機制砂生產(chǎn)工藝設(shè)計

李蕾蕾，張偉超，孫彥峰，劉宏偉

（河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司，河南　鄭州　450001）

機制砂生產(chǎn)工藝設(shè)計

李蕾蕾，張偉超，孫彥峰，劉宏偉

（河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司，河南鄭州450001）

本文主要從干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)兩個方面來介紹砂石骨料生產(chǎn)線的機制砂生產(chǎn)工藝設(shè)計。

干法生產(chǎn)；濕法生產(chǎn)；機制砂生產(chǎn)；工藝設(shè)計

0　前言

砂石骨料是工程建設(shè)的重要原材料，特別是隨著國家對道路交通設(shè)施、城鎮(zhèn)化基建工程等基礎(chǔ)性建設(shè)投資力度的不斷加大，同時也處在一帶一路進一步落實的當(dāng)下，機制砂的需求量正在逐年增長，同時對砂石的質(zhì)量要求也越來越高。目前砂石行業(yè)的生產(chǎn)工藝、設(shè)備和技術(shù)正處于發(fā)展階段，以犧牲環(huán)境為代價的個體小規(guī)模分散經(jīng)營在本行業(yè)中占絕大多數(shù)，與發(fā)展變化的環(huán)境需求很不適應(yīng)。

國家對環(huán)保的治理力度不斷加強，大部分個體小規(guī)模機制砂生產(chǎn)線將面臨或已經(jīng)停產(chǎn)整頓。同時規(guī)模化、現(xiàn)代化的機制砂生產(chǎn)線已經(jīng)成為市場上的投資熱點，規(guī)范先進的機制砂生產(chǎn)工藝成為設(shè)計院所及相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)探索研究的課題。

機制砂生產(chǎn)工藝分干法和濕法兩種。干法生產(chǎn)是指除個別工藝環(huán)節(jié)噴霧除塵用水外，其他整個工藝過程中基本不用水，主要適用于我國北方寒冷、干旱、水資源嚴重缺乏、礦石原料中夾土料能通過篩分剔除干凈的地區(qū)，在建材行業(yè)中應(yīng)用廣泛；濕法生產(chǎn)是指工藝過程中用水洗制砂，主要適用于我國南方、水資源豐富或礦石原料中夾雜的粘土料無法通過干法篩分并剔除干凈的地區(qū)，在水利水電行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

本文以已投產(chǎn)運行的兩個工程項目為例，從干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)兩個方面來介紹砂石骨料生產(chǎn)線的機制砂生產(chǎn)工藝設(shè)計。

1　干法生產(chǎn)工藝

1.1項目基本情況

（1）項目名稱：遼陽冀東1500t/h 砂石骨料生產(chǎn)線；

（2）生產(chǎn)線能力：1500t/h 砂石骨料，其中機制砂約500t/h；

（3）機制砂品種：粗砂、細砂；

（4）原料特性：石灰?guī)r，土質(zhì)通過預(yù)篩分可以剔除；

（5）機制砂質(zhì)量：滿足 GB/T14684—2011《建設(shè)用砂》要求；

（6）環(huán)保排放標準：粉塵排放濃度≤20mg/Nm3，廢水達到零排放，噪聲排放滿足國家標準。

1.2主要設(shè)備選擇

機制砂干法生產(chǎn)的主要設(shè)備有制砂設(shè)備、檢查篩分設(shè)備、石粉分選設(shè)備。下面就這三類設(shè)備的選擇做一簡介。

根據(jù)此項目原料為石灰?guī)r、土質(zhì)較好分離的特點，生產(chǎn)線選擇全干法，機制砂生產(chǎn)設(shè)備選擇為立軸沖擊式破碎機、三軸橢圓振動篩和復(fù)合式選粉機。

（1）制砂設(shè)備的選擇

干法制砂設(shè)備一般選擇立軸沖擊式破碎機、棒磨機或輥破（磨）機。

立軸沖擊式破碎機主要用于對中小石料進行整形破碎。優(yōu)點是生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)的砂子粒型優(yōu)、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、土建及安裝工程量小，在生產(chǎn)中使用較廣；缺點是，能耗高、生產(chǎn)的砂子級配不夠理想、中間級配砂子含量偏低。

