Преимущества и технические характеристики кварцевого песка. Поперечный разрез лабораторной тигельной печи

Самодельное стекло.
З. Бобырь

Обычные стекла, получаемые из кварцевого песка, кальцинированной соды, мраморной пыли и других добавок, плавятся при очень высокой температуре- 1400°С. Получить такую температуру в лабораторных условиях трудно.
Но есть несколько стеклянных составов, плавящихся гораздо легче. С некоторыми из них можно в химических кабинетах провести интересные опыты. Вам понадобятся:
электрическая лабораторная печь, дающая нагрев до 700°С (можно использовать и лабораторную газовую или бензиновую горелку или паяльную лампу); фарфоровый тигель; небольшая ложка; пинцет или щипцы; лабораторные весы; химикалии: кварцевый песок (SiO2) , борная кислота (H3BO3) , свинцовый сурик (Pb3O4) [V], окись кобальта (Co2O3) , окись меди (CuO) . двухромовокислый калий (Na2Cr2O7) [I], криолит (Na3AlF6) , каолин (Al2O3*2SiO2*2H2O) , окись цинка (ZnO) .

Давайте приготовим стекло.
Приготовьте смесь (шихту): 10 весовых частей кварцевого песка, 20 частей борной кислоты и 70 частей свинцового сурика. Взвесьте материалы на лабораторных весах и тщательно перемешайте. На дно печи насыпьте слой песка толщиной 1-2 см. (Он предохранит печь от повреждения в случае, если тигель лопнет.) На песок поставьте пустой тигель и включите печь в электросеть. Когда печь нагреется до красного каления, выньте щипцами тигель и ложечкой понемногу всыпайте смесь в него, пока он не наполнится. Закройте его крышкой и нагревайте, пока в тигле не получится слой расплавленной стекломассы с газовыми пузырьками. На этот слой снова насыпьте смесь и дайте ей расплавиться. Затем подождите. Газовые пузырьки начнут уменьшаться и, наконец, совсем исчезнут. Получится прозрачная расплавленная стекломасса, по многим свойствам похожая на обыкновенное стекло
Выключив печь, откройте крышку. Когда масса немного остынет, пусть один из участников опыта нагреет щипцы, вынет ими тигель из печи, но не сразу, а задержав его над ней, чтобы от слишком быстрого охлаждения он не растрескался. Остывающая масса густеет постепенно. Когда она станет похожа на пчелиный мед, другой участник опыта (он работает в защитных очках) должен опустить в тигель, удерживаемый в наклонном положении, конец металлической или фарфоровой трубки и, вращая ее, чтобы стекломасса прилипла к ней, вынуть из тигля и вдуть в нее ртом воздух. На конце трубки получится стеклянный пузырь.
Когда стекло остынет еще немного, можно погружать в него железную проволоку и вытягивать ею стеклянные нити.
Если к основному составу прибавить нужные химикалии, то можно получить цветные стекла с низкой температурой плавления. Несколько рецептов дано на 3-й странице обложки.

Стеклянный клей приготовляется следующим образом.
Смесь 9 весовых частей кварцевого песка, 18 частей борной кислоты, 73 частей <свинцового> сурика сплавляют по описанному выше способу в фарфоровом тигле. Когда расплав станет совершенно прозрачным, тигель вынимают щипцами из печи и содержимое из него выливают в металлический сосуд, наполненный холодной водой. Стекло превращается в мелкие зернышки. Чтобы приготовить стеклянный клей, горсточку этих зерен надо тщательно растереть в фарфоровой или агатовой ступке, налив одновременно в ступку немного воды. Получится белая паста. Ею можно склеивать разбитые стеклянные предметы Поверхности излома смазывают тонким слоем клея и прижимают друг к другу. Предмет ставят в муфельную печь и нагревают до 520-530°С

Практически у каждого материала и соединения в мире имеется три возможных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В нормальных условиях материалы пребывают в разном состоянии, которое зависит от их химических свойств.

Чтобы вывести их из равновесия, необходимо повышать или понижать температуру до указанного значения. Например, температура плавления стекла начинается примерно с 750 градусов по Цельсию. Материал имеет так называемые аморфные свойства, поэтому у него и нет конкретного значения.

