Экологические аспекты использования кремнезем содержащих горных пород в стекольной промышленности

Огромные запасы кремнеземсодержащих горных пород Российской Федерации – диатомитов, опок, трепелов, перлитов, пемзы и др., а так же ограниченность сырьевой базы качественных кварцевых песков в ряде регионов, дает основания рассматривать подобные минералы в качестве источника кремнезема в стекловарении – основного компонента большинства стекол.

В настоящее время в стекольной промышленности уже наметилась тенденция использования нетрадиционных сырьевых материалов – местных песков, горных пород, доменных шлаков, отходов обогащения руд. В первую очередь эта тенденция обусловлена стремлением производителей снизить себестоимость выпускаемой продукции, за счет более дешевого сырья, а так же определенную роль играет необходимость в утилизации промышленных отходов.

Вследствие широкого распространения кремнеземсодержащих пород, они часто сопровождают более ценные минералы, после добычи которых, скапливаются в отвалах. В данной работе использовался природный минерал порцеланит, залегающий совместно с фторапатитом и после добычи последнего, остающийся в пустой породе.

Порцеланит относящийся к группе осадочных и вулканогенноосадочных пород, состоящих более чем на 50% из обводненного или свободного кремнезёма в той или иной степени закристаллизованности [1]. По минералогическому составу порцеланит существенно отличается от традиционного     кремнеземсодержащего     сырья     стекольной промышленности. Если в стекольных песках оксид кремния представлен кристаллическим кварцем, то кремнеземсодержащими фазами порцеланита являются кварц и тридимит, а так же присутствуют примеси фторапатита и гипса. Химический состав порцеланита приведен в таб. 1. Результаты рентгенофазового анализа представлены на рис. 1.

Химический состав порцеланита.

Рис. 1. Фазовый состав порцеланита.

Присутствие в составе оксида железа в количестве ~  0,5% ограничивает область применения этого материала в стекольной промышленности, так как соединения железа отличаются высокой окрашивающей способностью. Оптимальной областью применения данного сырьевого материала, исходя из его состава, является производство окрашенного тарного стекла.

В качестве базового состава был взят типовой состав зеленного тарного стекла марки ЗТ-2 по ГОСТ Р 52022–2003 [2].

Синтез стекол проводили при различных температурно-временных условиях в печах различной конструкции:

• 1.    В лабораторной электрической печи с силитовыми нагревателями и автоматическим регулированием температуры, в корундовых тиглях объемом 100 мл, при максимальной температуре варки 1400 ^ОС;

• 2.    В тигельной печи с газопламенным обогревом в шамотных тиглях объемом 500 мл, при максимальной температуре варки 1500 ^ОС;

• 3.    В лабораторной электрической печи с переменной длительностью выдержки при максимальной температуре варки 1500 ^ОС.

Визуальная оценка варочной способности изученных стекол свидетельствует о том, что все шихты склонны к стеклообразованию при температурах 1450 – 1500 ОС.

Физико-химические свойства стекол измеряли по стандартным методикам на образцах удовлетворительного качества. Образцы 1П-2 и 2П-2 - составы стекол на основе порцеланита с красителем и без него соответственно. 2К-2 - на основе кварцевого стекла с красителем (рис. 2, рис. 3, табл. 2).

Удишент;., шм

Рис. 3. Спектры пропускания стекол на основе порцеланита и на основе кварцевого песка.

Температура с'

Рис. 2. Дилатометрических кривых синтезированных стекол на основе порцеланита и кварцевого песка.

Таблица 2.

Экспериментальные значения свойств стекол на основе порцеланита и кварцевого песка.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности применения порцеланита в стекольном производстве в качестве заменителя кремнезем-и кальцийсодержащего сырья. Полученный на основе этого сырьевого материала стекольный расплав не подвержен вспениванию, кристаллизации, образованию пороков, и при соответствующих температурно-временных условиях варки образует качественную стекломассу, допускающую формование методами стекольной технологии. Уровень физико-химических свойств стекол на основе порцеланита (ТКЛР, температура размягчения по Литтлтону, химическая стойкость, плотность) соответствует уровню основных эксплуатационных свойств тарного стекла на основе традиционного сырья.