ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ
КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ
, студент гр. ОПИ-13
, ст. преподаватель кафедры «Металлургия и горное дело»
Рудненский индустриальный институт
Kварц - один из самых распространённых минералов в земной коре, породообразующий минерал большинства магматических и метаморфических пород. 12% земной коры состоит из кварца. В настоящее время Казахстан обладает огромными запасами месторождений кварца, который является основным сырьем для многих отраслей. Подтвержденные запасы высококачественного кварца составляют порядка 65 млн. тонн, запасы кварцитов, пригодных для производства кремния - 267 млн. тонн.
Чистый и особо чистый кварц применяется главным образом для выпуска кварцевых тиглей, для получения оптического стекла, а также прозрачного кварцевого стекла, также кварц потребляется для выпуска синтетического кварца. В мировой промышленности помимо перечисленных выше областей особо чистый кварц используется в волоконно-оптической технике, трубок для вольфрамовых галогенных и ртутных ламп. Разработаны технологии переработки особо чистого кварца для выпуска кремния солнечного качества (для солнечных батарей). Поэтому, естественным представляется то обстоятельство, что с ростом промышленности высоких технологий (Hi-Tech) потребность в особо чистом кварце будет увеличиваться.
К высокочистому кварцу в мировой практике относят продукт с содержанием SiO2 более 99,99 %. Также к высокочистому кварцу относят некоторые кварцевые наполнители для полупроводниковой промышленности с более низким содержанием SiO2 – не менее 99,7-99,8% (табл. 1). По мнению экспертов, рынок высокочистого кварца является крайне закрытым, с небольшим количеством игроков и при этом – весьма высокоприбыльным и значительно рискованным.
Таблица 1. Характеристика кварцевого и размер рынка сырья в 2011 г.
Продукция | SiO2 минимум, % | Др. элементы максимум, % | Размер рынка, млн. т. |
Чистые кварцевые пески | 99,5 | 0,5 | >70 |
Полупроводниковый накопитель | 99,8 | 0,2 | 2 |
Кварцевый кон-т низкого сорта | 99,95 | 0,05 | 0,75 |
Кварцевый кон-т среднего сорта | 99,99 | 0,01 | 0,25 |
Кварцевый кон-т высшего сорта | 99,997 | 0,003 | <0,1 |
Также кварц широко используется в стекольной промышленности. Качество сырья определяется химическим и гранулометрическим составом.
Основная вредная примесь – железо, которое является причиной окраски стекла. Кроме него окрашивающими примесями являются кобальт, никель, хром, марганец и титан, содержание которых не регламентируется, так как их присутствие закономерно связано с присутствием железа. Снижение содержания железа до указанных пределов обеспечивает необходимую очистку по всем компонентам.
Таблица 2. Требования к химическому составу кварца в стекольной промышленности.
Назначение | Содержание на сухое вещество, % | Допустимые отклонения | |||
Fe2O3 не более | Al2O3 не более | SiO2 не менее | По SiO2 | По Al2O3 | |
Оптическое стекло, свинцовый хрусталь, увиолевое стекло | 0,01 | 0,1 | 99,8 | 0,2 | 0,05 |
Листовое увиолевое стекло, бессвинцовый хрусталь, сортовая посуда, фары | 0,015 | 0,6 | 99,3 | 0,2 | 0,1 |
Техническое витринное стекло, зеркальное, оконное улучшенное, медицинское и лабораторное стекло, хозяйственная посуда | 0,03 | 0,6 | 98,5 | 0,2 | 0,1 |
Запасы высококачественных кварцевых песков, не требующих обогащения, все более и более истощаются. Поэтому в большинстве стран кварцевые пески обогащаются на крупных механизированных предприятиях.
В 1960-х годах для обогащения песков была разработана типовая схема, включающая операции: промывку, механическую оттирку и флотацию в нейтральной среде с сульфатным мылом или другими собирателями жирно - кислотного ряда.