Все зависит от количественного и качественного состава примесей в соединении. Так что установить конкретное значение для выбранного предмета можно исключительно экспериментальным путем. Для этого понадобится определенный набор измерительных приборов, который имеется только в специализированных лабораториях. Можно, конечно, взять и бытовые аналоги, но они будут иметь слишком большую погрешность.

Принципы расчета

Произвести расчет температуры плавления стекла в домашних условиях - очень сложная задача. Она будет связана со многими трудностями, среди которых стоит выделить:

• 1. Необходимость обеспечения поэтапного повышения температуры расплавляемого тела строго на один градус. В противном случае невозможно будет достоверно установить, при каком именно показателе начинается процесс перехода из твердого состояния в жидкое, то есть эксперимент завершится неудачей.
• 2. Нужно найти очень точный термометр, способный замерять температуру до 2 тысяч градусов по Цельсию с минимальной погрешностью. Лучше всего подойдет электронный прибор, который будет стоит слишком дорого для бытовых опытов.
• 3. Проведение эксперимента дома в принципе не самая удачная идея, потому что придется искать посуду, в которой можно плавить стекло, раздобыть устойчивый источник огня, способный обеспечить нужный уровень подогрева, купить дорогостоящее оборудование.

Процесс плавления

В лабораториях ученые выясняют искомое значение при помощи множественных опытов. Затем температура плавления стекла заносится в таблицу, которая содержит также химический состав соединения. Это нужно, чтобы понять, какие именно элементы больше всего влияют на плавление, чтобы в будущем можно было привести этот показатель к более-менее стандартным характеристикам.

Отсутствие четкого числа заставляет нерационально использовать производственные ресурсы. Например, на стекольных заводах в печах поддерживают температуру около 1600 градусов Цельсия, притом, что многие виды могли бы без проблем расплавиться и при одной тысяче. Экономия энергоносителей позволила бы значительно снизить себестоимость готовой продукции, что положительно повлияло бы на экономическую эффективность деятельности стеклодувных заводов.

Температура плавления стекла в градусах начинается от 750 (некоторые источники приводят цифру от 1000) и продолжается аж до 2500. При этом, если брать акриловое стекло, которое по сути не является стеклом, а просто имеет такое название, то оно плавится всего при 160 градусах, а на 200 градусах уже начинает кипеть. Но оно состоит из органической смолы и не имеет в составе кремния и других химических элементов.

А вот остальные марки наоборот зачастую могут похвастаться пестрым разнообразием состава. Используемый в производстве песок часто проходит недостаточную очистку, в результате чего в готовых изделиях содержится много ненужного. Внешне это никак не отражается на эксплуатационных свойствах, но приводит к аморфности химических характеристик.

Понижения температуры плавления стекла можно достичь, если в расплав добавить соответствующие элементы. В бытовых опытах наиболее доступными являются оксид свинца и борная кислота. Массовую долю нужно будет рассчитать по известным формулам, так как она будет зависеть от количества расплавленного стекла. После застывания можно будет повторить свой опыт и убедиться, что теперь материал плавится при значительно меньшей температуре.

Но стоит учесть, что полученное стекло не имеет практического значения и годится исключительно для опытов. Это связано с тем, что добавление примесей изменяет и его рабочие параметры, так что вещество не сможет в полной мере справляться с возложенными на него функциями. Именно поэтому никто не изменяет технологический процесс с помощью добавления указанных компонентов.

Основные значения

Приблизительные значения перехода стекла в жидкое состояние дл некоторых видов:

Температура плавления бутылочного стекла - 1200-1400 градусов по Цельсию;
- температура плавления кварцевого стекла - около 1665 градусов по Цельсию;
- температура плавления ампульного стекла - 1550-1800 градусов по Цельсию;
- жидкое стекло температура плавления - 1088 градусов по Цельсию.

Для последнего вещества можно указать точную цифру, потому что оно не проявляет аморфных свойств, так как является водно-щелочным раствором силикатов натрия и калия. Стоит также учесть, что стекло плавится не сразу, а вначале переходит в тягучее карамелеобразное состояние. Это свойство используется мастерами-стеклодувами для создания различных изделий и сувениров.

Заняться подобным ремеслом можно и в домашних условиях. Недостатка в сырье не будет, так как можно найти массу стеклянных бутылок прямо на улице. А в качестве прибора для размягчения материала подойдет и обычная газовая лампа. Свои изделия ручной работы можно будет потом продавать на сувениры и зарабатывать неплохие деньги.

