استخراج مواد اولیه شیشه فلوت: سیلیس

شیشه فلوت نوعی شیشه است که با شناورکردن مذاب روی بستری مذاب مانند قلع، ساخته می‌شود. این فرآیند به شیشه ضخامت یکنواخت و سطحی بسیار صاف می‌دهد. شیشه فلوت به طور گسترده برای پنجره‌ها، آینه‌ها، شیشه‌های ساختمانی و پنل‌های خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مواد اولیه مورد استفاده در ساخت شیشه فلوت شامل ماسه سیلیس، سدیم کربنات (خاکستر سودا)، سنگ آهک، دولومیت، فلدسپار و سایرین است. این مواد به نسبت صحیح با هم مخلوط می‌شوند و سپس وارد کوره ذوب می‌شوند و در آنجا تا دمای حدود 1500 درجه سانتیگراد گرم می‌شوند. شیشه مذاب سپس روی حمام قلع جاری می‌شود، جایی گسترش یافته و یک لایه نازک را تشکیل می‌دهد. سپس شیشه به تدریج خنک و آنیل می‌شود تا هرگونه تنش از بین برود. محصول نهایی یک شیشه شفاف، صاف و بادوام است که در صورت نیاز می توان آن را برش داد، روکش یا تمپر کرد.
یکی از مهم ترین مواد اولیه شیشه فلوت ماسه سیلیس است که به شن کوارتز یا ماسه صنعتی نیز معروف است. ماسه سیلیس از دی اکسید سیلیکون (SiO2) تشکیل شده است که جزء اصلی شیشه است. ماسه سیلیس دارای خواص زیادی است که آن را برای ساخت شیشه مناسب می‌کند. این خواص خلوص بالا، میزان آهن کم، نقطه ذوب بالا و انبساط حرارتی کم هستند.

فرآیند استخراج سیلیس

ماسه سیلیس را می توان در بسیاری از نقاط جهان مانند معادن، سواحل، بستر رودخانه‌ها، بیابان‌ها و… یافت. بسته به منبع و کیفیت ماسه، روش‌های مختلف استخراج سیلیس ممکن است برای استخراج و فرآوری شن و ماسه استفاده شود.

استخراج معادن روباز

استخراج روباز یکی از رایج‌ترین روش‌های استخراج سیلیس است. این شامل حفر یک سوراخ بزرگ در زمین است، جایی که سنگ سیلیس در معرض دید قرار می‌گیرد و می‌توان به راحتی آن را استخراج کرد. استخراج روباز نیاز به برداشتن روباره (خاک و سنگ بالای ماسه) و انتقال آن به محل دفع دارد. سپس ماسه بر روی کامیون‌ها یا نوار نقاله‌ها بارگیری می‌شود و به کارخانه فرآوری برده می‌شود و در آنجا شسته و خشک می‌شود، سپس غربال شده و بر اساس اندازه و کیفیت دسته‌بندی می‌شود.
استخراج روباز دارای مزایایی نسبت به سایر روش‌های استخراج سیلیس است که از آن جمله می‌توان به هزینه کمتر، نرخ تولید بالاتر و دسترسی آسان‌تر به ماسه اشاره کرد. با این حال، معایبی نیز دارد، مانند اثرات زیست محیطی، تضاد کاربری زمین، آلودگی صوتی و خطرات ایمنی.

لایروبی (Dredging)

لایروبی روش دیگری برای استخراج سیلیس است که شامل استفاده از یک ماشین بزرگ به نام لایروب برای مکیدن شن و ماسه از رسوبات زیر آب مانند رودخانه‌ها، دریاچه‌ها یا اقیانوس‌ها است. لایروب (dredge) دارای یک سر برش چرخان است که ماسه را آزاد کرده و آن را از طریق یک خط لوله به یک بارج یا ایستگاه ساحلی پمپ می‌کند. سپس شن و ماسه به کارخانه فرآوری منتقل می‌شود و در آنجا شسته و خشک می‌شود سپس غربال شده و بر اساس اندازه و کیفیت دسته‌بندی می‌شود.
لایروبی معادن دارای مزایایی نسبت به سایر روش‌های استخراج سیلیس است، مانند اثرات زیست محیطی کمتر، تضاد کمتر کاربری زمین، آلودگی صوتی کمتر و خطرات ایمنی کمتر. با این حال، معایبی نیز دارد، مانند هزینه بالاتر، نرخ تولید کمتر و دسترسی محدود به شن و ماسه.

سایر روش‌ها

روش‌های دیگر استخراج سیلیس ممکن است شامل استخراج زیرزمینی، شکست هیدرولیکی (یا فرکینگ) یا اسیدشویی باشد. این روش ها کمتر رایج هستند و ممکن است کاربردها یا شرایط خاصی داشته باشند که آنها را برای انواع خاصی از رسوبات سیلیس مناسب کند.

