Кварцевый песок
Общие сведения
Кварцевый песок представляет зернистый минерал, образующийся в результате разрушения кварцсодержащих пород. В земной коре распространен очень широко. Чистый кварцевый песок имеет минимум инертных примесей: в основе его состава до 99% составляет диоксид кремния – кремнезем (SiO2), который имеет молочный цвет. Цветовую гамму кварцевому песку придают различные примеси, входящие в его состав, в виде глинистых карбонатов, оксидов железа, полевых шпатов и других горных пород. При этом цвет песка может изменяться от желтого до красно-бурого и даже черного. Кристаллическая структура кварца придает песку исключительные характеристики устойчивости к воздействию кислот и щелочей и его прочности – твердость достигает 7 по шкале Мооса. Тугоплавкость и химический состав кварцевого песка обуславливают его повышенную огнеупорность и пожаробезопасность. Материал по своим свойствам относится к диэлектрикам.
В процессах очистки воды используется два вида песка, которые разделяют по способам добычи и обработки: окатанный и дробленый. Окатанный имеет вид округлых зерен, и образуется в результате природного воздействия, дробленный – является результатом дробления кварцевой породы и выглядит как гранулы неправильной формы с неровными краями.
Добыча окатанного кварцевого фракционного песка производится открытым способом из карьера или земснарядом из природных месторождений в поймах рек и озер. Последний способ позволяет осуществлять добычу песка, содержащего высокий процент содержания диоксида кремния (SiO2), что выгодно отличает его от карьерных разработок, где обычно добывают строительный песок, который зачастую загрязнен глинистыми породами, что требует дополнительных затрат на его обработку. Но при этом зерна окатанного песка могут быть практически любого цвета – от белого до темно-коричневого.
Дробленый кварцевый песок получают дроблением и рассевом горных пород, содержащих кремний. В зависимости от типа используемого сырья – горных пород он бывает нескольких видов: серого цвета (кварцит), молочно-белого цвета (дробленый кварц) и коричневого цвета (другие природные минералы).
Добытый песок-сырец проходит ряд технологических операций, в том числе промывку от грязевых отложений и очистку от примесей химическим методом. В результате этих обогатительных процессов в конечном продукте увеличивается содержание кварца. После сушки на специальных установках отмытый и высушенный кварцевый песок проходит через ряд сит, где разделяется на фракции. Полученную продукцию называют фракционным кварцевым песком.
Наиболее востребованными фракциями кварцевого песка, используемого для очистки воды, являются фракции: 0,4-0,6 мм, 0,6-0,8 мм, 0,5-1,0 мм, 0,8-2,0 мм и 2-5 мм. При этом последний вид чаще всего используется в качестве поддерживающего слоя для основной фильтрующей загрузки.
Кварцевые пески известны своими хорошими адгезионными свойствами (например, в лакокрасочной промышленности их используют как добавки к грунтовкам для повышения их адгезионных свойств). С другой стороны кварцевые пески обладают очень низкой сорбционной способностью, поэтому осветление воды на них осуществляется в основном за счет сил притяжения, вызванных адгезией и суффозией. Окатанные кварцевые пески ввиду низкой шероховатости зерен также имеют относительно низкую грязеемкость, из-за чего нужны дополнительные производственные затраты на частую промывку загрузки. Частично от этой проблемы избавлены дробленые кварцевые пески, но они имеют более высокий процент истираемости и вымываемости, что ведет к более частой замене кварцевого материала в фильтрах.
Проблема вымываемости примесей из кварцевого песка является особенно актуальной при подготовке воды для котлов высокого давления, где ограничено содержание кремния в подпиточной воде.
Поэтому, в последнее время кварцевые пески, как правило, применяют в составе многослойных загрузок, в которых кварцевых песок играет роль финишной загрузки, отвечающей за удержание самых мелких механических примесей (20-25 мкм).