棒磨機的優(yōu)點是生產(chǎn)的砂子細度模數(shù)容易調(diào)整，砂子級配好，生產(chǎn)穩(wěn)定；缺點是生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)能力低、運行成本高，一般較少使用。

輥破（磨）機具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、（超）細碎作業(yè)可控制砂子細度模數(shù)等優(yōu)點。因為其擠壓式破碎原理，對于硬質(zhì)、中硬質(zhì)、磨蝕性較高物料的破碎制砂優(yōu)勢明顯；缺點是砂子粒型較立軸沖擊式破碎機差些，且產(chǎn)品中可能有微裂紋（需實驗驗證）。一般會與立軸沖擊式破碎機配合用于硬質(zhì)、磨蝕性較高物料的制砂生產(chǎn)線中。

結(jié)合此項目原料特性，設(shè)計選用了立軸沖擊式破碎機作為制砂設(shè)備。

（2）檢查篩分振動篩的選擇

機制砂檢查篩分設(shè)備一般選擇高頻篩、直線振動篩、圓振動篩或三軸橢圓振動篩。

直線振動篩處理量小，適合小粒徑篩分、小產(chǎn)量生產(chǎn)使用；圓振動篩對大物料篩分效率高、處理量大，適合>3mm物料的篩分及較大規(guī)模生產(chǎn)使用；高頻篩價格高，設(shè)備層數(shù)設(shè)計上受限制，設(shè)備維護成本高；三軸橢圓振動篩可做多層篩分，篩機的可靠性和壽命高，特別適用于小顆粒物料的篩分。

結(jié)合此項目要求機制砂多品種分級，以便調(diào)節(jié)返回制砂機的循環(huán)量來調(diào)節(jié)機制砂細度模數(shù)及顆粒級配的特點，設(shè)計選用三軸橢圓振動篩作為檢查篩分設(shè)備。

（3）分選設(shè)備的選擇

一般經(jīng)過制砂及檢查篩分后的機制砂中石粉含量高于國家標準，所以干法制砂中會設(shè)計分選設(shè)備將機制砂中的部分石粉選出，并可以將機制砂分選為粗、中、細砂。此項目選擇市場上廣泛使用的復(fù)合式分選機。

1.3工藝流程及簡述

干法制砂的生產(chǎn)工藝見圖1。

砂石骨料生產(chǎn)線產(chǎn)生的 0～4.75mm 物料與部分4.75～10mm、20～30mm 物料一起輸送至立軸式?jīng)_擊破碎機，經(jīng)過整形破碎后的物料輸送至三軸橢圓振動篩（篩網(wǎng)孔徑從上往下分別是：5mm×5mm、3.3mm×3.3mm、2.5mm×2.5mm）進行檢查篩分，篩分后>4.75mm 物料返回至制砂車間，3.3～4.75mm 與2.5～3.3mm 物料根據(jù)成品砂顆粒級配情況可以按比例返回至制砂車間或者可以部分與 0～2.5mm 物料一起輸送至砂石分選車間的復(fù)合式選粉機進行分選，分選后的粗、細砂輸送至成品砂料棚儲存，石粉輸送至石粉庫儲存。成品砂料棚后設(shè)置自動裝車和自動配置連續(xù)級配混合料系統(tǒng)以便滿足不同客戶的需求。

1.4設(shè)計特點

（1）進入立軸沖擊式破碎機的原料主要是市場需求量較少的 0～4.75mm 物料，同時根據(jù)骨料系統(tǒng)生產(chǎn)及銷售情況，可以部分選擇4.75～10mm、20～30mm 物料進入制砂系統(tǒng)，這樣有利于提高制砂效率及調(diào)整成品砂級配。

（2）機制砂檢查篩分采用三軸橢圓振動篩，達到機制砂多品種的精確分級，并通過比例調(diào)節(jié)閥將部分砂石返回至制砂機循環(huán)制砂，從而達到調(diào)整機制砂細度模數(shù)及顆粒級配、生產(chǎn)精品機制砂的目的。

（3）成品砂中石粉的分離采用復(fù)合式選粉機進行分選，可以通過調(diào)整設(shè)備轉(zhuǎn)速靈活調(diào)整分離后成品砂中的石粉量；

（4）成品裝車實現(xiàn)自動裝車和自動配置連續(xù)級配混合料系統(tǒng)，通過每種產(chǎn)品料棚后配置計量設(shè)備后合用一套輸送系統(tǒng)外銷混合級配料以滿足不同客戶的需求。