استخراج زیرزمینی شامل حفر تونل یا شفت در زمین برای دسترسی به رسوبات شن و ماسه زیر سطح است. این روش ممکن است در مواقعی استفاده شود که روباره بیش از حد ضخیم یا سخت است که توسط استخراج روباز حذف نمی‌شود یا زمانی که رسوبات ماسه عمیق یا پیچیده هستند.

شکست هیدرولیک شامل تزریق آب مخلوط با مواد شیمیایی و ماسه به شکاف‌های سازنده سنگ‌های شیل است تا گاز طبیعی یا نفت به دام افتاده در داخل آن آزاد شود. شن و ماسه به عنوان یک محرک عمل می‌کند که شکاف‌ها را باز نگه می دارد و اجازه می دهد تا گاز یا نفت به بیرون برود. مقداری از شن و ماسه نیز ممکن است به عنوان محصول جانبی فرکینگ بازیافت شود.

شستشوی اسیدی شامل حل‌کردن سنگ‌ها یا رگه‌های کوارتز با اسیدهای قوی برای استخراج سیلیس خالص است. این روش ممکن است زمانی استفاده شود که میزان سیلیس در سنگ ها بسیار زیاد باشد یا زمانی که ناخالصی‌ها به سختی با روش‌های دیگر حذف می‌شوند.

تجهیزات مورد استفاده برای استخراج سیلیس

تجهیزات مورد استفاده برای استخراج سیلیس به روش و نوع ذخایر استخراج شده بستگی دارد. برخی از تجهیزات رایج مورد استفاده برای استخراج معادن روباز عبارتند از: بیل مکانیکی، بولدوزر، لودر، کمپرسی، دریل، سنگ‌شکن، سرند‌، کلسیفایر و شستشودهنده‌ها. برخی از تجهیزات رایج مورد استفاده برای روش لایروبی سیلیس عبارتند از: لایروب، پمپ، خطوط لوله، بارج و ایستگاه‌های ساحلی. برخی از تجهیزات متداول مورد استفاده برای استخراج زیرزمینی، شفت، تونل، بالابر، گاری، دستگاه انفجار و سیستم تهویه هستند.

تجهیزات برای استخراج روباز

استخراج روباز روشی برای استخراج سیلیس است که شامل حفر یک حفره بزرگ در زمین است که در آن ماسه یا شن در معرض دید قرار می گیرد و به راحتی می توان آن را استخراج کرد. جدول زیر برخی از تجهیزات مورد استفاده برای استخراج روباز شن و ماسه سیلیس را خلاصه می‌کند (تصاویر استفاده شده، ساخت هوش مصنوعی DALL.E 2 هستند).

بیل مکانیکی (Excavator)

ماشین بزرگی که شن یا ماسه را از گودال بیرون می‌آورد.

بولدوزر (Bulldozer)

ماشین بزرگی که بار اضافی (خاک و سنگ بالای ماسه یا شن) را فشار می دهد یا صاف می کند.

لودر (Loader)

ماشین بزرگی که شن یا ماسه را جمع می کند و آن را روی کامیون ها یا نوار نقاله‌ها بار می‌کند.

کامیون کمپرسی (Dump Truck)

وسیله نقلیه بزرگی که شن یا ماسه را از گودال به کارخانه فرآوری منتقل می‌کند.

دریل (Pneumatic rock drill)

دستگاهی که برای انفجار یا نمونه‌برداری سنگ را سوراخ می‌کند.

سنگ شکن (Crusher)

دستگاهی که شن یا ماسه را به قطعات کوچکتر خرد می‌کند.

تجهیزات استخراج سیلیس به روش لایروبی

لایروبی روشی برای استخراج سیلیس است که شامل استفاده از یک ماشین بزرگ به نام لایروب برای مکیدن شن یا ماسه از رسوبات زیر آب مانند رودخانه ها، دریاچه ها یا اقیانوس ها است. جدول زیر برخی از تجهیزات مورد استفاده برای لایروبی استخراج شن و ماسه سیلیس را خلاصه می کند.

لایروب: دستگاه بزرگی که روی آب شناور است و دارای سر برش چرخان است که شن یا شن را آزاد کرده و آن را از طریق یک خط لوله پمپ می‌کند.

خط لوله: لوله بلندی که شن یا ماسه را از لایروب به یک بارج یا ایستگاه ساحلی منتقل می‌کند.

بارج: یک قایق بزرگ با کف مسطح که شن یا ماسه را از خط لوله به کارخانه فرآوری حمل می‌کند.

ایستگاه ساحلی: تأسیساتی در زمین که شن یا ماسه را از خط لوله دریافت کرده و به کارخانه فرآوری منتقل می‌کند.