Д. И. Менделеева Издательский центр Н. А. Панкова, Н. Ю. Михайленко стекольная шихта и практика ее приготовления учебное пособие

Характеристика отечественных доломитов и известняков,
используемых в стекольной промышленности

Сырьевой	Содержание, мас. %		Остаток,
материал	СаО+ МgО	МgО	нерастворимый в НСl, мас. %	Fe2O3, %	Влажность,%
Доломит Известняк	48,5 - 52,5 18,0 - 21,5	54,0 - 55,8 -	не более 2,0 0,8 - 2,2	0,05 - 0,40 0,08 - 0,28	не более 1 1

Таблица 3
Характеристика глиноземсодержащего сырья, используемого в
стекольной промышленности

Сырьевой материал	Содержание оксидов, мас. %
	Al2O3	Fe2O3	K2O + Na2O	K2O	Na2O
Полевые шпаты Кварцполевошпатовое сырье Нефелин	16 - 20 11,5 - 14,0 21,2 - 22,2	0,2 - 0,7 0,2 - 0,2 0,3	11 - 12 7 - 9 -	- - 5 - 6	- - 7 - 8

Таблица 4

Сырьевые материалы для введения в состав стекла оксидов
щелочных металлов

Сырьевой материал	Содержание основного вещества и примесей, мас. %
Оксид натрия	Na2CO3 NaCl Na2SO4 Fe2O3 нерастворимый п.п.п. остаток
Сода кальци-нированная техническая Сода тяжелая гранулирован-ная Сода кальци-нированная техническая из нефелинового сырья Сульфат натрия	99,0-99,2 0,5-0,8 до 0,05 не более 0,003 0,04 0,8 99,0-99,2 0,5 до 0,05 не более 0,005 0,05-0,08 0,8-1,5 К2СО3 К2SО4 87,0-96,5 2,0-6,5 1,5-6,5 0,005-0,020 0,1-0,2 0,5-10  0,6 98,5-99,6 0,005-0,010 0,05-10,0 0,04-0,05

Продолжение табл. 4

Оксид калия	К2СО3 Na2СО3 NaCl SO4^2- Fe2O3 нерастворимый п.п.п. остаток
Поташ Содопоташ-ная смесь	92,5-98,0 0,6-5,0 1,0-2,0 0,4-0,9 0,002-0,005 0,1-0,8 5,0 К2СО3 + Na2СО3 не менее 93,5 не более 0,02 0,2 5,0

Таблица 5

Баланс оксидов железа в стекле

Содержание Fe2О3	Количество Fe2O3, вносимое с сырьем, мас. %
в стекле, мас. %	песок	доломит	пегматит	сульфат натрия	сода	аппара- турное железо	от огне-упоров
0,14 - 0,16 0,07 - 0,08	0,060 0,013	0,027 0,012	0,039 0,039	0,0007 0,0007	0,010 0,0021	0,010 0,005	0,01 0,01

Примеси в сырьевых материалах могут быть разделены на две группы:
- вредные примеси - оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия;
- невредные - оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия.
Первые сообщают стеклу нежелательную окраску. Вторые обычно входят в состав стекла. Поэтому требуется только учитывать их количество, вводимое в стекло с сырьем, с тем, чтобы откорректировать остальные компоненты шихты.
Основным критерием чистоты сырьевых материалов принято считать содержание в них оксидов железа, которые снижают светопрозрачность стекла. Для некоторых производств жесткие требования предъявляются к содержанию в сырье оксидов хрома (Cr₂O₃) и хлора (С1^-).
Баланс оксидов железа в стекле (табл.5) показывает, что наибольшие загрязнения в стекло вносят песок и пегматит (40% и 26% от общего содержания оксидов в стекле, соответственно).


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