1.6. Гранулометрический состав стекольного сырья

В промышленном стекловарении большое внимание уделяется рациональному подбору гранулометрического состава сырья. Гранулометрический состав сыпучих материалов влияет на их насыпную массу, плотность, сыпучесть, угол естественного откоса. Зерновой состав компонентов шихты оказывает влияние на условия ее смешивания, расслоение в процессе транспортирования и скорость реакций силикато- и стеклообразования.

Дисперсность кварцевого песка и других сырьевых материалов должна находиться в пределах, не вызывающих затруднения варки. Время (  ) растворения кварцевого зерна связано с его размером ( r ) следующей зависимостью:

 = К r³ / 1 / где К - коэффициент, зависящий от состава стекла ( для листового стекла К = 8,8  10⁶ при температуре варки 1400 ^ОС ).

По этой причине гранулометрия песка оказывает значительное влияние на процесс варки стекла. Чем мельче зерна песка, тем выше скорость стеклообразования. Однако при варке монофракционного песка этот процесс протекает медленнее. Зерна песка окатанной формы плавятся с меньшей скоростью, чем угловатой, или зерна, имеющие трещины. В связи с этим требования к гранулометрии песка отличаются значительным разнообразием. В частности, в зарубежной литературе предлагается полностью отделять зерна песка диаметром более 0,5 мм. Однако это требование на высокопроизводительных линиях трудновыполнимо из-за сильного износа просеивающего оборудования. Поэтому более мелкий песок, в частности, вибромолотый, используют только при производстве тугоплавких стекол.

Проводятся эксперименты по механической активации (помолу) песка с помощью струйных мельниц и дезинтеграторов. Однако их производительность в настоящее время оказывается низкой и не удовлетворяет современному высокопроизводительному производству.

Мелкие фракции песка содержат большое количество тяжелых минералов (магнетита, ильменита, силлиманита, дистена, гематита, лимонита, рутила, турмалина, циркона), многие из которых являются тугоплавкими, а также содержат окрашивающие оксиды железа, хрома (табл.11).

Таблица 11

Содержание тяжелых минералов в мелких фракциях песка

Размер частиц песка, мм	0,2 - 0,4	0,1 - 0,2	0,05 - 0,1	0,025 - 0,05
Содержание тяжелых минералов, %	0,008 - 0,14	0,05 - 0,19	0,25 - 0,87	1,0

В то же время имеются наблюдения, что все минералы, присутствующие в природном песке, полностью расплавляются при современных температурах варки. К появлению пороков в готовом стекле приводят минералы, засоряющие песок искусственно при его транспортировке. К их числу относятся, главным образом, хромиты. Метод их обнаружения в песке, поступающем на завод, основывается на их высокой плотности, в результате чего при отмучивании пробы песка в струе воды или помещении его в органическую жидкость повышенной плотности эти минералы погружаются на дно сосуда.

Требования отечественных стандартов обеспечивают размер песка после его просева 0,1 - 0,8 мм (табл.12), в то время как действующие зарубежные стандарты - 0,1 - 0,5 мм. Фракция крупных зерен (в песках ) составляет обычно 2 - 10 %. Поскольку именно эта группа сырья задерживает процесс стекловарения, то главной задачей стадии просева при обработке сырья является отсев именно этой фракции. Также опасно присутствие в сырье фракции менее 0,1 мм (так называемой “пылевидной”), так как вследствие больших сил поверхностного натяжения мелкие частицы обладают способностью комковаться, т.е. в процессе варки они ведут себя как крупные частицы. Помимо отсева мелкой фракции, для ее устранения подбирается помольное оборудование, не создающее переизмельчения сырьевых материалов.

В ряде стран используют доломит и известняк более крупного размера - 1 - 3 мм. Это связано с тем, что при варке шихты, содержащей крупнозернистые доломит и известняк, задерживается процесс их диссоциации, при этом в образующемся расплаве появляется большое количество газовых пузырей, которые способствуют усреднению стекломассы. Переход на крупнозернистый доломит позволяет повысить производительность технологической линии его обработки в составном цехе. Однако применение крупнозернистого доломита в стекловарении допустимо только при использовании достаточно чистого сырья. Если в доломите содержится большой процент кремнеземистой примеси, то он должен измельчаться в соответствии с требованиями табл. 16.

Таблица 12

Требования к гранулометрии песка

Показатели качества	Диаметр фракций песка, мм
	менее 0,1	0,1 - 0,4	более 0,5	более 0,75	более 0,8
Требования ГОСТ по содержанию отдельных фракций	не более 4 - 8	93	не более 5	не более 2	не более 0,5
Содержание отдельных фракций в необогащенных песках, %	13	78	15		
Оптимальная гранулометрия для стекловарения, мм		0,1 - 0,7			
Средняя гранулометрия крупнозернистых песков, мм		0,15 - 0,41			
Средняя гранулометрия мелкозернистых песков, мм		0,15 - 0,3			

Применительно к щелочесодержащим компонентам шихты вопросы оптимизации гранулометрии решаются путем использования “тяжелой” соды. Она представляет собой моногидрат карбоната натрия с более компактной кристаллической структурой (табл.8). Размер частиц тяжелой соды составляет 0,1 - 1,0 мм. Она менее склонна к комкованию и пылению, поэтому хорошо хранится в бункерах, легко подается в дозаторы. Все это улучшает условия приготовления шихты и варки из нее стекла.