Кварцевые пески месторождения «Городное»

А.Ф.Вечорко, архитектор, г. Пинск

Образцы стекла, окрашенного
оксидами различных металлов

Природа не наделила Полесский регион богатыми ископаемыми. Однако некоторые из них все-таки имеются в его недрах. Одним из них является кварцевый песок. Такие пески всегда использовались для производства стекла.  На это обратил внимание еще в 1862 году русский писатель Николай Семенович Лесков, когда проезжал по Полесью из Пинска на Волынь (в Дубровицу) по единственной на то время гребле через Пинские болота. В своей книге «Из одного дорожного дневника» он пишет:  «Из сел, которые мы проехали, наиболее замечательно Городно,
известное в околотке своею горшечною фабрикациею, […] а в деревне Плотница имеется стеклянный завод». Стекольные заводы в 1920-1930-х годах работали также и в Пинске. Один из них, «Стеклянная гута «Пина»,  находился на берегу реки Пины, западнее нынешнего «Пинскдрева». Его владельцами на равных правах были Турок Лейба, Левин Шмуэль и Рабинович Саул. Второй завод- «Польский окраинный  стекольный завод в Пинске» (Polska Kresowa Huta Szklana w Pińsku) располагался на участке между улицами Запольной, Северной (современная улица Ленинградская) и железной дорогой. Все заводы работали на местном сырье. 

На Полесье много отдельных месторождений кварцевого песка, но одним из самых больших по объему и лучшим по качеству является месторождение возле деревни Городная Столинского района. О высоком качестве этих песков свидетельствуют результаты официальных лабораторных исследований. Первые исследования проводились еще в советское время. В 1987 году Центральная лаборатория Управления геологии при Совете Министров БССР дала заключение о том, что большая часть песков этого месторождения пригодна для производства бутылок, стеклопрофилита, стеклоблоков, стекловолокна для электротехники, хозяйственной посуды, полубелой тары, оконного стекла, облицовочной плитки. После очистки песков от различных примесей, то есть после его обогащения, возможно производство светотехнического и сигнального стекла и изделий для электронной техники. Часть песков можно было использовать для изготовления форм при производстве крупного, среднего и мелкого стального и чугунного литья, а также для футеровки различных ковшей.

Дополнительный анализ городенских песков был проведен совсем недавно (2012 г.) в лаборатории «Химия и технология силикатов» Белорусского государственного технологического университета кафедры технологии стекла и керамики факультета химической технологии и техники под руководством кандидата технических наук Павлюкевича Ю.Г.  Целью проведения анализов было определение возможности использования песков для производства листового стекла, имеющего огромное значение в народном хозяйстве. Для исследования были взяты три пробы,  предоставленные Слуцкой экспедицией Государственного предприятия «БЕЛГЕО».

Проба №1 была добыта из скважины №10 на глубине от 2 до 13м, проба №2 –из скважина №77 на глубине от 1 до11,7м и проба №3 –из скважины ЛТ1 на глубине от 2 до 17,8 м. Результаты исследования показали, что пески этих проб имеют различные физико-химические составы, что позволяет использовать их при производстве различных видов стеклоизделий.

При визуальном осмотре проба кварцевого песка №1 имеет светло-желтый цвет, песчинки с поверхностным блеском, крупные фракции в общем объеме не наблюдаются.  Проба кварцевого песка №2 - светло-серого цвета, однородного состава, сыпучая, без видимых включений. Проба кварцевого песка №3 имеет коричнево-черный цвет, при растирании сильно пачкает поверхность, что свидетельствует о наличии гумусных включений, состав неоднородный, наблюдаются фракции диаметром свыше 10 миллиметров.

Исследование пробы №1 показало также, что в природном песке преобладают большие угловатые зерна неправильной формы, малые зерна более округлые, зерна имеют коричнево-черную окраску. Этот песок после промывки и сушки приобрел более светлый оттенок за счет отмывания глинистых частиц, формы зерен приобрели более сглаженные геометрические очертания. Исследование пробы №2 показало, что зерна кварцевого песка чистые, примесей нет, состав однородный, угловых форм зерен не наблюдается. Зерна кварцевого песка пробы №3 имеют поверхностный блеск, видны инородные темные гумусовые включения, зерна обладают прозрачностью.

Кварцевый песок всех трех проб, обработанный 40% HF, приобрел блеск на поверхности зерен, оттенок не изменился, на геометрические параметры зерен кислота не повлияла.

Все пробы были проверены также методом ситового просеивания для определения гранулометрического состава. Песок рассевался на ситах с размерами отверстий от 10 до 0,1 миллиметра. Фракционный состав всех проб приведён в следующей таблице.

Все пробы были проверены также методом ситового просеивания для определения гранулометрического состава. Песок рассевался на ситах с размерами отверстий от 10 до 0,1 миллиметра. Фракционный состав всех проб приведён в следующей таблице.

