Кварцевый песок: применение, свойства, характеристики и классификация

Кварцевый песок: описание, свойства, применение

Кварцевый песок состоит из смеси природного кварца молочного и белого цветов. В природе он встречается в виде SiO2 с однородным составом, в котором содержание примесей практически нулевое. Добывают минерал двумя основными способами: в карьерных месторождениях открытым методом или методом направленных взрывов в долинах рек и озер. Частицы песка обычно имеют размеры от 0,1 до 5 мм. При последующей обработке песчинки просеиваются и распределяются по фракциям в зависимости от размеров – мелкие, крупные и средние. После этого песок дополнительно промывается и прокаливается.

Кварц – это широко распространенный минерал, составляющий более половины от всех объемов полезных ископаемых. Кварц можно обнаружить практически везде в различных состояниях, в том числе и в виде песка. Совокупность полезных свойств материала обуславливает его широкое вовлечение в самых разных сферах деятельности – от нефтепроизводства до изготовления ювелирных украшений.

Добыча и особенности производства

Добыча песка производятся двумя методами – открытым и закрытым.

В карьерах песок добывается при помощи экскаваторов, самосвалов, бульдозеров, самосвалов и скреперов – это открытый способ. При такой технологии сперва снимается слой грунта, скрывающий месторождение, а потом прокладываются транспортные пути для техники.
В районах рек и озер применяется гидромеханический закрытый способ добычи песка. Сооружаются специальные плавучие платформы и земснаряды. На платформах располагаются земляные насосы большой мощности, в которые порода поступает после контакта с разрыхрытелем, и попадает в систему труб. После материал сваливают в отвалы, где происходит обратное сцеживание воды. Далее кварц отправляется на последующую обработку;
Кварцевый песок изготавливают методом дробления горных пород при помощи специальных машин.

После непосредственно добычи сырье отправляется на постобработку – просушивание, просеивание и фракционное разделение. Это позволяет получить песок однородного состава.

Виды кварцевого песка

В зависимости от типа добычи материала, песок может быть природного или искусственного происхождения.

По форме песчинок песок подразделяют на окатанный – с округлыми песчинками, и дробленый – с угловатыми.

Более обширную классификацию дает разделение по месторасположению залежей кварца:

погребной песок;
горный песок;
речной и морской песок;
овражный песок (имеет большую долю глиняных примесей);
дюнные пески.

Прежде чем песок попадает к конечному потребителю, он обязательно проходит этапы промывки и отсеивания для уменьшения процента примесей в конечном составе. После этого материал отправляется на просушку и просеивание по фракциям. Лишь после этого песок можно отправлять заказчику.

Искусственный песок производится методом дробления минерала, добытого из горных пород. Здесь выделяют четыре вида фракций:

пылевидный (до 0,1 мм);
средний (от 0,1 до 0,4 мм);
крупный (от 0,5 до 1 мм);
крошка (более 1 мм).

По типу сферы применения различают стекольный, формовочный и фракционный типы песка. Применение песка зависит от его физико-химических свойств.

Стекольный кварцевый песок используется в основном в стекольной промышленности для изготовления технических, медицинских, парфюмерных, листовых стекол, а также для стекловолокон для электроники, керамики, фарфора, изоляторов и пр. Требования, предъявляемые к характеристикам материала, регламентируются ГОСТом 22551-77.
Формовочный песок в литейной промышленности может служить для изготовления элементов в чугунно-, сталелитейном и алюминиевом производстве, а также как сырье для формовочных материалов. Основные требования к формовочному песку изложены в ГОСТе 2138-91. Материал должен обладать высокими характеристиками газопроницаемости и просушивания, что в совокупности обеспечивает низкие потери при прокаливании и высокую стойкость к воздействию температуры. Другим важным параметром формовочного песка является высокое содержание диоксида кремния.
Фракционный песок отличается высоким качеством и применяется в зависимости от типа фракции. Материал хорошо себя проявляет в тяжелой промышленности – нефтегазовой, химической, металлургической, а также при производстве и сооружении фильтров и очистительных сооружений, дренажных систем, изготовлении различных сухих смесей и в качестве засыпки для площадок.

Основные характеристики вещества

Высокую потребность в кварцевом песке обуславливают его технические и эксплуатационные показатели. Стоимость кварцевого песка достаточно высока, поэтому используют только там, где действительно необходимо. Так, песок экономически невыгодно использовать в качестве наполнителя в смесях и материалах, предназначенных для заполнения пустот и выравнивания земляной поверхности.

