石粉回收設(shè)備在馬鞍山人工砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用

畢榮君，沈國毓

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 概述

混凝土工程施工在水利水電建設(shè)工程中占有重要地位，特別是以混凝土大壩為主體的樞紐工程，各種費(fèi)用約占工程總投資的50%～70%。在對混凝土工程施工管理要求越來越高的情況下，對混凝土質(zhì)量要求也在逐漸增加，混凝土骨料質(zhì)量，尤其是細(xì)骨料質(zhì)量也就成為重中之重。由于水利水電混凝土工程對細(xì)骨料的要求很嚴(yán)，要求具有穩(wěn)定的質(zhì)量、高強(qiáng)度、良好級配和粒型，而能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來越少，甚至沒有。因此，尋找新的砂料迫在眉睫。2002年2月1日起實(shí)施的國標(biāo)GB/T 14684—2001《建筑用砂》首次增加了人工砂種類[1]，最新的水工規(guī)范DL/T 5144—2001也對人工砂進(jìn)行了詳細(xì)要求。人工砂作為新的砂源，因質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)異，在混凝土生產(chǎn)中更容易控制，已經(jīng)在水電建設(shè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

根據(jù)水工規(guī)范DL/T 5144—2001對人工砂品質(zhì)要求，石粉含量成為重要一項(xiàng)。人工砂石粉是指小于0.16mm的顆粒[2]。經(jīng)過許多工程試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用證明，石粉含量為6%～18%時(shí)，不僅可改善混凝土和易性、抗分離性，還可提高混凝土抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B能力，同時(shí)還能降低人工砂生產(chǎn)成本。

目前國內(nèi)人工砂主要生產(chǎn)方式為濕法生產(chǎn)，而濕法生產(chǎn)存在石粉流失大、成品砂的石粉含量低的難題。石粉的高效回收，就可以成功解決這一難題。本文以重慶馬鞍山人工砂石加工系統(tǒng)的石粉回收為工程原型，對石粉回收設(shè)備在人工砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用提出一些淺見。

2 工程簡介

草街航電樞紐中馬鞍山人工砂石加工系統(tǒng)位于嘉陵江左岸草街鎮(zhèn)，場內(nèi)布置1套700 t/h加工能力的骨料破碎、篩分系統(tǒng)。主要承擔(dān)草街水電站船閘、廠房、5孔沖沙閘等部位混凝土所需骨料的生產(chǎn)任務(wù)，工程混凝土量180萬m3，需碎石297萬t，砂121萬t，其中砂料細(xì)度模數(shù)要求2．4～2．8，石粉含量要求 12%～17%。

2.1 石粉回收設(shè)備選型及工藝

馬鞍山人工砂石加工系統(tǒng)采用濕法生產(chǎn)，相應(yīng)的加工過程中就存在著隨水流失的細(xì)顆粒，主要成分為石屑和石粉。石粉回收的主要目的是最大限度地回收廢水中的石屑和石粉，用于回?fù)郊?xì)骨料，提高成品砂的質(zhì)量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)為下一階段廢水處理降低了細(xì)顆粒含量，減少了后續(xù)處理工程量，相應(yīng)的減少了設(shè)備投入[3]。

2.2 細(xì)砂回收設(shè)備選型

目前，人工制砂工藝正日趨成熟，細(xì)砂及石粉回收的方法多種多樣，有沉淀池沉淀回收法，刮砂機(jī)刮砂回收法，旋流器濃縮配以高頻脫水篩脫水回收法等。沉淀池沉淀回收法工藝比較簡單，回收的產(chǎn)品異類物質(zhì)較多，質(zhì)量難以保證；刮砂機(jī)刮砂回收法設(shè)備簡單，投資少，但是，回收產(chǎn)品顆粒較粗，細(xì)顆粒及石粉相對較少，回收量小。旋流器濃縮配以高頻脫水篩脫水回收法是近年來才應(yīng)用的一種較新型的石粉回收方法，該套組合設(shè)備回收石粉量大，可達(dá)到15～50 t/h，回收的產(chǎn)品顆粒級配組成較好，含水率低，最小達(dá)20%，石粉添加可與系統(tǒng)生產(chǎn)同步進(jìn)行，不需要另設(shè)堆料場地，車間結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，但是設(shè)備投入費(fèi)用較高，能耗較大。

