Способ обогащения природного кварцевого песка

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности, к технологии обогащения природного кварцевого песка, являющимся сырьевым компонентом для получения многих силикатных материалов. В способе обогащения природного кварцевого песка путем отделения растительных, каменистых, пылевидных и глинистых включений перед отделением пылевидных и глинистых включений песок обрабатывают в шаровой или стержневой мельнице с удельными энергозатратами от 1 до 6 кВт·ч на тонну до прироста удельной поверхности обогащенного песка от 80 до 600 см²/г. В результате воздействий мелющих тел и трения зерен песка между собой происходит сдирание поверхностных оболочек из инородных минералов на зернах и частичное измельчение песка. Содержание кварца в песке возрастает, а более мелкие и мягкие глинистые минералы, железистый лимонит, кальцит, а также органические примеси, удаляются сепарацией. Прирост удельной поверхности песка и ликвидация оболочек на его зернах повышает активность обогащенного песка как заполнителя в структуре искусственного камня. Изобретение позволяет повысить эффективность обогащения кварцевого песка. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области технологии производства строительных материалов, в частности, к технологии обогащения природного кварцевого песка, являющимся сырьевым компонентом для получения многих силикатных материалов, таких как стекло, керамика, вяжущие вещества автоклавного твердения. Кварцевый песок в крупнотоннажных количествах используется как мелкозернистый заполнитель в бетонах.

Известен также способ активации известково-песчаной смеси в производстве силикатного кирпича при обработке ее в стержневой мельнице с энергозатратами от 7 до 16 кДж на кг сухой смеси (RU 2184652 С1, 10.07.2002).

Недостатком способа является недостаточное отделение включений от частиц кварцевого песка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ обогащения природного кварцевого песка путем отделения растительных, каменистых, пылевидных и глинистых включений (ХАВКИН Л.М. Технология силикатного кирпича. - М.: Стройиздат, 1982, с.71-73).

Недостатком способа является невозможность полного отделения примесей и включений из кварцевого песка, а также снятия с поверхности песчинок тонких оболочек инородных минералов, существенно снижающих реакционную способность кварца и прочность сцепления вяжущего с кварцевым заполнителем. Кроме того, наличие в технологических смесях частиц глины, известняка, полевого шпата, слюды и окислов железа не позволяет получать максимально возможные физико-технические показатели искусственных камней. А повышенное содержание окислов железа в сырьевой шихте ухудшает прозрачность стекла.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего в одном технологическом процессе осуществить более эффективное обогащение кварцевого песка и повысить его химическую активность.

Указанная задача решается в способе обогащения природного кварцевого песка путем отделения растительных, каменистых, пылевидных и глинистых включений, при котором, согласно изобретению, перед отделением пылевидных и глинистых включений песок обрабатывают в шаровой или стержневой мельнице с удельными энергозатратами от 1,0 до 6 кВт·ч на тонну сухого песка до прироста удельной поверхности песка в пределах 80-600 см²/г.

Перед обработкой в мельнице песок предварительно высушивают и частицы меньше 0,1 мм отделяют в воздушном сепараторе после обработки в мельнице.

Обработку песка осуществляют в мельнице с одновременной сушкой и помолом, а фракцию меньше 0,1 мм отделяют топочными газами.

Обработку песка в мельнице осуществляют по мокрому способу при влажности 26-50%, а пылевидные и глинистые фракции отделяют в пескомойке или гидроциклоне и электромагнитном сепараторе.

При обработке песка в стержневой мельнице используют песок при естественной влажности до 10%.

Решение этой задачи стало возможным благодаря экспериментам и анализу новых и ранее полученных результатов исследований, которые показали реальность удаления с поверхности песчинок оболочек из инородных минералов. Это достигается главным образом под воздействием интенсивного трения между песчинками благодаря работе мелющих тел в мельнице. Сдираемые частицы инородных минералов имеют малые размеры, которые могут легко удаляться из песка сепарацией в водной или воздушной среде. В этом процессе происходит некоторое увеличение удельной поверхности песка, обусловленное относительно низкими энергозатратами на обработку песка в мельнице.

Сущность изобретения и отличительные признаки состоят в следующем. Способ обогащения природного кварцевого песка включает процессы отделения растительных, каменистых, пылевидных и глинистых включений, который отличается тем, что перед отделением пылевидных и глинистых включений песок дополнительно обрабатывают в помольном агрегате, например, в шаровой или стержневой мельнице, с удельными энергозатратами от 1,0 до 6,0 кВт·ч на тонну сухого песка до прироста удельной поверхности песка в пределах 80-600 см²/г.

Физико-химическое обоснование предлагаемого технологического процесса состоит в следующем. Тонкая оболочка на поверхности зерен песка, образованная из инородных минералов (преимущественно глинистого и железистого состава), имеет меньшую прочность и реакционную активность в сравнении с кварцем и соединена с ним относительно слабыми хемосорбционными связями. Однако она не отделяется от поверхности зерен кварца даже в пескомойке.