Размер сита	Остаток на сите, г	Процент от массы %	Остаток на сите, г	Процент от массы %	Остаток на сите, г	Процент от массы %
10	0	0	0	0	34,59	3,48
7	1,46	0,149	0	0	12,83	1,29
5	4,28	0,437	0	0	15,83	1,595
3	12,52	1,279	0.14	0,022	12,22	1,231
2	9,02	0,922	0,14	0,022	10,89	1,097
1	32,64	3,34	4,52	0,71	18,62	1,876
0,8	128,58	13,142	36,02	5,66	22,04	2,221
0,6	0,41	0,042	15,6	2,451	7,3	0,736
0,5	19,72	2,016	54,11	8,503	22,43	2,26
0,4	80,99	8,278	49,79	7,824	32,6	3,285
0,2	425,4	43,481	3,26	0,512	3,58	0,36
од	247,82	25,33	468,1	73,573	781,2	78,729
<0,1	15,52	1,586	4,58	0,719	18,13	1,827

Гранулометрический состав песков имеет важное значение при стекловарении. Он в первую очередь определяет скорость провара стекломассы. Наиболее пригодными для стеклоделия являются пески с размерами зерен в диапазоне 0,1–0,4 мм. Чем мельче зерна песка, тем выше скорость стеклообразования. Результаты всех проб, согласно таблице, говорят о том, что именно такие пески составляют самый большой процент. Мелкие пески диаметром менее 0,1 мм, содержащие примеси тяжелых минералов (магнезит, гематит, лимонит, рутил, циркон, ильменит и другие) и затрудняющие осветление стекломассы, составляют в общей доле всего от 0,719 до 1,827 процента.

Для определения  убыли от гумусовых, глинистых, карбонатных и органических примесей, а также химически связанной воды, пробы подвергались прокаливанию при температуре 1000 градусов. Результаты опыта сведены в следующей таблице:

Потери при прокаливании кварцевых песков

Навеска	Потеря массы при прокаливании, %
Обработанная	0,838
кислотой проба
Отмытая проба	2,294
Общая проба	7,135

Результаты рентгенофазового анализа кварцевых песков показали, что его минералогический состав, согласно данным рентгенофазового анализа, на     97 % состоит из кварца и на 3 % из полевых шпатов (алюмосиликатов калия и натрия).

Анализ фазового состава кварцевых песков показывает, что он представлен кварцем и примесными минералами: алюмосиликатом натрия и алюмосиликатом калия. В природном виде кварцевый песок пробы №3 отвечает требованиям ГОСТ 22551-77 и может быть использован при производстве листового стекла.

Образец листового стекла из
месторождения «Городное»

Самым традиционным и самым распространенным видом листового стекла является оконное стекло. Оконное стекло предназначено для остекления окон, дверей, фрамуг, ограждающих конструкций теплиц и парников, световых фонарей в промышленных зданиях и др., а также для изготовления стеклопакетов, закаленных листов, матированных стекол и т.д. Полированное оконное стекло устанавливают преимущественно в переплетах общественных зданий. Оно может быть зеленоватого или голубоватого оттенка. На его основе производятся самые разнообразные виды стекла: витринное для больших проемов в магазинах, кинотеатрах, ресторанах.

Зеркальное стекло используется сегодня очень широко для остекления офисов, банков, витрин зданий, имеющих важное архитектурное и градостроительное значение.

Армированное стекло имеет внутри листа металлическую сетку или продольные стержни из проволоки диаметром 0,35-0,45 мм. К наиболее прочным, жестким при формовании и обладающим повышенным светопропусканием относятся сетки с ячейками размером 20×20 и 25×25 мм, изготовленные из малоуглеродистой проволоки. Плоское армированное стекло служит для остекления фонарей верхнего света промышленных и общественных зданий, устройства экранов на оградительных решетках балконов и лоджий, заполнения световых проемов пожароопасных и других помещений, где требуется повышенная прочность стекла при изгибе и ударе. Изготовляют армированное стекло бесцветным и цветным – окрашенным в массе. Армированное бесцветное стекло после изготовления может быть окрашено на заводе аэрозольным или электрохимическим способом.

Узорчатое и рифленое стекло служит для декоративных целей и защиты помещений от облучения прямым солнечным светом, рассеивания света, создания равномерного мягкого освещения и частичного или полного исключения сквозной видимости. Выпускают его бесцветным или окрашенным. Такое стекло изготовляют методом прокатки между двумя валками. На поверхности одного или обоих валиков имеется четкий рельефный орнамент. В первом случае на одной стороне листа образуется узор, а вторая остается кованой (необработанной), во втором — узор наносится на обе стороны листа.

