Рассмотрены особенности проектирования транспортно-технологических линий кондиционного кварцевого песка, применяемого для приготовления стекольной шихты в составных цехах. представлены различные варианты схем разгрузки, хранения и классификации данного сырьевого материала. Отмечена необходимость выполнения дополнительной сепарации кондиционного кварцевого песка, содержащего случайные посторонние примеси.
Кварцевый песок, используемый для производства стекольной шихты, является основным компонентом для ввода в стекло диоксида кремния. На стекольные заводы он поставляется либо в виде кондиционного сырья, прошедшего все необходимые стадии обогащения на специализированных фабриках, либо в виде материала, который следует дополнительно обрабатывать в составных цехах данных предприятий. И в том и другом случаях при производстве бесцветной стеклянной тары или бесцветного листового стекла из кварцевого песка нужно удалять не только частицы размером более 0,63 – 0,8 мм, но и железосодержащие примеси. Для этого песок сушат, если он имеет влажность более 0,5 – 1,0 %, классифицируют по гранулометрическому составу, а также подвергают магнитной сепарации в целях повышения марки песка и удаления из него сильномагнитных и слабомагнитных включений.
Поскольку кондиционный кварцевый песок поступает на стекольные заводы в сухом виде, он в большинстве случаев не требует ни повторной классификации, ни дополнительной сушки. Но, учитывая, что отгрузка подобного сырья потребителям на обогатительных фабриках иногда осуществляется в плохо очищенные вагоны, возможно загрязнение кварцевого песка посторонними примесями, например щебнем или другими мелкокусковыми материалами. Кроме того, частичное загрязнение, а также нежелательное увлажнение отдельных партий кондиционного материала может быть и следствием неудовлетворительных условий последующего хранения сухого песка в бетонных закромах сырьевых отделений составных цехов. В связи с этим разгружаемый из вагонов обогащенный песок целесообразно подавать не в закрома, а непосредственно в бункеры весовых дозаторов или транспортировать его в промежуточные накопительные силосы, осуществляя при необходимости попутный контрольный просев материала.
Как правило, контрольный просев обогащенного кварцевого песка в линиях разгрузки не требуется, если его транспортируют в биг-бэгах или в так называемых оборотных вагонах – «вертушках» и специализированных автомобилях, предназначенных исключительно для перевозки данного вида сырья. Типовая линия разгрузки кондиционного материала из таких оборотных вагонов 1 (рис. 1) обычно содержит: приемный бункер 2, оборудованный жалюзийными решетками и разгрузочными вибрационными питателями 3, 4; ленточный конвейер 5, расположенный в приямке под железной дорогой; ленточный ковшовый элеватор 6; механизм 7 распределения песка по силосам 8, 9; систему аспирации 10, связанную с приемным бункером 2, конвейером 5 и элеватором 6; а также рукавный фильтр 11, установленный на одном из силосов.
Если в рассматриваемой линии предусматривается еще и резервная подача кварцевого песка с помощью автосамосвалов 12, то к общей транспортной цепочке механизмов добавляется второй приемный бункер 13, материал из которого на конвейер 5 выгружается вибрационным питателем 14. При этом дополнительный технологический участок приема желательно защищать ограждающими конструкциями, позволяющими не только локализовывать пыление внутри зоны разгрузки песка, но и уменьшать количество выбросов пыли в окружающее пространство. Сокращению этих выбросов способствуют и аспирационные системы 15, иногда устанавливаемые на крыше ограждения 16, а также рукавный фильтр 17, очищающий вытесняемый воздух из внутреннего объема второго приемного бункера 13 во время его заполнения.
В тех случаях, когда в поставляемом на стекольные заводы обогащенном кварцевом песке хотя и редко, но встречаются посторонние примеси, необходимо осуществлять контрольное просеивание сырьевого материала перед подачей его в расходные бункеры дозировочно-смесительных линий. Подобную операцию целесообразно выполнять и при загрузке в эти бункеры кварцевого сырья, хранящегося в промежуточных бетонных закромах и силосах, так как в процессе длительной эксплуатации от стенок бетонных емкостей могут отваливаться небольшие фрагменты, содержащие цемент, гравий и крупнозернистый песок.
