книги / Металлургия, технология угля и неметаллических полезных ископаемых

Иногда применяют для футеровок шамотный кирпич-сырец, об­ жиг которого осуществляется уже при работе футерованного им агрегата. Кладка из шамота-сырца все же является менее проч­ ной, чем из обожженного шамотного изделия.

М а г н е з и т о в ы е о г н е у п о р ы используются преимущест­ венно для выкладки сводов мартеновских печей, футеровки зоны спекания цементных печей и т. д.

для изготовления реторт и тиглей для плавки стали и сплавов цветных металлов. Сырьем для них является графит, а связую­ щими добавками — огнеупорные пластические глины (температура спекания 1200—1250° С).

Общая схема производства графитовых огнеупоров сходна с отмеченными общими схемами производства огнеупорных изделий.

ление сырых материалов в электрических печах с последующей отливкой изделий в песочных или земляных формах.

Стоимость плавленных огнеупоров значительно выше сравни­ тельно с огнеупорами, получаемыми обжигом, поэтому они при­ меняются лишь для особо ответственных изделий.

Плавленные огнеупоры изготовляют из смеси глины или као­ лина с бокситом, либо с диаспором, а также из смесей, состоящих из окиси хрома (20—40%), окиси магния (18—30%), глинозема (28—45%), и других окислов (8—14%).

Для специальных целей изготовляют изделия высшей огнеупор­

ности.

Так, например, тигли для плавки чистых металлов изготовляют из окислов А120 3, CaO, BeO, LrO, Th02 и других выдерживающих температуры выше 2000° С, а тигли из смеси боридов, нитридов и Карбидов могут работать и при еще более высоких температу­ рах. Так, например, огнеупорность: TiC + TiN — 3222°С LrC — 3522° С 4ТаС + Н1С — 4215° С.

§6. Производство стекла

Ст е к л о представляет собой остывший неметаллический рас­ плав в виде аморфного, изотропного, хрупкого, в той или иной мере прозрачного тела.

При определенных температурных условиях стекло обнаружи­

вает склонность к кристаллизации; при нагревании оно постепенно размягчается, переходя из твердого в тягучее, а по мере повы­ шения температуры нагрева — в жидкое состояние. Этот процесс обратим при охлаждении стекла, если не произойдет его кристал­ лизация.

кварцевый песок, содержащий не менее 99% кремнезема в зернах С,15—0,40 мм. Особые требования предъявляются к содержанию железа в песке, оно может колебаться в зависимости от сорта стекла в пределах от 0,02 до 0,5%, а для специальных оптических стекол не должно превосходить 0,0001%. В составе стекол содер­ жатся также окислы щелочных металлов, которые вводят в сте­ кольную шихту (преимущественно в виде углекислых солей, раз­ лагающихся в последующих процессах) для образования силика­ тов калия и натрия. В стеклах обычно должны быть и окислы кальция и магния, вводимые в виде углекислых солей, в неболь­ ших количествах в шихту добавляются окислы алюминия и др.

Некоторые горные породы, как например, нефелин, андезиты и другие также могут быть использованы в стекольном производ­ стве, так как они содержат ряд компонентов, нужных для про­ изводства стекла — окись алюминия, соединения щелочных метал­ лов и др.

Обычно в производстве стекла сырьевые материалы делят на главные и вспомогательные. К главным, помимо кварцевого песка, относят соду, поташ, сульфат натрия, известняк, доломит, борную кислоту, буру, чистый глинозем и некоторые другие. К вспомога­ тельным материалам — красители, обесцвечивающие вещества, ос­ ветлители и т. д. В качестве красителей для получения цветных стекол применяют окислы различных металлов, например, окись железа дает цвета от желтого до коричневого, окись кобальта — синий, закись никеля — фиолетовый, окись меди — голубой и зеле­ ный (в зависимости от количества), закись меди — красный и т. д.

Некоторые редкоземельные элементы (неодим, церий и др.), применяются для окраски специальных сортов стекол.