У кварцевого песка выделяют три главные характеристики:

высокая пористость и инертность частиц, обеспечивающие хорошие фильтрующие способности;
однородность состава;
межзерновая пористость, обеспечивающая высокую грязеемкость.

Еще одним важным свойством песка является твердость его частиц. Это позволяет ему выдерживать химические и механические воздействия. Способность легко окрашиваться позволяет песку широко использоваться в качестве декоративного материала.

Химические свойства и состав

Кварцевые частицы имеют кристаллическую структуру, которая обеспечивает высокую прочность и невосприимчивость к воздействию химических реагентов типа кислот и щелочей. Химические свойства кварцевого песка обеспечиваю его твердость и тугоплавкость, инертность к ряду химических веществ, огнеупорность и пожаробезопасность.

Песок может иметь различные оттенки. Если он чист от побочных элементов, то имеет белый или молочный оттенок. При высоком присутствии титана песок преобладает розовый оттенок, а с железом – бурый.

В отличие от природного песка, кварцевый имеет мономинеральный состав, который обеспечивает стабильность таких свойств, как пористость, инертность, грязеемкость, механическая прочность и сорбиционные качества.

К основным особенностям состава кварцевого песка относятся:

содержание оксида железа – менее 1 %;
содержание глинистых примесей – менее 1 %;
содержание оксида кремния – около 95-99 %;
влажность – менее 10 %;
насыпная плотность – до 1400 кг/куб. м.

Именно химические свойства обуславливают широкое применение кварцевого песка в сферах производства, промышленности, осуществлении ремонтных работ и создании ландшафтного дизайна.

Физические свойства

Для кварцевого песка важны такие параметры, как истинная и насыпная плотность.

Истинной плотностью называется неизменный показатель соотношения кварца в плотном состоянии к его объему. Величину этого показателя определяет молекулярная структура и химический состав. Обычно плотность кварцевого песка составляет не менее 1400 г/куб. см.

Насыпной плотностью называется показатель соотношения массы к объему материала. Данная величина меняется в зависимости от влажности, а также уровня пористости внутренней структуры и воздушного пространства внутри нее.

Важными физическими характеристиками кварцевого песка являются:

истираемость – 0,1;
дробимость – 0,3;
использование по радиоактивности – 1 класс;
твердость (по Моссу) – 1 класс.

Применение кварцевого песка

Благодаря своим химическим и физическим свойствам кварцевый песок нашел широкое употребление в следующих областях.

Очистка воды и фильтрация. Являясь долговечным адсорбентом, кварц хорошо задернул вредные частицы. Есть особый вид кварцевого песка для фильтров, который используется в промышленных и бытовых условиях, а также в бассейнах. Крупные фракции обеспечивают задержку органического мусора, мелкие – тщательную очистку от остальных элементов. Уровень очистки зависит от емкости фильтра. Чем больше фильтр, тем больше в нем можно использовать песка и, соответственно, тем больше в нем будут задерживаться загрязнения. Для фильтра хорошим показателем считается способность задерживать частицы размерами около 20-25 микрон.
Напольные покрытия и наливные полы. Кварцевый песок может использоваться как заполнитель, повышая при этом уровень износостойкости, а также как декоративный элемент для обеспечения необходимого цвета или фактуры.
Изготовление силикатного кирпича и бетона. Также в строительной сфере песок широко используется для фасадной и декоративной штукатурки.
Стекольная промышленность. Для изготовления стекла используется мелкая фракция песка, проходящая предварительное обогащение сухим или мокрым способом для избавления от примесей железа.
Спецпокрытия. Кварцевый песок широко используется при обустройстве дорожных и спортивных покрытий. Материал применяется для дренажных систем, а также при нанесении разметки, при засыпке искусственной травы и швов между плитками. На спортивных объектах он используется при строительстве теннисных кортов, полей для гольфа, футбольных площадок, ипподромов и др.
Металлургия. Здесь песок используется для изготовления литьевых форм. Такую формовочную продукцию отличает высокая прочность и огнеупорность благодаря высокому показателю однородности вещества.
Обработка поверхностей песком. Высокая твердость песочных частиц позволяет использовать их под высоким давлением для очистки различных поверхностей от сильных загрязнений. В зависимости от типа поверхности можно использовать песок разных фракций.
Декор. Песок можно окрашивать и использовать в качестве декоративного материала, например, при оформлении аквариумов. При этом он достаточно долго сохраняет приобретенный цвет.

Также в небольших количествах песок применяют в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, для изготовления электрических предохранителей и др.