由于馬鞍山砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)成品砂料生產(chǎn)能力為197 t/h，且成品砂的石粉含量較低，其中制砂車間生產(chǎn)砂的石粉含量為6．3%，棒磨機(jī)車間砂的石粉含量為14．1%。根據(jù)砂的質(zhì)量控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，石粉含量控制范圍為12%～17%，系統(tǒng)尚缺4.5%～9.5%的石粉，需在第三篩分、棒磨機(jī)車間排放的尾水中回收。經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)需要補(bǔ)充9～18.7 t/h的石粉。

根據(jù)以上分析比較，由于馬鞍山砂石加工系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模大，細(xì)骨料的生產(chǎn)量高，需用回收摻入的石粉量也大。因此，必須采用較先進(jìn)的石粉回收設(shè)備與工藝，才能保證石粉的回收與摻入。據(jù)此，馬鞍山砂石系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)采用美國德瑞克公司生產(chǎn)的2E48-120W-4A型石粉回收裝置。該套設(shè)備處理能力為25～30 t/h。其工作原理為：料漿池內(nèi)的料漿由砂泵供給水砂分離旋流器，濃縮后，供給真空脫水篩脫水分級；脫水篩上最終產(chǎn)品滿足含水量小于10%的要求。

2.3 石粉回收設(shè)備存在問題

經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)， 2E48-120W-4A型石粉回收裝置生產(chǎn)情況并不理想，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。由于德瑞克公司生產(chǎn)的2E48-120W-4A型石粉回收裝置受到來料量、漿液濃度、來料顆粒等諸多因素的影響，使石粉回收控制環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須精細(xì)管理，否則石粉回收效果將大打折扣。

2.4 石粉回收改造及工藝

為了提高石粉產(chǎn)量，達(dá)到人工砂品質(zhì)要求，結(jié)合馬鞍山砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模、工藝流程及平面布置的特點(diǎn)，在系統(tǒng)后期改造過程中，經(jīng)過仔細(xì)研究，在系統(tǒng)中新增了2座鏈?zhǔn)焦紊俺兀捎脙煞N設(shè)備聯(lián)合生產(chǎn)的方法，以達(dá)到合理的石粉回收工藝。

從第三篩分、棒磨機(jī)車間螺旋洗砂機(jī)溢流的尾水，夾帶著大量的≤5 mm顆粒匯流至石粉回收車間，尾水首先經(jīng)過2臺鏈條式刮砂機(jī)。鏈條式刮砂機(jī)又名石粉回收裝置，其工作原理是將尾水由進(jìn)料口向槽體給料，細(xì)砂在槽體中產(chǎn)生沉淀，通過刮板裝置刮動物料向排料口運(yùn)動，雜質(zhì)隨流水經(jīng)排水口排出，從而實(shí)現(xiàn)物料的除雜和脫水，石粉得以回收利用。尾水在經(jīng)過刮砂機(jī)的第1道回收后，再通過管道流入2E48-120W-4A型石粉回收裝置再進(jìn)行第2道石粉回收工藝。

3 設(shè)備回收效果

尾水在經(jīng)過上述2道石粉回收處理后，尾水中石粉含量大幅減少，尾水中顆粒含量減少80%以上，石粉回?fù)胶?，成品砂?xì)度模數(shù)也大幅改善。石粉回收處理前后尾水顆粒含量對比見表1，馬鞍山砂石加工系統(tǒng)石粉回收設(shè)備運(yùn)行前后砂子細(xì)度模數(shù)對比試驗(yàn)見表2。

表1 石粉回收處理前后尾水顆粒含量對比表Table 1 Contrastof the tailwater particle contentbefore and after powder recovery

表2 石粉回收設(shè)備運(yùn)行前后砂子細(xì)度模數(shù)對比試驗(yàn)記錄Table 2 Contrast testdata of sand finenessmodulusbefore and after theoperation of powder recovery equipment

4 石粉回收設(shè)備的應(yīng)用體會

4.1 鏈條式刮砂機(jī)

鏈條式刮砂機(jī)對設(shè)備自身的安裝調(diào)整要求較高，其安裝質(zhì)量直接關(guān)系到石粉的回收質(zhì)量與產(chǎn)量。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，經(jīng)過多次對該設(shè)備的調(diào)整及反復(fù)摸索，為該套設(shè)備在砂石系統(tǒng)中使用積累了不少經(jīng)驗(yàn)。