На обогащение поступает исходный материал двух сортов: первый с содержанием Fe2O3 не ниже 0,08% и второй с содержанием Fe2O3 0,13 - 0,2%.
Из песков первого сорта получается обогащенный продукт с содержанием Fe2O3 не более 0,05% и SiO2 98,5%. Из стекольной части предполагается получать концентрат с содержанием 0,08% Fe2O3 и 98% SiO2. Схема фабрики представлена на рис. 1.
Так как эта схема малоэффективна и не позволяет получить достаточно качественный материал, в последующие годы, были разработаны схемы, с получением более качественного продукта. Эти схемы включают в себя операции классификации и магнитной сепарации.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производственной мощности, надежности при эксплуатации, упрощение технологического производства кварцевых концентратов и улучшение качества кварцевого концентрата путем повышения его однородности.
Указанная задача достигается тем, что способ сухого обогащения кварцевых песков для получения кварцевого концентрата включает 2-х стадиальное грохочение, сушку, 3-х стадиальную классификацию песков, подачу подрешетного продукта на две стадии магнитной сепарации для удаления сильномагнитных и слабомагнитных включений, при этом дополнительно проводят процесс вакуумной классификации по классу 0,16 мм путем удаления пылевоздушной смеси от основного технологического, вследствие чего происходит полное выделение и последующее улавливание фракции (-0,16+0,1 мм), после процесса вакуумной классификации фракция песка подается на загрузку продукта в емкости.
Результаты проведенных испытаний по определению химического состава готовой продукции приведены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты испытаний
Марка песка | Содержание SiO2, % не менее | Содержание Fe2O3, % не более | Содержание Al2O3, % не более |
ООВС-015-1 | 99,3 | 0,015 | 0,2 |
ОВС-020-В | 99,0 | 0,02 | 0,4 |
ОВС-025-1А | 98,5 | 0,025 | 0,4 |
ВС-030-В | 98,5 | 0,03 | 0,6 |
ВС-040-1 | 98,5 | 0,04 | 0,6 |
ВС-050-1 | 98,5 | 0,05 | 0,6 |
В следующем предлагаемом способе обогащения кварцевого песка отличительной особенностью является использование оттирки. Такая оттирка используется для удаления с поверхности кварцевых зерен железосодержащих пленок. Оттирка - простой и экономичный способ, позволяющий улучшить качество кварцевого концентрата для стекольной промышленности.
Выделение крупной фракции и выведение ее в готовый продукт или на измельчение с последующим возвращением в технологическую схему позволяет более полно использовать сырье.
Предлагаемый способ сухого обогащения кварцевых песков иллюстрируется следующими графическими материалами.
Рис. 3, 4. Схемы способа сухого обогащения кварцевых песков с выводом в готовый продукт и измельчением крупного продукта классификации, соответственно.
Рис. 5, 6. Схемы способа сухого обогащения кварцевых песков с выводом в готовый продукт и измельчением крупного продукта классификации и электростатической сепарацией, соответственно.
Реализация предлагаемого способа сухого обогащения кварцевых песков позволяет дополнительно извлечь вредные примеси из кварцевых песков и получить кварцевый концентрат для стекольной промышленности более высокого качества, а также повысить комплексность использования сырья.
В последней анализируемой схеме целью является повышение выхода стекольного концентрата высокого качества из исходного сырья, а также сокращения энергозатрат на обогащение и упрощение производственного процесса.
Полученные продукты могут найти широкое применение в промышленности, в частности могут быть использованы в производстве оконного стекла, бесцветной тары и других стеклоизделий, требующих высокой чистоты сырьевых материалов для получения светопрозрачной стекломассы.
Список источников:
http://www. findpatent. ru/patent/248/2486969.html http://www. findpatent. ru/patent/239/2392068.html http://www. findpatent. ru/patent/253/2535547.html