Подскажите пожалуйста, какая температура плавления песка?

1. Температура плавления
   Материал из Википедии свободной энциклопедии
   Перейти к: навигация, поиск

   Температу#769;ра плавле#769;ния и отвердева#769;ния температура, при которой тврдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в тврдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдт в жидкое состояние, а температура не будет меняться, пока вс вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в тврдое состояние (застывать) и, пока оно не застынет полностью, температура не изменится.

   Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например, олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не меняется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках. Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе, и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления точкой ликвидуса) . Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.
   Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чткой температурой плавления, с ростом температуры снижается вязкость таких веществ, и чем ниже вязкость, тем более жидким становится материал.
   К примеру, обычное оконное стекло - это переохлажднная жидкость. За несколько столетий становится видно, что при комнатной температуре стекло на окне сползает вниз под действием гравитации и становится внизу толще. При температуре 500-600 этот же эффект можно наблюдать уже в течение нескольких суток.

   Поскольку при плавлении объм тела меняется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы датся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

   Температуры плавления некоторых важных веществ:

   песок (температура плавления (tпл) = 1710 С) , глина (tпл от 1150 до 1787 С) ,
   температура плавления C
   водорода #8722;259,2
   кислорода #8722;218,8
   азота #8722;210,0
   этилового спирта #8722;114,5
   аммиака #8722;77,7
   ртути #8722;38,87
   льда (воды) +0
   бензола +5,53
   цезия +28,64
   сахарозы +185
   сахаринa +225
   oловa +231,93
   свинца +327,5
   алюминия +660,1
   серебра +960,8
   золота +1063
   железа +1535
   платины +1769,3
   корунда +2050
   вольфрама +3410

2. 17131728С, если песок состоит из чистого кварца
   http://ru.wikipedia.org/wiki/Песок
   http://ru.wikipedia.org/wiki/Кварц

Фульгуриты (англ. Fulgurite)‎ — полые трубки в песках, состоящие из переплавленного кремнезёма, и оплавленные поверхности на обнажениях пород, образовавшиеся под действием разряда молнии. Внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, отмечались отдельные находки фульгуритов длиной 5-6 метров.

При разряде молнии выделяется 10 9 -10 10 джоулей энергии. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30.000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка, а последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка часто приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Фульгуриты называют иногда также и оплавленности твёрдых горных пород, мрамора, лав и др. (петрофульгуриты ), образованные ударом молнии; такие оплавленности иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах некоторых гор. Так, например, андезит, образующий вершину Малого Арарата, пронизан многочисленными фульгуритами в виде зелёных стекловатых ходов, почему он и получил от Абиха название фульгуритового андезита.

Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. - М.: Наука, 1985, с. 285).

Сотрудники Автономного университета Мехико раскрыли новые подробности истории появления пустыни Сахара. По их данным, 15 тысяч лет назад Сахара (по крайней мере, та ее часть, что находится на юго-западе Египта) находилась в области умеренного климата и могла радовать глаз не песчаными дюнами, а разнообразием растительности. Для своего исследования команда химиков под руководством доктора Рафаэля Наварро-Гонсалеса нашла «замороженную» молнию, или фульгурит.

Фульгуриты (на фото) – это спёкшийся от удара молнии песок. Температура плавления песка – около 1700°С, мощи электрического заряда хватает, чтобы расплавить его. Поэтому в толще формируются полые ветвистые стеклянные трубки. Их внутренняя поверхность гладкая, зато наружная – шероховатая, т. к. образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Кроме того, такие вмороженные в песок молнии фиксируют и множество других природных вкраплений, характерных для того или иного этапа геологической истории.

Обнаруженный Наварро-Гонсалесом фульгурит отличался от обычных следов молнии. Египетский фульгурит содержал в себе маленькие пузырьки.
С помощью лазера ученые вскрыли пузырьки и обнаружили в них газовую смесь из оксидов углерода, угарного газа и оксидов азота. Как отметил химик, эти вещества могли образоваться в результате окисления органических веществ при нагреве.

Анализ соотношения изотопов углерода в соединениях показал Наворро-Гонсалесу и его коллегам, что в момент удара молнии в зоне поражения должна была находиться трава, кустарники и прочая растительность, характерная для полузасушливой местности. Стоит отметить, что сейчас в данной области пустыни Сахара подобные растения ни в коем случае не могут расти. И ученые решили вычислить время, чтобы понять, когда на месте Сахары росла трава.