Обесцвечивающими веществами являются селен, окись марган­ ца и т. д. Для получения огнеупорных стекол в состав стекольной шихты вводят соединения буры. В шихту вводят и окислители — азотно-кислый натрий или калий, мышьяковистый ангидрид и дру­ гие, или восстановители — кокс, соединения олова и т. д.

Химический состав стекол в основном характеризуется следую­ щими данными Si02— 69—72%; СаО — 6—7%; MgO — 3—5%; Na02— 14—16%; К20 — до 3%; А120 3 — 1—5%; Fe20 3 — 0,1—0,2%.

П р о и з в о д с т в о с т е к л а складывается из следующих ос­ новных операций: измельчения, обогащения и очистки сырьевых материалов (для которых эти операции требуются) и их шихтовки; варки стекольной массы; формования; отжига и некоторых допол­ нительных операций (механической, термической обработки гото­ вых изделий и т. д.).

ных цементов, упрочнения грунтов, в электроизоляционной, кра­ сочной и других отраслях промышленности. Калиевое жидкое стекло применяется реже натриевого, преимущественно в тех слу­ чаях, где требуется повышенная вязкость, например, при футе­ ровке, требующей особо эластичных швов.

Растворимое стекло часто применяется также в обогатитель­ ной практике в качестве реагента для подавления частиц пустой породы при флотации руд.

Ситаллы

С и т а л л ы — это микрокристаллические материалы гетероген­ ной структуры, получаемые на основе стекла путем принудительно управляемой его кристаллизации. Если в стекло (или изделие из стекла) ввести катализатор и нагреть до температуры выпадения катализирующих добавок, то в стекле образуется большое коли­ чество центров кристаллизации. При дальнейшем повышении тем­ пературы на этих центрах происходит кристаллизация стекла, причем благодаря огромному количеству центров кристаллизации и одновременному росту кристаллов получается материал однород­ ной и мелкокристаллической структуры (ситалл).

Мелкокристаллическая структура ситалла обеспечивает его большую механическую прочность и жаропрочность по сравнению с исходным стеклом. Жаропрочность ситалла объясняется тем, что образовавшиеся в нем кристаллики представляют собой опреде­ ленные тугоплавкие соединения, состоящие из окислов, которые входят в состав стекла. Стекло же размягчается постепенно и на­ чало размягчения лежит при температурах значительно более низких, чем температура плавления кристаллов.

Уже получены ситаллы, обладающие кратковременной жаро­ стойкостью до 3000° С, прозрачные ситаллы и ситаллы с нулевым коэффициентом расширения, выдерживающие резкую смену тем­ ператур от 1000 до 0°С. Металлические свойства ситаллов близки к свойствам чугуна, их жаропрочность, термостойкость близки к лучшим сортам высоколегированных сталей.

Начато производство так называемого шлакоситалла из огнен­ но жидких шлаков, выходящих из доменных печей, в которые до­ бавляют двуокись кремния в виде кварцевого песка. Последний растворяется в шлаке с образованием стекла, легко превращаю­ щегося в ситалл.

Расплавленное стекло можно также отливать в формы, про­ катывать и т. д., т. е. изготовлять различные конструктивные материалы с последующей или одновременной их ситаллизацией.

§ 7. Силиконы

На основе силикатного сырья в последние годы изготовляют различные кремнийорганические соединения — силиконы, и дру­ гие, которые приобретают в современной технике большое зна­ чение.

Как известно, природный кварц представляет собой естествен­ ный полимерный материал, сложенный из бесконечных цепей:

" > S i< Q > S i< Q > S i<

Этот материал отличается от органических полимеров высокой жаростойкостью, твердостью и рядом других очень ценных ка­ честв. Но в отличие от органических полимеров кварц лишен элас­ тичности, очень трудно обрабатывается и т. д.

В молекуле кремнийорганических веществ сохраняются основ­ ные свойства кварцевокислородных групп и органических поли­ меров. Это — силиксаны, из которых получают кремнийорганические полимеры, или как их часто называют — силиконы. От кварца они унаследовали повышенную термостойкость, а от органической присадки — высокую эластичность, способность хорошо обрабаты­ ваться и т. д.

