Общие сведения о кварцитах и кварцевых песчаниках и требования металлургической промышленности к их качеству

Песчаниками называются обломочные осадочные горные породы, состоящие из зерен различных минералов, обломков горных пород, сцементированных каким-либо связующим веществом. По составу, форме и размерам зерен они, как и пески, чрезвычайно разнообразны. Зерна в песчаниках обычно представлены кварцем, но наряду с ними часто присутствуют зерна полевых шпатов, слюды, каолинита и других минералов, а также обломки горных пород. Цементом могут быть глинистые или слюдистые минералы, кремнезем (кварц, халцедон, опал), карбонаты, гипс, битумы, окислы железа, глауконит. В том случае, когда зерна песчаников состоят из кварца, а пространство между ними сплошь заполнено хорошо раскристаллизованным кремнеземным цементом, их называют кварцевыми, или кварцитовидными. По величине зерен песчаники разделяются на грубозернистые (2,0—1,0 мм), крупнозернистые (1,0—0,5 мм), среднезернистые (0,5—0,25 мм) и мелкозернистые (0,25—0,01 мм). Механическая прочность песчаников зависит от степени их уплотнения и варьирует в очень широких пределах: наиболее крепкие имеют временное сопротивление сжатию 1000—1500*10в5 Па). Плотность песчаников изменяется от 2,5 до 2,8 г/см3, водопоглощение от 0,36 до 3,19%.

Кварцитами называют мелкозернистые кварцевые или кремнистые песчаники, в которых и зерна, и цемент полностью метаморфизованы и представлены минералами кремнезема, макроскопически неразличимыми между собой. Кварциты, по сравнению с песчаниками, имеют большую плотность и прочность. Временное сопротивление сжатию у кварцитов обычно находится в пределах 1000—1400*10в5 Па, достигая в некоторых случаях 4500*10в5 Па. Свойства кварцитов и кварцевых песчаников определяются чистотой их химического состава, плотностью, структурой и другими факторами. Для производства динаса наиболее ценным сырьем являются плотные кварциты. Рыхлые кварциты дают после обжига пористый черепок, а при помоле большое количество мелочи, что ухудшает формовочные свойства масс. Свойства кварцитов и кварцевых песчаников как огнеупорного сырья в значительной степени определяются способностью перерождения слагающего их кремнезема в тридимит. Кварциты, состоящие из зерен кварца и базального цемента с тончайшей структурой, и кремнистые песчаники с аморфным скрытокристаллическим или халцедоновым цементом перерождаются быстро. Распределенные в них примеси играют роль плавней минерализаторов, ускоряющих превращение. Кроме того примеси образуют с кремнеземом расплавы, которые в известной мере служат связкой. Таким образом, содержащиеся в кварцитах и песчаниках примеси в этом отношении играют положительную роль. Однако крупнозернистые их включения, а особенно прослои снижают качество кварцитов как сырья для производства динаса. Наличие таких примесей обусловливает в ряде случаев необходимость сортировки и мойки сырья, но даже и при этом не всегда удается освободиться от них, особенно если примеси образуют плотную известковистую корку. В этом случае кварциты не могут быть использованы для производства динаса, так как в нем могут образовываться так называемые «дутики», что приведет к растрескиванию кирпича из-за гашения свободной извести.

Пористость подавляющего большинства кварцитов после обжига при высокой температуре увеличивается, что снижает устойчивость его к механическим и химическим воздействиям. Качественные кварциты после обжига при температуре около 1400°С не крошатся и не растрескиваются, имея водопоглощение не свыше 3—4% и кажущуюся пористость 9—10%.

По степени пористости кварциты разделяются на четыре группы (табл. 27).

Основным сырьем для производства ответственных динасовых огнеупоров являются очень плотные и плотные кварциты. Пористые кварциты применяются или в смеси с плотными или самостоятельно для менее ответственных огнеупоров, а очень пористые — только как добавка.