Для установления даты возникновения электрического разряда член команды исследователей геохронолог Шеннон Мэгэн из геологического исследовательского центра в Денвере (США) использовал метод термолюминисценции – нагрел фульгурит до 500°C и оценил энергию «разогретых» естественной радиацией электронов, которая при термообработке выделилась в виде света. Его количество прямо указывает на момент последнего нагревания. В данном случае оно произошло в момент удара молнии, который произошёл 15 тысяч лет назад.
Анализ фульгурита еще раз подтвердил теорию, согласно которой Сахара не так давно была вполне пригодной для жизни областью с умеренным климатом.
По словам Стива Формана, геохронолога из Университета Иллинойса в Чикаго, ученые из Мехико продемонстрировали новый подход к изучению экологической ситуации того периода и обратили внимание других исследователей на ранее не изученные возможности фульгуритов.

Что касается комментариев представителей российской науки, то, как отметил в разговоре с корреспондентом «Газеты.Ru» кфмн, сотрудник НИИ физики Земли РАН Сергей Тихоцкий, с точки зрения физики команда Наварро-Гонсалеса действовала грамотно: «Все, что было проделано учеными, входит в классическую модель определения состава и возраста вещества», – сказал он. Соответственно, никаких фальсификаций и мистификаций в ходе этого анализа изотопов отметить нельзя – скорее, это вполне традиционный способ исследования.
Сотрудники Института физики атмосферы РАН также подтвердили «Газете.Ru» правомерность теории международной команды ученых. По словам старшего научного сотрудника лаборатории теории климата Сергея Демченко, 15 тысяч лет назад на территории Юго-Западного Египта вполне могла существовать растительность.

Более того, даже в период голоцена (примерно 6 тысяч лет назад) эта область могла находиться в пределах умеренного климатического пояса.
Как уточнил коллега Демченко, кфмн Алексей Елисеев, растительность в различных областях пустыни Сахара присутствовала в разное время, а, например, на Аравийском полуострове растительность сохранялась вплоть до эпохи Александра Македонского.

Что же касается цифры 15 тыс. лет, то здесь ученые отметили, что примерно к этому времени относится завершение последнего ледникового периода. Что косвенно подтверждает теорию Наварро-Гонсалеса, так что в целом открытие мексиканских ученых можно отнести к разряду верифицируемых.
Подробности исследования команды доктора Наварро-Гонсалеса можно найти в журнале Американского геологического общества (Geological Society of America).

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann ). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его

Основу большинства строительных материалов составляют природные компоненты, которые обладают необходимыми свойствами и находятся в достаточном количестве для промышленной добычи. Кварцевый песок относится к одному из самых распространенных природных минералов и применяется во всех сферах строительной деятельности.

Чем обеспечиваются химические свойства материала

Главным компонентом кварцевого песка является диоксид кремния (кварц). Его формула – SiO2. В его составе также могут содержаться органические примеси, глина, оксиды железа и ряда других металлов. Содержание кварца в исходном минерале обычно не менее 93-95 %.

Принцип действия строительных смесей, применяющихся для получения строительных блоков и плит, основан на химическом взаимодействии компонентов. Образующиеся в его результате неорганические цепочки обеспечивают требуемые параметры материала.

Диоксид кремния является кислотным оксидом, поэтому вступает в реакцию с соединениями кальция и алюминия, содержащимися в известняке и глине. Взаимодействие может протекать как при высыхании влажной смеси, так и при термическом запекании.

Разновидности кварцевого песка и его добыча

Выделяют естественную и искусственную разновидности песка, отличающиеся способом добычи.

Естественный природный

Этот вид песка повсеместно распространен в природе и находится на дне водных бассейнов и в составе толщи грунта. Размеры большей части его зерен составляют от 0,2 до 1 мм.