（5）由于干法生產(chǎn)的機制砂含水率較低，為減少人工堆料過程中的分離及保持砂的含水率穩(wěn)定，在入堆場的皮帶輸送機上安裝1套自動補水裝置，既能達到抑塵目的又能確保機制砂的含水率波動小于1%。

（6）收塵器下石粉單獨收集，達到避免二次揚塵并減少后續(xù)分選設(shè)備負荷的目的。

（7）皮帶機采用一體化皮帶機設(shè)計，降低項目的綜合投資。

2　濕法生產(chǎn)工藝

2.1項目基本情況

（1）項目名稱：華新骨料1000t/h 砂石骨料生產(chǎn)線；

（2）生產(chǎn)線能力：

1000t/h 砂石骨料，其中機制砂350t/h；

（3）機制砂品種：混合砂；

（4）原料特性：石灰?guī)r、粘土含量較大，通過篩分無法完全篩除粘土；

（5）機制砂質(zhì)量：滿足 GB/T14684—2011《建設(shè)用砂》要求；

（6）環(huán)保排放標準：粉塵排放濃度≤20mg/Nm3，廢水達到零排放，噪聲排放滿足國家標準。

2.2主要設(shè)備選擇

機制砂濕法生產(chǎn)的主要設(shè)備有洗石設(shè)備、制砂設(shè)備、濾水設(shè)備、泥砂處理設(shè)備。下面就這幾類設(shè)備的選擇做一簡介。

根據(jù)此項目原料為石灰?guī)r，土質(zhì)為粘土的特點，生產(chǎn)線選擇半干法，即破碎后工段包括機制砂生產(chǎn)選擇濕法生產(chǎn)，設(shè)備選型為雙螺旋洗石機、立軸沖擊式整形機、旋流器、濾水直線篩、濃縮機、節(jié)能高效快開式隔膜壓濾機。

（1）洗石設(shè)備的選擇：洗石主要是將 0～4.75mm 物料中的泥粉和石粉用水洗掉，一般選擇螺旋洗石機、斗輪洗石機或滾筒洗石機。因螺旋洗石機具有構(gòu)造簡單、性能可靠、操作方便等特點，此項目選用雙螺旋洗石機作為洗石設(shè)備。

（2）制砂設(shè)備的選擇：同前面所述干法生產(chǎn)線選擇原則相同，此項目選擇立軸沖擊式整形機作為制砂設(shè)備。

（3）濾水設(shè)備的選擇：直線振動篩因其運動軌跡的特有特點，適合作為濕法生產(chǎn)線的濾水設(shè)備使用，因此此項目選擇直線振動篩作為濾水設(shè)備。

（4）泥砂處理設(shè)備的選擇：經(jīng)過洗石設(shè)備溢流出的含泥砂廢水必須經(jīng)過處理才能達到生產(chǎn)線廢水的零排放。結(jié)合多方實地考察及方案論證，此項目選擇了旋流器、濃縮機和節(jié)能高效快開式隔膜壓濾機組成的系統(tǒng)對廢水和泥砂料進行處理，避免了像以往項目含泥廢水直接排入沉淀池而引起的占地面積大及沉淀池難以清理的缺點。

圖1　干法制砂的工藝流程圖

圖2　濕法制砂的工藝流程圖

2.3工藝流程及簡述

濕法制砂的生產(chǎn)工藝見圖2。經(jīng)過砂石骨料生產(chǎn)線篩洗（振動篩噴水）后的＜4.75mm的含泥物料隨洗石廢水一起由水槽自然流入雙螺旋洗石機進行水石分離，分離后的廢水進入旋流器和直線濾水篩進行再次水砂分離及濾水，兩級分離后的砂石料輸送至立軸沖擊式整形機進行整形制砂，然后經(jīng)直線濾水篩濾水后輸送至機制砂堆場；經(jīng)過旋流器分離后的廢水進入濃縮機加藥濃縮，濃縮后的上層清水溢流入清水池后循環(huán)使用于生產(chǎn)線，濃縮后的下層泥砂漿通過緩沖攪拌池經(jīng)渣漿泵送至壓濾機車間進行壓濾，壓濾后的泥餅廢料單獨儲存，壓濾后的清水流入清水池后循環(huán)使用于生產(chǎn)線。