Светорассеивающее стекло – матированное (бесцветное или цветное) и глушеное (цветное или молочное). Служит для заполнения световых проемов, остекления дверей, перегородок, встроенных шкафов в общественных, промышленных, жилых зданиях, где требуется рассеянный свет с полным или частичным отсутствием сквозной видимости.

Закаленное и упрочненное полированное и неполированное листовое стекло обладает повышенной механической прочностью и теплостойкостью. Предел его прочности выше при изгибе в 5,5 раза, при сжатии в 1,35 и при растяжении в 5,1, чем у обычного стекла. Допустимый при эксплуатации перепад температур достигает 270 °С. Закаленное стекло служит для остекления окон, витрин, дверных филенок, изготовления без обвязочных стеклодверей, светопропускающих потолков, перегородок и других элементов в зданиях культурно-бытового, лечебного, промышленного, административного назначения, предприятий торговли и общественного питания, где необходимы высокая механическая прочность, твердость поверхности.

Теплозащитное стекло обладает пониженной пропускаемостью инфракрасных лучей. Теплозащитное свойство придают такому стеклу покрытия на основе окислов различных металлов, которые одновременно окрашивают стекло в цвета от серо-голубого до сине-фиолетового. Поглощая инфракрасную часть солнечного спектра, этот вид стекла снижает интенсивность теплопоступлений, дает экономию электроэнергии, затрачиваемой на кондиционирование воздуха, а также позволяет сохранить высокие уровни естественного освещения помещений.

Цветное плоское стекло используется для декоративного остекления общественных зданий, детских учреждений, в парках, садах, беседках, дачах. Кроме того, цветное плоское стекло используется для декоративно-художественных витражей и в качестве облицовочного материала. По внешнему виду и способу производства цветное стекло подразделяют на: тянутое, окрашенное в массе; прокатное, окрашенное в массе; гладкое, рифленое и узорчатое с одной или с обеих сторон; тянутое накладное (двухслойное) с тонким прозрачным или глушеным цветным слоем (получаемое путем нанесения на плоское бесцветное стекло цветных окисных пленок); триплекс – обычное стекло, склеенное с цветным посредством прозрачной полимерной пленки. Более распространены цветные стекла, окрашенные во всей массе или в массе накладного слоя. По характеру окраски различают прозрачное, глушеное и мраморовидное стекла. Наиболее распространены цвета: синий, фиолетовый, зеленый, голубой, красный, оранжевый, желтый, белый, черный. 

Кроме листового стекла кварцевые пески данного месторождения могут использоваться также и для изготовления других видов изделий. Например для выпуска бутылок, потребность в которых со временем нисколько не уменьшается. Бутылочное стекло, при добавлении определенных оксидов металлов может быть темно зеленым или темно коричневым.

Образец стекла для
производства бутылок

Городенские пески пригодны также для производства прозрачной стеклотары,  сортового стекла. При определенной степени обогащения, то есть при очистке песка от примесей, возможно также производство хрустального стекла. Изделия из этого благородного материала такие как вазы, рюмки, фужеры, конфетницы и множество других предметов никогда не выйдут из моды.

Украсить быт человека помогают не только утилитарные предметы. У человека всегда будет потребность и в чисто декоративных вещах. Стекло в этом смысле предлагает неограниченные возможности. Окрашенное в различные цвета, приобретая всевозможные художественные формы, оно всегда будет радовать глаз людей. Для окрашивания стекла применяются оксиды хрома, железа, марганца, кобальта, меди, никеля, титана, ванадия. Кроме окраски, они могут одновременно придавать стеклу токопроводящие, теплозащитные, декоративные и другие свойства. Окрашивают стекло также добавками сернистых соединений железа, кадмия, серы и селена.

Напомним, что залежи кварцевого песка в Городной соседствуют с огромными залежами высококачественной тугоплавкой глины, используемой городенцами с незапамятных времён. Глина в настоящее время в основном используется для выпуска кирпича и в очень незначительных объемах для производства посуды, а могла бы использоваться и для производства керамической плитки. Однако, природные глины в чистом виде, в том числе и городенская,  редко являются кондиционным сырьем для производства керамической плитки. Для уменьшения её усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин нужны добавки. А кварцевый песок в таком случае является идеальной отощающей добавкой. И это ещё одно его возможное использование.    Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая безвредность керамической плитки обеспечивают ей одно из первых мест по значимости и объемам производства среди других строительных материалов и изделий.

Опытный образец керамической плитки

Таким образом, городенские месторождения кварцевых песков и тугоплавкой высококачественной глины предоставляют неограниченные возможности для производства не только множества видов листового, бутылочного, хрустального и просто декоративного стекла, но и разнообразной керамической плитки, как неглазурованной так и глазурованной, то есть покрытой стекловидным слоем – глазурью. Остаётся только разумно, по-хозяйски распорядиться этим уникальным народным достоянием.