Существуют несколько путей добычи кварцевого песка:

• разработка карьеров – является основным способом. Если добыча проводится над уровнем моря, то полученный песок называется горным. Разновидности почвенного песка извлекаются при разработке грунта на равнинах. Внешний вид карьерного песка отличается заостренными формами и часто – шершавой поверхностью, что делает данный его ценным строительным материалом. Извлеченный песок может подвергаться дополнительной обработке – просеиванию, промыванию и просушке. Чем строже требования к свойствам песка в какой-либо отрасли, тем тщательнее требуется подготовка. В строительстве небольших сооружений песок обычно не подвергают никакому воздействию и поставляют прямо с места его добычи;
• разработка водных бассейнов – песок вымывается земснарядом и характеризуется высокой чистотой, обеспечиваемой естественной промывкой. Добыча ведется в руслах рек, озерах, а также морских акваториях. Морской песок несколько менее ценен из-за большего содержания минеральных примесей. Речной песок отличается гладкой формой – под увеличением микроскопа песчинки напоминают морскую гальку. Использование гладких (окатанных) песков распространено в самовыравнивающихся смесях – песчинки не цепляются друг за друга.

Так на фото выглядит природный кварцевый песок

Искусственный песок

Несмотря на название, минерал имеет естественное происхождение, однако изначально находится в виде крупных кристаллов. Для превращения кристаллов кварца в песок применяют механическое воздействие (взрыв), после чего осколки подвергаются дроблению.

Способы классификации кварцевого песка

Отправной точкой в системе классификации являются свойства материала и способы его подготовки. Выделяют следующие направления классификации кварцевого песка:

По крупности (фракционному составу)

Численное выражение является средним значением размеров частиц или диапазоном их размеров (фракцией):

1. пылевидный кварц – представляет фракцию менее 0,1 мм (просеивается в сито с диаметром пор 0,1 мм) и обычно встречается при дроблении кристаллов кварца;
2. мелкозернистый песок – фракция 0,1-0,25 мм;
3. средний песок – фракция 0,25-0,5 мм;
4. крупнозернистый песок – фракция 0,5-1 (редко до 3) мм.

По обогащению

Кварцевый песок подразделяется на необогащенный и обогащенный песок:

• необогащенный песок представляет собой исходный минерал, который не подвергали обработке с целью увеличения содержание диоксида кремния;
• обогащенный песок содержит увеличенное на несколько процентов содержание кварца, полученное за счет удаления большинства примесей. Так, белый кварцевый песок очищен от органических соединений, оксидов железа и примесей глины путем просеивания, промывки и сушки.

Из-за особенностей производства различаются и основные технические характеристики полученного материала. Это в свою очередь влияет на возможности дальнейшего .

Технология обогащения

Высокая чистота кварцевой смеси является необходимым требованием в ряде технологических процессов. Начальная ступень обогащения включает фракционирование и промывку – с их помощью удаляются наиболее грубые примеси.

Следующим этапом является использование специальных технологий, таких как:

• гравитационное обогащение – основной способ, сущность которого заключается в разделении компонентов смеси по плотности. Более легкие частицы уносятся водным потоком, тогда как тяжелые оседают на дно аппарата. Гравитационное воздействие можно усилить центрифугированием или добавлением химических реагентов, изменяющих смачиваемость компонентов песка;
• электрическая и магнитная сепарация – представляет собой воздействие электрическим током и магнитным полем, приводящим к отделению некоторых примесей. Так, магнитное воздействие особо эффективно при очистке от частиц железа, обладающих магнитными свойствами.

Параметры обогащенного песка принципиально влияют на качество выполняемых работ. Наилучшие по свойствам песчаные смеси производят только сертифицированные предприятия, использующие стандартные технологии.

По окраске

Бывает природный и окрашенный. Природный кварцевый песок имеет цвет от бледно-желтого до коричневато-желтого. Искусственное окрашивание проводится устойчивыми красками на основе синтетических связующих, позволяя создавать из песка оригинальные многоцветные орнаменты. Такой песок может быть цветным и белым.

По степени подготовки

В зависимости от технологических требований, песок может выпускаться в следующих разновидностях:

1. фракционированный – представляет собой конкретную фракцию песка, размеры которой ограничены техническим регламентом;
2. сухой – высушенный до воздушно-сухого состояния. Вместе с фракционированным песком может применяться в качестве рабочего тела пескоструйных аппаратов;
3. прокаленный песок – полностью обезвоженный путем прокаливания. Нагревание существенно выше 100 °С обеспечивает десорбцию влаги даже из глубоких пор кварца. Такой песок применяется в готовых строительных смесях, хранящихся длительное время – даже незначительное содержание влаги может привести в негодность всю смесь;
4. окатанный кварцевый песок – обладает менее абразивными свойствами, поэтому подходит для деликатного применения, например, песочниц на детских площадках;
5. формовочный кварцевый песок – применяется для получения литых кварцевых изделий и отличается высокой степенью обогащения.

