單一破碎機生產兩種砂的制砂工藝研究

韓 雨，朱 丹，衣 鎏，王 鋒

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

1 砂石生產系統(tǒng)產能設計

蘇阿皮蒂水利樞紐項目主體工程混凝土總量354萬m3。其中，碾壓混凝土300萬m3，常態(tài)混凝土54萬m3，所需砂石骨料總量約940萬t。該項目砂石骨料生產系統(tǒng)工藝設計以生產三級配混凝土骨料為主，同時可生產二級配混凝土骨料，設計滿足不同工況時產品級配平衡要求。

系統(tǒng)規(guī)模按滿足混凝土月澆筑19.62萬m3的高峰強度進行設計。生產能力為：毛料設計處理能力為1 700 t/h，成品骨料生產能力為1 360 t/h，其中人工砂生產能力約480 t/h。根據初期混凝土參考配合比，大石(40～80 mm)、中石(20～40 mm)、小石(5～20 mm)、人工砂(<5 mm)需求量分別為155.48萬、199.75萬、251.54萬、333.23萬t。砂石生產系統(tǒng)按不低于35%的成品砂產量確定生產工藝。

2 制砂車間設備選型

制砂車間是砂石生產系統(tǒng)的最后一道破碎工序。由于加工砂石骨料所用料源為輝綠巖，抗壓強度在190 MPa以上，屬于特別堅硬的巖石。對于母巖強度高、磨蝕性大的巖石，通常的制砂設備是立軸沖擊式破碎機與棒磨機制砂相結合。

立軸沖擊式破碎機根據破碎方式分石打石和石打鐵2種[1]，都具有破碎比大、粒形好、單機處理量大、土建與安裝工程量小、運行成本低等優(yōu)點。目前，國內所使用的立軸沖擊式破碎機處理能力一般為250～300 t/h，成砂率約40%，即單機產砂量為100～120 t/h，且根據需要可同時生產小石，但成品砂的細度模數較高。

該項目生產系統(tǒng)采用單一立軸式破碎機制砂工藝。通過對傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化及調整、立軸式破碎機設備的合理選擇，達到生產出合格成品砂的目的。超細碎車間設計處理量為1 400 t/h，選用5臺美卓公司的B9100SE立軸式破碎機，單機處理能力大于315 t/h，設備負荷率均為75%。制砂車間主要設備見表1。

表1 制砂車間主要設備

3 制砂車間工藝設計

該項目需要生產常態(tài)和碾壓2種混凝土，故對成品砂的質量指標要求也不同。項目所在國貧窮落后，所有的設備材料都需進口。因此，制砂工藝設計時，既要保證可靠性，又不能過于浪費，故大膽采用單一破碎設備生產2種砂的創(chuàng)新制砂工藝。同時，預留棒磨機的場地，以備砂的質量不能滿足要求時能隨時增加棒磨機。碾壓砂采用全干法生產，常態(tài)砂采用水洗法生產[2]。

采用單一立軸式破碎機制砂的主要缺點是成品砂級配不均衡、細度模數較高[3]。為解決此問題，本系統(tǒng)對制砂車間工藝進行了優(yōu)化調整，經膠帶機運輸粒徑小于20 mm的骨料進入調節(jié)料倉后(<20 mm)，采用給料機將小于20 mm骨料由膠帶機送入立軸破碎機，破碎后的石料再經膠帶機進入振動篩的方式進行分級，分級成>5、3～5、<3 mm等3種骨料。將3種骨料采用鋼結構分料溜槽對其進行分流，重點將3～5 mm粒徑的部分粗砂通過分料溜槽進入調節(jié)料倉和立軸破破碎機重復破碎，使其達到調節(jié)產品細度模數與級配的目的，組成所需的小于5 mm碾壓砂、小于5 mm常態(tài)砂、5～20 mm的骨料及返回制砂調節(jié)料倉。制砂工藝流程見圖1。

圖1 制砂工藝流程

4 同步制砂工藝流程

(1)碾壓砂。調節(jié)料倉骨料(<20 mm)→給料機→膠帶機→立軸破碎機→篩分機后，將3～5 mm的骨料經分料溜槽(6-1)進行分流，其中2/3的骨料由膠帶機返回到小于20 mm調節(jié)料倉；另1/3的骨料與全部小于3 mm的料匯入膠帶機上，組成成品碾壓砂。將成品碾壓砂經分料溜槽(6-2)再次分流，分流的一部分直接進入成品碾壓砂倉。與洗砂機的處理能力相匹配的另一部分作為常態(tài)砂原料繼續(xù)進行加工。

(2)常態(tài)砂。經分料溜槽(6-2)的另一部分成品碾壓砂直接進入洗砂機，用水洗去部分石粉，然后經過脫水篩脫去大部分水分后，輸送至常態(tài)砂成品輸送膠帶機，與分料溜槽(6-3)分流的碾壓砂(該分料溜槽分流的碾壓砂2倍于洗砂機出來的砂)在膠帶機上混合后形成最終的常態(tài)砂，并送往成品常態(tài)砂倉。洗砂機排水及脫水篩排水均設置具有廢水回收功能的沉淀池，防止污水污染環(huán)境。

5 人工砂的質量技術要求

人工砂主要技術指標包括級配、細度模數、石粉含量、含水量等。本工程結合實際情況，對砂的質量指標提出了要求。技術要求見表2。

表2 砂的質量技術要求

注：石粉指粒徑小于0.16 mm的顆粒。

蘇阿皮蒂水利樞紐項目砂石生產系統(tǒng)采用一種破碎機生產2種砂的制砂工藝，并對成品砂進行每周2～3次試驗檢測，常態(tài)砂細度模數保持在2.8～2.9之間，石粉含量保持在13%～15%之間，含水率保持在3%～5%之間；碾壓砂細度模數保持在2.6～2.7之間，石粉含量保持在20%～22%之間(其上限可設定為不超過24%)，含水率保持在1%～3%之間。經長期對成品砂進行試驗檢測，其質量指標均能滿足水電工程建設所用砂石的要求。偶爾有些指標會出現波動，對系統(tǒng)生產工藝及時調整即能滿足要求。

6 結 語

采用一種立軸式破碎機及洗砂機加脫水篩相配合的制砂生產工藝，改變了傳統(tǒng)的立軸破碎機與棒磨機聯(lián)合制砂工藝，制砂工藝簡潔，設備配置簡單，建筑面積小，運行成本低廉。運行中，2種砂的質量指標控制便捷，能保證常態(tài)混凝土、碾壓混凝土2種砂的質量指標完全得到控制。蘇阿皮蒂水利樞紐項目砂石生產系統(tǒng)自2017年2月底投產至今，已生產砂石骨料約735萬t。其中，碾壓砂約230萬t，常態(tài)砂約40萬t，澆筑的混凝土已超過310萬m3。經檢測，混凝土各項指標完全滿足設計要求，充分說明這種新型制砂生產工藝的使用是成功的。