2.4設(shè)計特點

（1）通過上述工藝環(huán)節(jié)對機制砂及泥砂料進行濕法處理，得到了潔凈度較高的機制砂和泥餅，節(jié)省了設(shè)計超大沉淀池的前期投資及后期清理費用，使生產(chǎn)線水、泥料達到真正意義上的零排放。

（2）考慮到＜4.75mm 的含泥砂廢水中泥砂粒度及含量較大，不宜采用渣漿泵輸送，只能通過水槽自流至洗石機。為了防止堵料并減少磨擦，設(shè)計中加大水槽坡度達9%，并將水槽做成 U 型槽以便減少輸送摩擦。

（3）泥漿進入壓濾機前應(yīng)設(shè)計緩沖攪拌池，滿足了濃縮機后渣漿泵連續(xù)工作和壓濾機按次間歇式工作的協(xié)調(diào)要求。

3　環(huán)境保護

3.1主要污染源和污染物

機制砂干法生產(chǎn)對環(huán)境的污染主要是粉塵，濕法生產(chǎn)對環(huán)境的污染主要是廢水。

3.2環(huán)境保護措施

（1）干法生產(chǎn)中防塵及收塵措施

設(shè)計中一般采取以防為主、防治結(jié)合的方針，在各工藝環(huán)節(jié)上盡量減少揚塵點，使用密閉性能好的輸送和給料設(shè)備。在設(shè)備連接的料管設(shè)計時注意料管形狀、角度等，并盡量降低落差。在所有有組織粉塵排放點均采用收塵效率高、技術(shù)可靠的高效收塵器。保證粉塵排放濃度低于20mg/Nm3，符合國家標準；機制砂成品儲存采用封閉堆棚或混凝土儲庫儲存，石粉采用儲庫儲存，并在個別工藝環(huán)節(jié)合理設(shè)計噴霧除塵以減少粉塵對周圍環(huán)境的影響。

（2）濕法生產(chǎn)中廢水處理及泥料排放

濕法洗砂產(chǎn)生的廢水經(jīng)砂石水洗及泥砂處理系統(tǒng)處理后作為生產(chǎn)用水循環(huán)使用；泥砂處理后的泥餅用于礦山復(fù)墾墊層或簡單處理后用于其他建材生產(chǎn)線，達到廢水泥料零排放。

4　干濕法制砂的優(yōu)缺點

（1）干法制砂通過復(fù)合式選粉機進行選粉，能使機制砂中含有少量石粉但含量可控制在不超過國家標準，對配制混凝土有利；濕法制砂在洗砂過程中，石粉及部分超細砂會被一起洗掉，雖然產(chǎn)品潔凈度較高，但由于成品砂中石粉和超細砂較少，影響砂子的級配。

（2）干法制砂生產(chǎn)線采用復(fù)合式選粉機進行砂粉分離，不需要加水清洗，整體生產(chǎn)成本相對較低；濕法制砂的泥砂處理系統(tǒng)在滿足環(huán)保要求的情況下，必須建設(shè)相配套的大沉淀池或者最好配套本文所介紹的螺旋洗石機、旋流器、濃縮機、壓濾機等設(shè)備，整體生產(chǎn)成本相對較高。

（3）干法制砂擺脫了外圍環(huán)境的限制，不受水源和環(huán)境的限制，在水資源匱乏的地方也可生產(chǎn)；而濕法制砂最好在有水資源的地方進行，并且一般在北方的冬季無法生產(chǎn)。

5　結(jié)語

目前，干法制砂項目的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均運行正常，各項指標已達到設(shè)計要求；濕法制砂項目除了整形機這一環(huán)節(jié)（后期增加）有待后期投產(chǎn)后驗證其可靠性外，其余生產(chǎn)環(huán)節(jié)也都運行正常。相信隨著行業(yè)相關(guān)人員對機制砂生產(chǎn)工藝的不斷重視和深入研究，將來會有越來越多的先進化機制砂生產(chǎn)線，也會生產(chǎn)出越來越多的優(yōu)質(zhì)機制砂產(chǎn)品。

［通訊地址］河南省鄭州市紅旗路34號（450001）

李蕾蕾（1983—），女，工程師，主要從事砂石骨料、水泥及混凝土等工程項目的設(shè)計與咨詢工作。