Самый простой способ отделения небольшого количества посторонних примесей от разгружаемого кварцевого песка заключается в его контрольном просеве с помощью мелкоячеистых (размер ячеек не превышает 8,0х8,0 мм) металлических сеток, которые укладываются сверху на жалюзийные решетки приемных бункеров. Иногда для разгрузки таких бункеров и бетонных силосных банок применяют вибрационные питатели, оснащенные классифицирующими решетками и выходными патрубками для удаления крупных включений из просеиваемого материала. Более же мелкие примеси, имеющие повышенную концентрацию и размер частиц от 0,8 – 1,0 до 5,0 – 8,0 мм, с помощью указанных технических решений удалять очень сложно, поэтому для этих целей лучше использовать дополнительное классифицирующее оборудование.
Существует несколько основных вариантов проектируемых технологических схем, содержащих оборудование для дополнительного просева обогащенного кварцевого песка, выгружаемого в приемные бункеры из железнодорожных вагонов и автомобильного транспорта.
Первый вариант, изображенный на рис. 2, предполагает установку вибрационного грохота 1 непосредственно под приемным бункером 2, оснащенным рукавным фильтром 3 (такая схема используется для просева соды и полевого шпата в компании «Эй Джи Си Флэт Гласс Клин», Московская область), и требует строительства большого многоуровневого приямка под железной дорогой. Так как глубина такого приямка составляет 10 – 12 м, выполнить его надежную гидроизоляцию достаточно сложно. Усложняется при этом и процесс удаления отсеянных посторонних примесей, выгружаемых в специальный контейнер 4, располагающийся в самом низу подземной конструкции. На большой глубине в такой линии находится и нижняя загрузочная секция элеватора 5, подающего очищенный от примесей кварцевый песок в силосные банки 6, 7, что, несомненно, затрудняет условия эксплуатации используемого оборудования.
Во втором варианте линии (рис. 3), включающем в себя устройства предварительного просева кварцевого сырья, применяются дополнительные промежуточные емкости 1, 2, устанавливаемые на рампе в непосредственной близости от участков разгрузки вагонов 3. Сначала в процессе разгрузки приемного бункера 4 песок транспортируется конвейерами 5, 6 и элеваторами 7, 8 к двум грохотам 9, 10, где он очищается от мусора. После классификации и удаления посторонних включений просеянный материал подается в промежуточные емкости, из которых с помощью второй системы механизмов, состоящей из конвейеров 11, 12 и элеваторов 13, 14, очищенное кварцевое сырье направляется в бункеры 15, 16 весовых дозаторов.
Недостатком таких линий, одна из которых эксплуатируется на предприятии «Стеклотех» в Тюмени, является сравнительно небольшой объем промежуточных бункеров, невысокая скорость разгрузки в, ограниченная производительностью грохотов, а также наличие дополнительного транспортно-технологического оборудования, предназначенного для перегрузки сырья из одной бункерной системы в другую.
Более высокая скорость разгрузки вагонов достигается, если кварцевый песок из приемных бункеров предварительно подается без просева в силосные банки, имеющие объем от 500 до 2000 м3, а последующая классификация данного вида сырья выполняется при выгрузке материала из банок и транспортировании его в дозировочно-смесительное отделение. Грохоты 1 в этих случаях (рис. 4, а) обычно располагаются под промежуточными силосными банками 2, 3 (такая схема используется на стеклотарном заводе «ЧСЗ – Липецк») или устанавливаются непосредственно над расходными бункерами 4, 5 весовых линий (рис. 4, б), что в основном характерно для некоторых стекольных предприятий России, построенных несколько десятилетий назад. 