Физико-химические характеристики
| Наименование показателя |
Фракция кварцевого песка |
| 0,4-0,6 |
0,6-0,8 |
0,5-1,0 |
0,8-2,0 |
2,0-5,0 |
| Изготовитель |
Поликварц |
| Цвет |
светло-бежевый |
| Вид обработки |
окатанный |
| Размер зерна, мм |
0,4 – 0,8 |
0,6 – 0,8 |
0,5 – 1,0 |
0,8 – 2,0 |
2,0 – 5,0 |
| Объемный (насыпной) вес, кг/м3 |
1630 – 1650 |
1590 – 1620 |
1560 – 1610 |
1550 – 1600 |
1270 – 1290 |
| Плотность гранул, кг/м3 |
2600 – 2650 |
| Удельная поверхность, м2/г |
2,15 – 2,20 |
2,10 – 2,15 |
2,05 – 2,1 |
1,90 – 2,05 |
1,50 – 1,90 |
| Истираемость, % |
0,15 – 0,30 |
| Измельчаемость, % |
2,6 – 3,2 |
| Межзерновая пористость, % |
< 38 |
< 39 |
< 39,5 |
< 40 |
< 55 |
| Коэффициент однородности |
1,52 |
|
|
|
|
| Коэффициент формы зерна |
1,2 – 1,27 |
| Эффективный диаметр1), мм |
0,55 |
0,62 |
0,67 |
1,10 |
1,30 |
| Грязеемкость, г/м3 |
|
| • без предварит. подготовки |
600 – 750 |
– |
| • с предварит. подготовкой |
800 – 1250 |
– |
| Прирост сухого остатка, мг/л |
< 20 |
| Прирост окисляемости, мг/л |
< 10 |
| Прирост кремнекислоты, мг/л |
< 10 |
| Прирост алюминия и железа, мг/л |
< 2 |
| Изменение значения рН |
< 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
1) – расчетные данные на основе гранулометрического состава
Химический состав
| Наименование соединения |
Химическая формула |
Содержание, % масс. |
| Глинистость |
– |
< 0,3 |
| Оксиды кремния |
SiO2 |
99,2 |
| Оксиды железа |
Fe2O3 |
0,075 |
| Оксиды алюминия |
Al2O3 |
0,67 |
| Оксиды титана |
TiO2 |
Следы |
| Окись кальция |
CaO |
0,33 |
| Окись магния |
MgO |
0,21 |
| Окись натрия |
Na2O |
0,025 |
| Окись калия |
K2O |
0,08 |
| Влажность |
Н2О |
< 1 |
Гидродинамические характеристики
| Наименование показателя |
Фракция кварцевого песка |
| 0,4-0,6 |
0,6-0,8 |
0,5-1,0 |
0,8-2,0 |
| Объемная скорость фильтрации, м/ч |
| • однослойная загрузка |
4 – 12 |
7 – 15 |
4 – 15 |
| • многослойная загрузка |
12 – 25 |
15 – 30 |
15 – 25 |
| • при обратной промывке |
30 – 35 |
35 – 40 |
40 – 45 |
| Перепад давления слоя1), кПа/м, менее |
30 |
20 |
15 |
10 |
| Рекомендуемая высота слоя, мм |
| • однослойная загрузка |
600 – 900 |
| • многослойная загрузка |
250 – 400 |
| Высота свободного борта, % от высоты слоя |
> 50 |
| Время обратной промывки, мин |
15 – 30 |
| Расширение слоя при обратной промывке, % от высоты слоя |
| • однослойная загрузка |
30 – 45 |
| • многослойная загрузка |
20 – 25 |
1) – расчетные данные на основе гранулометрического состава
Условия применения
| Наименование показателя |
Фракция кварцевого песка |
| 0,4-0,6 |
0,6-0,8 |
0,5-1,0 |
0,8-2,0 |
2,0-5,0 |
| Назначение |
| • основной фильтрующий слой |
да |
да |
да |
да |
нет |
| • вспомогательный фильтрующий слой |
да |
да |
да |
да |
да |
| • поддерживающий слой |
нет |
нет |
нет |
нет |
да |
| Содержание примесей, мг/л, не более |
| • взвешенные вещества |
5,0 |
7,0 |
12,0 |
15,0 |
– |
| • нефтепродукты |
1,0 |
| • полифосфаты |
1,0 |
| • активный хлор |
5,0 |
| • микробиологические примеси1) |
отсутствие |
| Окисляемость перманганатная, мг О2/л |
< 15,0 |
| Температура воды, оС |
4,0 – 60,0 |
| Значение водородного показателя рН |
5,0 – 10,0 |
| Допускаемая предподготовка |
| • аэрация воды |
допускается |
не треб. |
| • дозирование активного хлора |
допускается |
не треб. |
| • дозирование перманганата калия |
допускается |
не треб. |
| • дозирование озона |
допускается |
не треб. |
| • дозирование перекиси водорода |
допускается |
не треб. |
| • коагуляция |
допускается |
не треб. |
| • флокуляция |
допускается |
не треб. |
|