Эти разделительные оболочки препятствуют хорошему сцеплению вяжущего непосредственно с прочным кварцевым заполнителем и являются причиной образования слабого звена в структуре искусственного камня. А неудаляемые железосодержащие оболочки препятствуют использованию такого песка в производстве стекла и многих видов керамики.

Механическая обработка песка в мельнице с относительно малыми удельными энергозатратами в пределах 1,0-6,0 кВт·ч/т позволяет снять с поверхности зерен песка имеющиеся оболочки из нежелательных инородных минералов, превратив их в тонкодисперсную фракцию. Эта тонкая фракция легко отделяется от песка воздушной сепарацией или отмывкой в пескомойке.

Кроме того, воздействие мелющих тел на зерна песка позволяет расколоть часть зерен, имеющих микротрещины и дефекты структуры, а также агрегаты сцементированных зерен. Дальнейших рост прилагаемых энергозатрат позволяет уменьшить размер зерен и увеличить удельную поверхность песка, что существенно улучшает качество песка как заполнителя для искусственных камней. В зависимости от ожидаемого технологического эффекта оптимальный прирост удельной поверхности песка находится в интервале 80-600 см²/г.

В качестве примера осуществления способа обогащения природного кварцевого песка в табл.1 приведены результаты исследования изменения состава и свойств обогащенного кварцевого песка в зависимости от величины удельных энергозатрат Е при его обработке в стержневой мельнице.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что отмывка песка в пескомойке позволяет в основном удалить глину, но не разрушает оболочку из инородных минералов на поверхности зерен песка. Это подтверждается как данными химического анализа, так и петрографическими исследованиями. Обработка песка в мельнице с энергозатратами с относительно малой интенсивностью позволяет снять упомянутые оболочки, заметно повысить содержание SiO₂, снизить количество Fe₂О₃ и потери при прокаливании. Кроме того, обработка песка в помольном агрегате позволяет существенно уменьшить и содержание органических примесей. Это вызвано разрушением поверхностных оболочек на зернах песка и последующим удалением измельченных частиц инородных минералов и органики при дальнейшей сепарации песка, например, в пескомойке или гидроциклоне и электромагнитном сепараторе.

Таблица содержит информацию о зависимости величины удельной поверхности песка, а также прочности при сжатии цементно-песчаных образцов от величины энергозатрат при обработке песка в помольном агрегате. Установлено, чтo с ростом энергозатрат удельная поверхность песка закономерно возрастает. При этом увеличивается и прочность прессованных цементно-песчаных образцов состава 1:4, изготовленных и твердеющих в равных условиях в течение 28 суток.

Выявлено, что при обработке песка в помольном агрегате уже при энергозатратах 1 кВт·ч/т происходит существенное улучшение всех показателей используемого песка. А максимальные значения химико-технологических свойств песка проявляются в интервале 3-4 кВт·ч на тонну, это касается и прочности при сжатии прессованных образцов.

Предлагаемый способ обогащения природного кварцевого песка имеет большое практическое значение. Например, использование обогащенного и активированного песка позволяет значительно повысить физико-технические свойства бетонных изделий: прочность, долговечность, истираемость, морозостойкость, а также улучшить внешний вид изделий.

Обогащение песка по данному способу позволяет расширить сырьевую базу стекольной промышленности и повысить качество ее продукции.

Формула изобретения

1. Способ обогащения природного кварцевого песка путем отделения растительных, каменистых, пылевидных и глинистых включений, отличающийся тем, что перед отделением пылевидных и глинистых включений песок обрабатывают в шаровой или стержневой мельнице с удельными энергозатратами от 1,0 до 6 кВт·ч на тонну сухого песка до прироста удельной поверхности песка в пределах 80-600 см²/г.

2. Способ обогащения природного кварцевого песка по п.1, отличающийся тем, что перед обработкой в мельнице песок предварительно высушивают и частицы меньше 0,1 мм отделяют в воздушном сепараторе после обработки в мельнице.

3. Способ обогащения природного кварцевого песка по п.1, отличающийся тем, что обработку песка осуществляют в мельнице с одновременной сушкой и помолом, а фракцию меньше 0,1 мм отделяют топочными газами.

4. Способ обогащения природного кварцевого песка по п.1, отличающийся тем, что обработку песка в мельнице осуществляют по мокрому способу при влажности 26-50%, а пылевидные и глинистые фракции отделяют в пескомойке или гидроциклоне и электромагнитном сепараторе.

5. Способ обогащения природного кварцевого песка по п.1, отличающийся тем, что при обработке песка в стержневой мельнице используют песок при естественной влажности до 10%.