В современных же составных цехах подобное промежуточное хранение кварцевого песка используется достаточно редко, так как для разгрузки данного компонента стекольной шихты наиболее оптимальна транспортно-технологическая схема, в которой разгружаемый из вагонов материал сразу направляется в силосные банки, являющиеся одновременно накопительными емкостями и расходными бункерами тензометрических весовых дозаторов. Дополнительный входной просев кварцевого сырья при этом может выполняться в надсилосном помещении составного цеха, где кроме механизмов распределения сырьевых материалов по расходным бункерам устанавливаются и классифицирующие аппараты, отделяющие от песка камни и прочие посторонние примеси. Успешный опыт работы с такими линиями имеется на стеклотарных заводах в г. Электросталь Московской области и г. Алексин Тульской области.
Следует, однако, отметить некоторые особенности, связанные с функционированием вибрационных грохотов, полигональных сит, а также другого аналогичного оборудования, предназначенного для контрольного просева кварцевого песка в рассмотренных схемах. Во время выполнения указанной технологической операции некоторые отверстия просеивающих сеток (размер отверстий в большинстве случаев не превышает 0,8х0,8 мм) засоряются и препятствуют прохождению через них мелкодисперсного материала. Особенно часто такое загрязнение происходит при смене поставщиков кварцевого сырья и тогда, когда песчинки, имеющие остроугольную форму, способствуют активному закупориванию отверстий на сетке. Вследствие этого нижние слои кварцевого песка, находящиеся на участках просеивающей поверхности с закупоренными ячейками, экранируют и блокируют полный просев вышележащих слоев сепарируемого материала, который частично сбрасывается в линию отсева вместе с мусором.
Потери обогащенного кварцевого песка в подобных ситуациях превышают 150 – 200 кг при разгрузке всего лишь одного вагона. Общая же масса кондиционного материала, отправляемого в отвал только за одни сутки, может составлять для крупнотоннажного производства листового стекла около 2 т и более, а это в большинстве случаев значительно больше массы отсевов. Поэтому необходимо либо снижать производительность оборудования контрольного просева, что увеличивает время простоя вагонов при их одновременной разгрузке, совмещенной с классификацией кварцевого песка, либо постоянно контролировать степень засорения сеток и регулярно их очищать.
Техническое решение, предложенное автором статьи, во многом устраняет отмеченные проблемы, связанные с засорением сеток классифицирующих аппаратов, и существенным образом сокращает потери кварцевого песка при его контрольном просеве. Разработанная в соответствии с этим решением линия работает следующим образом. Разгружаемый из вагона 1 (рис. 5, а) сухой кварцевый песок самотеком поступает в приемный бункер 2, оборудованный ленточным конвейером 3. После выгрузки с конвейера данный материал поднимается ленточным ковшовым элеватором 4 и направляется на вход вибрационного грохота 5 для выполнения контрольного просева. Так называемый подрешетный продукт (песок, который прошел сквозь сетку) с первого выхода грохота поступает на вход магнитного сепаратора 6, отделяющего от обогащаемого кварцевого песка железосодержащие примеси, после чего очищенный материал поступает в расходный бункер 7 весовой линии.
Надрешетный продукт (материал, находящийся над сеткой), содержащий посторонние включения и часть кондиционного кварцевого песка, не прошедшего сквозь засоренную сетку, со второго выхода грохота подается на переключатель 8 потока, который в зависимости от количества мусора направляет просеиваемое сырье либо в бункер 9 отсевов, либо на вход ленточного ковшового элеватора 4. Малое количество укрупненных фракций кварцевого песка и других примесей можно в процессе контрольного просева не сбрасывать сразу в соответствующую накопительную емкость, а многократно подавать в транспортную цепочку, состоящую из механизмов 4, 5, 8, обеспечивая тем самым циркуляцию отсевов в течение всего времени разгрузки вагона.