1）鏈條式刮砂機(jī)沉砂池坡度設(shè)計(jì)不易太陡，刮砂機(jī)脫水坡度太陡，刮起的石粉容易流失，不利于石粉回收。

2）鏈條式刮砂機(jī)待制砂系統(tǒng)停機(jī)后，刮砂機(jī)還需延長近2 h的運(yùn)行時(shí)間（因沉砂和泥漿經(jīng)沉淀后易板結(jié)，使刮砂機(jī)的刮板被埋沒），否則容易造成刮砂機(jī)再次生產(chǎn)時(shí)無法啟動。

3）尾水的含泥砂量大小直接影響鏈條式刮砂機(jī)的產(chǎn)量，因此可以在沉砂池中適量加入絮凝劑藥液，加速細(xì)砂的沉淀，以提高設(shè)備回收效率。

鏈條式刮砂機(jī)在馬鞍山砂石系統(tǒng)的應(yīng)用是比較成功的，無論是回收產(chǎn)品的顆粒組成，還是產(chǎn)品的含水率都比較理想。刮砂機(jī)板塊數(shù)多，刮板的移動速度慢，對尾水?dāng)_動小，有利于泥砂沉淀，并且設(shè)備中無重型結(jié)構(gòu)部件及支撐件，設(shè)備能源消耗低。

4.2 德瑞克石粉回收設(shè)備

德瑞克石粉回收設(shè)備在初期的生產(chǎn)過程中并沒有達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效果，石粉回收控制環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，回收產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。該設(shè)備在后期經(jīng)過不斷摸索與總結(jié)，基本熟悉掌握了該設(shè)備的運(yùn)行特性，獲得了一些成功的使用經(jīng)驗(yàn)。

4.3 來料漿液量

由于進(jìn)渣漿泵的漿液量的波動對石粉回收效果的影響較大，因此系統(tǒng)中與石粉回收水力旋流器組配套設(shè)備為3臺泥渣提升泵（2臺運(yùn)行，1臺備用）。在系統(tǒng)進(jìn)行石粉回收時(shí)，2臺旋流器投入使用，渣漿泵需供漿液為300 m3/h，若來漿量達(dá)不到此要求，渣漿泵在運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生真空現(xiàn)象。當(dāng)漿液量不能滿足渣漿泵的運(yùn)行參數(shù)時(shí)，無論來料濃度高低，石粉回收效果是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的。

4.4 漿液濃度

由于漿液濃度的高低取決于尾水集流的漿源，而馬鞍山砂石加工系統(tǒng)中可利用漿源為第三篩分、制砂車間及棒磨機(jī)車間排放的尾水。通過實(shí)驗(yàn)檢測，當(dāng)排漿溝槽的漿液濃度達(dá)11%以上時(shí)可以回收到石粉，在漿液濃度達(dá)15%以上時(shí)石粉回收設(shè)備可達(dá)到較滿意的回收效果。通過長期的實(shí)驗(yàn)表明，一般情況下，漿液濃度越低，小于0.08 mm粒徑石粉含量越高、成品石粉含水量也越高。漿液濃度越高，小于0.08 mm粒徑石粉含量越低，成品石粉含水量也越低。

4.5 漿液粒度

馬鞍山砂石系統(tǒng)由于尾水先通過鏈?zhǔn)焦紊皺C(jī)進(jìn)行了一道細(xì)砂回收過程，從而較好地避免了旋流器出口堵塞問題。

5 結(jié)語

通過近4 a的生產(chǎn)運(yùn)行，證明馬鞍山石粉回收設(shè)備改造后在馬鞍山砂石系統(tǒng)的應(yīng)用是比較成功的，回收效果理想，回收的產(chǎn)品級配好，產(chǎn)量高、含水率低，設(shè)備檢修及配件更換量少，經(jīng)濟(jì)效益明顯，回收石粉量平均25 t/h，最高可達(dá)40 t/h，不僅提高了砂骨料質(zhì)量，也節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，而且環(huán)境污染小，現(xiàn)場文明生產(chǎn)形象好，回收的產(chǎn)品級配較好，改善了成品砂料的級配組成，保證了砂料的細(xì)度模數(shù)及石粉含量的要求。

[1]GB/T 14684—2001，建筑用砂[S].GB/T 14684—2001,Sand forbuilding[S].

[2]DL/T 5144—2001，水工混凝土施工規(guī)范[S].DL/T 5144—2001,Specifications for hydraulic concrete construction[S].

[3] 王永祥，王明清.大朝山水電站人工砂石料系統(tǒng)的石粉回收[J].水利發(fā)電，2001（12）：53-54，60.WANG Yong-xiang,WANG Ming-qing.The powder recovery of the artificial aggregate system of Dachaoshan Hydropower Station[J].Water power,2001(12):53-54,60.