Производство и добыча кварцевого песка

На территории России существует значительное количество крупных месторождений кварцевого песка. К наиболее известным относятся Чулковское (Московская обл.), Козловское (Брянская обл.), Елшанское (Волгоградская обл.), Березичское (Калужская обл.) месторождения и ряд других.

Отличия кварцевого строительного песок, добываемого из этих мест, заключаются в изначально высоких параметрах качества и большей стоимости. Важно понимать, что свойства песка из ближайшего карьера будут вполне достаточны для строительства небольших дачных сооружений, поэтому не стоит переплачивать. Если же целью является постройка крупного особняка, то экономия на качестве песка может негативно отразиться на долговечности дома.

Так происходит добыча кварцевого песка на специальной производственной линии:

Чем нормируются характеристики песка

Основным регулирующим документом является ГОСТ 2138-91, также существуют и другие нормативные документы (гост 22551 77, гост 51641 2000, 8736 93) . В них отражены требования к основным параметрам качества и свойствам, а именно:

1. содержание глинистой составляющей. Выделяют 5 групп с установленными количествами глины от 0,2 до 2,0 %;
2. содержание диоксида кремния – от 99 % до 93 %, соответствующих группам от К1 до К5;
3. коэффициент однородности, отражающий вариацию размеров частиц относительно среднего (в %). Чем больше значение, тем однороднее песчаная смесь. Всего существует пять групп (от О1 до О5), отличающихся коэффициентом однородности (от 80 до 50 %);
4. фракционный состав. Данный параметр отражает средние размеры частиц кварцевого песка: до 0,14 мм; 0,14-0,18 мм, 0,19-0,23 мм, 0,24-0,28 мм, более 0,28 мм;
5. влажность. Сухие пески содержат не более 0,5 % влаги, влажные – не более 4,0 %, сырые – не более 6,0 %;
6. в составе песка также нормируется содержание оксидов металлов, площадь поверхности зерен, их форма, газопроницаемость, а также потеря массы при прокаливании.

Качественный песок обязательно должен иметь сертификат соответствия указанным нормам.

Эксплуатационные свойства кварцевого песка

К параметрам материала, влияющим на качество работы и определяющим сферу применения, относятся:

• насыпная плотность – составляет порядка 1300-1500 кг/м3;
• истинная плотность – находится в диапазоне 2600-2700 кг/м3. Значение истинной плотности применяется при расчетах объема цементного или бетонного раствора, получаемого при смешивании компонентов;
• теплопроводность кварцевого песка – около 0,30 Вт/(м?°С). Значительное влияние на теплоизолирующие свойства оказывает форма и размеры песчаных гранул – чем плотнее их расположение и меньше зазоры, тем коэффициент теплопроводности выше;
• температура плавления — максимальная рабочая температура кварцевого песка оценивается в 1050 °С, что вполне достаточно для любых строительных работ. При литье кварцевых изделий используются температуры 1700 °С и выше.
• обычный кварцевый песок в рыхлом состоянии имеет объемный вес 1 500 кг/м3, а объемныйвес составляет 1600 кг/м3.

Достоинства и недостатки материала – общая оценка

Кварцевый песок является практически незаменимым компонентом во множестве областей применения, а технологии с его участием отработаны до совершенства. За практичность материал получает «5».

Внешний вид песка знаком с детства, а песочные площадки часто ассоциируются с пляжем и отдыхом – за внешний вид также ставим твердую «5».

Несмотря на массовое применение песка, его мелкая пыль может приводить к хроническим болезням у строителей. За экологичность материал получает «4».

Стоимость песка сравнима со стоимостью других строительных материалов. Не обладая особыми преимуществами в цене, кварцевый песок вполне заслуживает оценки «4».

Примерная стоимость различных фракций кварцевого песка приведена в таблице:

Наряду с глиной и известняком, кварцевый песок относится к числу важнейших и необходимых компонентов для производства и быта. Разнообразие свойств материала обеспечивает широкий спектр применения. Наличие песчаных карьеров недалеко от места строительства значительно снижает затраты на возведение дома.