По окончании выгрузки кварцевого песка из вагона отсевы еще несколько циклов транспортируются по замкнутой схеме (такой же способ повторной сепарации отходов используется в ОАО «Эй Джи Си «Борский стекольный завод»), в ходе чего незначительная порция кондиционного сырья, попавшая в отсеваемые примеси при классификации основной массы материала, окончательно отделяется от мусора. В конце подобного процесса переключатель 8 изменяет направление потока циркулирующих посторонних примесей и отправляет их в бункер 9. Очевидно, что выполнение дополнительной циркуляции отсевов при этом не приводит к нежелательному простою железнодорожного состава, так как осуществляется в течение 2 – 3 мин во время проталкивания и подачи очередного вагона на позицию разгрузки.
Применение рассмотренного способа замкнутой циркуляции отсевов во время разгрузки вагонов или перегрузки материала из одной бункерной системы в другую не приемлемо, если кварцевый песок содержит повышенное количество посторонних включений, которые в процессе просеивания необходимо постоянно сбрасывать в бункер 9 мусора. Учитывая, что в этом бункере при частичном засорении сетки вибрационного грохота 5 вместе с мусором также может находиться и определенное количество кондиционного сырья, требуется осуществлять дополнительную сепарацию подобных отсевов аналогично тому, как это происходит в случае с малым содержанием примесей, но выполнять эту операцию нужно в несколько иной последовательности.
Подлежащие утилизации отходы песка согласно этой последовательности первоначально накапливаются в бункере 9 отсевов и в лишь конце разгрузки одного или нескольких вагонов направляются с помощью реверсивного питателя 10 (рис. 5, б) и ленточного ковшового элеватора 4 на вход вибрационного грохота 5 для повторного просеивания и отделения полезного продукта от примесей. Очищенный песок при этом, пройдя последующую магнитную сепарацию, попадает в расходный бункер 7, а мусор через второй выход рукавного переключателя 8 возвращается в исходную накопительную емкость, из которой по мере ее заполнения он вывозится автомобильным транспортом, например, на полигон твердых бытовых отходов. У реверсивного питателя 10 в этом случае меняется направление движения транспортирующей ленты на противоположное, что, в свою очередь, обеспечивает подачу отсевов не на вход элеватора 4, а непосредственно в кузов самосвала 11 (рис. 5, в).
Таким образом, использование различных вариантов схем и способов разгрузки кварцевого песка позволяет в каждом конкретном случае оптимизировать процессы транспортирования, хранения и классификации данного компонента стекольной шихты в составных цехах. Наличие же в усовершенствованной схеме контрольного просева переключателя потока примесей и реверсивного питателя разгрузки, установленного на выходе бункера отходов 9, сокращает потери обогащенного сырья за счет дополнительной циркуляции утилизируемого материала и выделения из него полезного продукта.
В. В. Ефременков - кандидат технических наук, заместитель генерального директора ООО «Стромизмеритель».
Литература
1. Рафиенко В. А., Малюк О. П. Обогащение кварцевых песков. М.: Изд-во МГТУ, 2008. 55 с.
2. Ефременков В. В. Комплексный подход к проектированию и строительству предприятий по обогащению кварцевого песка // Стекло и керамика. 2014. № 10.С.35 – 39. Efremenkov V. V. Integrated approach to the design and sites for the enrichment of quartz sand // Glass and Ceram. 2014. V. 71. No. 9 – 10. P. 369 – 372.
3. Ефременков В. В., Ощекина Е. Ю. Некоторые особенности проектирования систем аспирации составных цехов // Стекло и керамика. 2011. № 5. С. 17 – 20. Efremenkov V. V., Oshchеkina E. Yu. Design particularities of suction systems in seсtional shops // Glass and Сeram. 2011. V. 68. No. 5 – 6. P. 152 – 155.
4. Пат. РФ на изобретение № 2628971, МПК В07В9/00. Устройство для обогащения кварцевого песка / опубл. 23. 08. 2017 // Бюл. 2017. № 24.