Разнообразие условий службы вызвало необходимость производства динаса различного состава и свойств, требования к которым регламентируются соответствующими стандартами. На товарный кварцит разработан ГОСТ 9854-61. Согласно этому ГОСТу, кристаллические кварциты, применяемые для производства динаса по содержанию в них SiO2 разделяются на две марки К97 (с содержанием SiO2 не менее 97%) и К98 (с содержанием SiO2 не менее 98%). В кварците обеих марок, кроме того, ограничивается содержание Al2O3 (не более 1,6 и 1,1% соответственно). В кварците марки К98 лимитируется также содержание Fe2О3, которое не должно превышать 0,6%. В кварцитах Овручского месторождения для марки К98-25 содержание Fe2O3 должно быть не более 0,4%- Размер кусков товарного кварцита должен быть от 300 до 25 мм для марок К98-300 и К97-300 или от 25 до 5 мм — для марок К98-25 и К97-25. Причем количество кусков размером меньше указанных в каждом случае не должно превышать 5%.

Требования к кварцитам и кварцевым песчаникам, используемым в качестве флюсов для выплавки меди и никеля, разнообразны. Основным показателем их пригодности является содержание кремнезема, который способствует переводу в шлак содержащегося в рудах железа. Из примесей наиболее вреден глинозем, повышающий вязкость шлаков; нежелательна также примесь железа. Обычно в качестве флюсов используются кварциты и кварцевые песчаники с содержанием SiO2 не менее 95% и лишь при наличии в самом флюсе ценного металла, позволяющего его попутно извлекать (медистые, золотоносные и серебросодержащие песчаники), допускается снижение в них содержания SiO2 до 85 и даже до 60%. Техническими условиями, например, на поставку кварцитов Антоновского месторождения содержание SiO2 предусматривается не менее 97,5%, Al2O3 1,0% и Fe2O3 1,2%. Размер кусков должен находиться в пределах 10—30 мм (для некоторых заводов 40) при количестве кусков меньших размеров не более 7%.

Техническими условиями на кварцит месторождения Гора Караульная (ТУ—14—8—99-74) допускается поставка кварцита различных марок с содержанием SiO2 не менее 85,92 и 97% при содержании Al2O3 не более 8,0; 2,0 и 1,3% соответственно и окиси кальция не более 1,5; 1,0 и 0,5% в зависимости от марки кварцита. Зерновой состав кварцита для разных марок также различен: 100—45 мм; 45—5 мм; 8—2 мм; 3,2—0,56 мм.

Жесткие требования предъявляются к кварциту, используемому в производстве ферросплавов. Они также разнообразны и регламентируются техническими условиями на кварциты каждого отдельного месторождения. Так, например, дробленый кварцит Taрасовского месторождения в зависимости от марки, согласно ТУ—14—8—59-72, должен содержать SiO2 не менее 96 и 98%, Al2O3 — не более 1,6 и 0,5 соответственно, CaO — не более 1,0 и 0,7% в зависимости от марки. Размер кусков должен находиться в пределах 25—100 мм.

В кварцитах Антоновского месторождения, используемых в производстве ферросплавов, согласно ТУ—14—5—52-74, содержание SiO2 должно быть 97,5%, Al2O3 не более 1,0% и Fe2O3 — не более 1,5%. Размер кусков 25—30 мм.

Высокие требования предъявляются также к кварцитам, используемым в алюминиевой промышленности. Так, например, Иркутскому алюминиевому заводу должны поставляться кварциты с содержанием SiO2 не менее 98%, Al2O3 — не более 0,9%, Fe2O3 — не более 0,4% и CaO — не более 0,25%. Особенно высокие требования предъявляются к кварцитам, используемым для производства ферросилиция, карбида кремния, силумина, трансформаторных сталей, кристаллического кремния. Требования к качеству этих кварцитов должны в каждом отдельном случае согласовываться с потребителем.