В качестве примера можно привести один из распространенных силиконовых полимеров — полидиметил силиксан:

СН3 СН3 СНз сн3

—О - Si- О —Si—О—Si—О - Si—О—

Силиконы оказались не только теплостойкими и пригодными для теплоизоляции материалами, но показали ряд свойств, делаю­ щих их исключительно ценными для применения в самых различ­ ных областях народного хозяйства.

Так, например, пленки из кремнийорганических соединений предохраняют металлические изделия от коррозии. Силиконы пре­ дохраняют от разрушения и керамические материалы, исполь­ зуемые в радиотехнике, электротехнике и других отраслях про­ мышленности.

Керамический изолятор — хороший диэлектрик в сухом состоя­ нии, но будучи увлажненным, утрачивает электроизоляционные свойства.

Керамическая деталь после обработки парами диметилхлорсилана покрывается защитной пленкой, благодаря тому, что, взаимо­ действуя с водой, диметилхлорсилан переходит в полидиметилсиликсан. Ткань, обработанная силиконовым раствором, делается непромокаемой. Значительно упрочняются после пропитки сили­ конами и различные строительные материалы (кирпич, облицо­ вочные плиты и т. д.). Хорошо себя зарекомендовали и различные кремнийорганические электроизоляционные лаки (ЭФ-3, ЭФ-5Т, и другие). Большое техническое значение приобретают силиконо­ вый каучук, силиконовые смазки, формы и т. д.

§ 8. Асбест, слюда, тальк

Асбестом называются минералы из группы серпентина и ам­ фибола, обладающие способностью расщепляться на тончайшие и гибкие волокна. Соответственно различают хризотил-асбест и амфибол-асбест. Из них наибольшее промышленное значение имеет хризотил-асбест, на долю которого падает 95% мировой добычи асбеста.

По химическому составу асбестовые минералы являются вод­ ными силикатами магния, железа и отчасти кальция и натрия.

Х р и з о т и л - а с б е с т 3Mg0-2Si02-2Hj0 отличается шелкови­ стым блеском зеленовато-серого оттенка. Твердость его по шкале Мооса 2—2,5; плотность 2,5 г/с-м3; длина волокон до 50 мм, тол­ щина— доли микрона. Волокна гибки и обладают высокой проч­ ностью на разрыв (234—317 кГ/смг), огнеупорностью, адсорбцион­ ной способностью, слабой тепло-звуко и электропроводностью, сравнительно легкой растворимостью в кислотах.

долитом 2Na20-6(Fe, Mg)0-2Fe203- 17Si02-3H20. Волокна анто­ филлита имеют меньшую прочность (сопротивление на разрыв 138—263 кГ/см2), чем волокна хризотил-асбеста, но обладают высокой химической стойкостью, так как кислоты, щелочи и соли не оказывают на них действия. Тремолит имеет хрупкие волокна длиной до 5 мм очень небольшой механической прочности, но вместе с тем отличающиеся большой кислотоупорностью.

Ас б е с т благодаря высокой механической прочности своих волокон, несгораемости и эластичности находит широкое приме­ нение в различных областях промышленности.

Номенклатура изделий из асбеста превышает тысячу наимено­ ваний, причем в большинстве случаев асбест не имеет полноцен­ ных заменителей. Его применяют в текстильной промышленности для прядения специальных тканей, шнуров, канатов и других, в различных отраслях химической промышленности и т. д. Низшие сорта асбеста используются для производства строительных и тер­ моизоляционных материалов, асбоцементных труб, асбошиферной плитки и кровли.

М е с т о р о ж д е н и я хризотил-асбеста имеются на Урале, в Сибири, на Кавказе и т. д. За рубежом крупные месторождения известны в Канаде и Южной Африке.

Месторождения амфибол-асбеста имеются на Урале. Уральский асбест впервые начали добывать в конце прошлого

столетия. К 1970 г. добыча асбеста достигла сотен тысяч тонн. Асбест широко применяется в отечественной промышленности и экспортируется в различные страны.

Р а з р а б о т к а м е с т о р о ж д е н и й асбестовых руд произво­ дится главным образом методом открытых работ.

При разработке месторождений стремятся максимально извлечь

длинноволокнистые сорта асбеста, считающиеся наиболее ценны­ ми. Обычно асбестовая руда делится на 4 сорта: отборная — с волокнами хризотил-асбеста длиной не менее 22 мм, содержащая 70—80% асбеста; отбойная — с волокнами длиной 12—15 мм, со­ держащая 20—40% асбеста; мусор-руда, содержащая 15—20% хризотил-асбеста, получается в процессе отбойки руд первых двух сортов; необогащенная или мелкопрожильная руда, содержащая 5—10% хризотил-асбеста, получается в результате добычи руд из мелкожильных асбестоносных зон.

О б о г а щ е н и е а с б е с т о в о й р у д ы состоит в отделении чистого асбеста от серпентиновых пород, которые он пронизывает в виде тонких жилок. Хризотил-асбест, в отличие от других видов асбеста, сравнительно слабо связан с включающей его породой, особенно легко отделяется длинноволокнистый асбест; мелкопрожильный кварц связан с вмещающей его породой достаточно прочно. Метод обогащения асбестовых руд основан на использо­ вании различия в трении и упругости волокон асбеста и пустой породы при их движении по наклонной плоскости.

Технологический процесс обогащения асбестовой руды осуще­ ствляется по следующей схеме: сушка руды; сортировка на круп­ ный и мелкий классы; грубое дробление; мелкое дробление; отде­ ление пустой породы; тонкое измельчение (распушивание) в де­ зинтеграторах; дополнительное отделение пустой породы; тонкое измельчение; окончательное отделение тонкой породы. В концент­ ратах асбестовых руд содержится до 80% асбестовых минералов.

На современных асбестовых обогатительных фабриках отдель­ ные технологические операции полностью механизированы. Обра­ щено особое внимание на устранение запыленности воздуха, на комплексное использование ископаемого сырья, в частности, ис­ пользования из отходов производства асбеста-щебня, песка и дру­ гих строительных материалов.

Слюдами называются минералы с общими кристалло-физиче­ скими свойствами — совершенной спайности и способности рас­ щепляться на тонкие пластинки. Химически слюды представляют собой алюмосиликаты с включением щелочных и щелочноземель­ ных элементов. Химический состав отдельных слюдяных минералов имеет существенные различия, однако общим для всех них яв­ ляется содержание до 45% кремневой кислоты.

Главными минералами слюды являются мусковит ЗАЬОз-КгО-

•6Si02-2H20, биотит и вермикулит, флогопит.

Условия залегания слюды могут быть различными, она встре­ чается в виде крупных технически пригодных кристаллов и в виде равномерно распределенных выделений в породе.

Благодаря исключительным диэлектрическим свойствам и теп­ лостойкости, слюда имеет широкое применение в электротехниче­ ской промышленности. Мировая добыча слюды только для приме­ нения ее в качестве электроизолятора достигает порядка 35 тыс. т в год.

В последние годы наряду с добычей природных слюд разви­ вается промышленность синтетических слюд, получаемых из ис­ кусственно составленной шихты из MgO, AI2O3, SiOo, KF,

M gF 2, A 1F 3.

Шихту плавят в печах при температурах на 50—100° С выше температуры плавления получаемой синтетической слюды.

В СССР известны месторождения слюды в Сибири. Одно из мощных месторождений — Алданское флогопитовое. Здесь встре­ чается флогопит, рассеянный в виде оторочек (на контакте кар­ бонатных и силикатных пород), флогопитовые жилы и флотопитовые выделения в метасоматических зонах.

Мощные месторождения слюдяных минералов известны в райо­ нах, объединяемых под общим наименованием «Мамслюда».

Кристаллы слюды, извлеченные из руды, общей площадью 3 см2 для мусковита и 4 см2 для флогопита, называемые забойным сырцом> поступают в цехи обработки. В сырце допускается наличие посторонних примесей до 5%, слюдяной мелочи до 5%.

Листовая слюда составляет 80—95% от объема всей слюдяной продукции и получается из кристаллов слюды — забойного сырца.

Особенностью природных слюдяных кристаллов является пла­ стинчатая форма, что может быть использовано для их выделения при механическом обогащении (барабанные грохоты, щелевой барабанный сепаратор, винтовой бортовый сепаратор, лотковый сепаратор, вибрационные колосниковые решетки и др.).

Концентраты получаются с содержанием до 50—60% слюды. Толщина кристаллов до 50—70 мм.

Практически все технологические схемы обогащения слюдяных руд (содержащих 6—8% слюды) предусматривают две стадии обогащения на колосниковых решетках.

Тальк представляет собой водный магнезиальный силикат 3Mg0-4Si02*H20, в котором окись магния до 4% замещена за­ кисью железа. Этот минерал очень мягок, жирен на ощупь, твер­ дость по шкале Мооса 1 —1,5, имеет белый, серый, желтоватый или зеленоватый цвета. Обладает большой огнеупорностью, малой теп­ лопроводностью, не разлагается кислотами (кроме плавиковой) и является хорошим диэлектриком.

Б природе тальк встречается редко в чистом виде, чаще он попадается в смеси с другими минералами, образуя тальковый сланец (тальк, переслаиваемый кварцем) или тальковый камень, часто называемый горшечным камнем, представляющий собой смесь талька с хлоридами, слюдой, углекислым кальцием, окисью железа и окисью магния.

Плотная разновидность талька носит название стеатита или жировика. Последний имеет жирный блеск и неровный излом,

просвечивает по краям.

Г л а в н е й ш и е м е с т о р о ж д е н и я талька находятся на Урале.

Руды талька обычно подвергаются обогащению путем предва­ рительного дробления, помола и последующей флотации.

В п р о и з в о д с т в е тальк применяется в тонко разхмолотом состоянии и очищенный от посторонних примесей.

Тальковая мука применяется в лакокрасочной, карандашной (цветные карандаши), резиновой фармацевтической и парфюмер­ ной промышленности, а также в качестве адсорбента при очистке масел.

Стеатит применяется в производстве кислотоупоров и огнеупо­ ров, „ для изготовления электроизоляторов, работающих при вы­ соких температурах, а также в качестве компонента в керамиче­ ских массах и глазурях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении их термической стойкости.

§9. Барит

Ба р и т (тяжелый шпат) BaS04 представляет собой природный сульфат бария, содержит 65,7% ВаО и 34,3% SO3.

Встречается в зернистых агрегатах. Окраска серого, белого, голубого, красноватого цветов, иногда бесцветная (в кристаллах), блеск стеклянный, твердость по шкале Мооса 3—5,5, плотность 4,48 г/см3.

Барит не является силикатом, но в нем обычно содержатся примеси силикатов, SiO^, CaS04, SrS04, БегОз, А120 3 и других, поэтому технология его приводится в настоящем разделе.

Частыми спутниками барита являются кварц, кальцит, флю­ орит, пирит, халькопирит, галенит, сфалерит и другие минералы.

М е с т о р о ж д е н и я б а р и т а имеются в Закавказье, на Ура­ ле, Алтае, в Казахстане и других районах.

Обогащение баритовых руд в простейшем виде состоит из опе­ раций дробления и последующей промывки руды.

Бариты, так же как и силикаты, иногда получают из отходов как побочный продукт при обогащении свинцово-цинковых руд. Например, на Салаирской обогатительной фабрике получают ба­ рит из руд, содержащих 6—8% цинка, 0,75—1% свинца и до 50% барита. Здесь применяют селективную флотацию руды, получая отдельно свинцовый и цинковый концентраты и в хвостах — барит.

Из баритовых хвостов путем дальнейшей их переработки по­ лучают баритовый концентрат, содержащий 85—88% BaS04. Отдельный цех переработки хвостов дает в сутки 250—300 т кон­ центрата.

Хранение баритового концентрата в целях защиты его от ат­ мосферных осадков осуществляется в специальных закрытых складах.

Высококачественные сорта барита в тонкоразмолотом виде, часто отбеленные серной кислотой, применяются в качестве на­ полнителя в производстве резины, бумажной промышленности и

зоо