется, вследствие главным образом повышенной железистости этих песков. Существующие заводы – Ирбитский, Уфимский, Натальинский и Ертарский работают на привозном сырье из Тюменской и Ульяновской областей. Тем не менее, имеются перспективы выявления высококачественных стекольных песков в морских осадках верхнемелового возраста (Серовский и Салдинский районы Свердловской области).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: