綠色礦山的干法制砂工藝分析

代青龍

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

中國(guó)砂石骨料年消耗量超過(guò)200億噸，是建筑、道路、橋梁、水力等基礎(chǔ)設(shè)施主要原材料。砂石工業(yè)由粗放式發(fā)展逐步轉(zhuǎn)向綠色發(fā)展方向[1]。當(dāng)前河砂限采，機(jī)制砂石需求旺盛，由于大型礦山開(kāi)采量大，所以環(huán)境影響較大。為此，同時(shí)滿(mǎn)足礦石資源開(kāi)采和兼顧環(huán)境保護(hù)，發(fā)展綠色礦山勢(shì)在必行。隨著綠色礦山建設(shè)由“試點(diǎn)探索”階段轉(zhuǎn)入“全面推進(jìn)”階段，從中央到各省市相繼發(fā)布了綠色礦山建設(shè)規(guī)劃[2]。目前，我國(guó)綠色礦山存在區(qū)位布局不協(xié)調(diào)、評(píng)價(jià)體系不健全等問(wèn)題，通過(guò)政府監(jiān)管等多種方式正逐步提高綠色礦山的數(shù)量和質(zhì)量[3]。綠色礦山建設(shè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的迫切需要[4]。在綠色礦山建設(shè)樣板工程方面，運(yùn)用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)打造“長(zhǎng)九樣本”，實(shí)踐推廣干法制砂工藝，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)平衡發(fā)展[5]。

1 干法制砂工藝的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

日本壽技研V7砂石加工系統(tǒng)的工藝原理是采取空氣篩分與負(fù)壓除塵收粉，V7干法制砂工藝非常成熟，早已成為日本制砂主流工藝[6]。隨著我國(guó)引進(jìn)德國(guó)制砂技術(shù)，德國(guó)Barmac（巴馬克）作為一種新型的立軸沖擊式制砂破碎設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種軟硬巖石制砂工藝中。在小灣孔雀溝砂石加工系統(tǒng)中，使用巴馬克干法制砂設(shè)備，推廣巴馬克干法制砂工藝，制砂效果良好[7]。

上世紀(jì)我國(guó)主要采用濕法制砂工藝。隨著環(huán)保要求的提高，干法制砂工藝逐步成為水利工程施工的重要技術(shù)手段[8]。國(guó)外大型水利工程早已推廣干法制砂生產(chǎn)，近年來(lái)我國(guó)部分水力工程也采用這種先進(jìn)生產(chǎn)工藝[9]。錦屏水電站工程制砂料源主要采用大理巖，由于錦屏工程大理巖抗壓強(qiáng)度較低，軟化系數(shù)大，錘擊易成粉的特性，該工程制砂工藝主要采用了全干法制砂工藝，即立軸制砂機(jī)+選粉機(jī)制砂工藝，成功解決了錦屏工程機(jī)制砂級(jí)配差和石粉含量高的問(wèn)題。該工藝相比濕法工藝用水量大幅度降低，不需修建污水處理設(shè)施，不排放大量廢水[10]。在貴州省水電工程中，人工制砂技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用較多，工藝差異性也大[11]。根據(jù)《建設(shè)砂石開(kāi)采準(zhǔn)入條件》和《關(guān)于促進(jìn)機(jī)制砂石行業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》，到2020年，有條件的城市均應(yīng)建立本地區(qū)穩(wěn)定的砂石供應(yīng)基地，分別創(chuàng)建10個(gè)國(guó)家性示范砂石基地和10個(gè)國(guó)家級(jí)綠色砂石礦山[12]。綠色礦山干法制砂工藝在近年中應(yīng)用逐漸普及，干法制砂工藝在國(guó)內(nèi)外都無(wú)統(tǒng)一定義的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程。

2 干法制砂工藝的差異性分析

近年來(lái)，機(jī)制砂生產(chǎn)線主流布置有樓式和平面式兩種。圖1-圖5介紹了樓式干法制砂工藝并分析工藝差異性。

圖1 干法制砂工藝一

1）從制砂機(jī)在樓站安裝位置分為樓頂和地面布置。

圖1表示制砂機(jī)安裝在主樓上，主樓鋼結(jié)構(gòu)要求高，一般只布置1臺(tái)制砂機(jī)，主流廠家有日本壽技研、南方路機(jī)、鐵建重工、上海世邦等。

圖2 干法制砂工藝二

圖3 干法制砂工藝三

圖4 干法制砂工藝四

圖5 干法制砂工藝五

圖2表示制砂機(jī)布置安裝在地面上，不影響主樓鋼結(jié)構(gòu)，方便布置1臺(tái)或2臺(tái)制砂機(jī)，主流廠家有中聯(lián)重科、鄭州一帆、成智重工、上海安姆普客等。

2）從選粉機(jī)在樓站安裝位置分為原料選粉和成品料選粉工藝布置，在產(chǎn)量較大且采用選粉工藝時(shí)，一般將制砂機(jī)布置在地面上。

圖3表示選粉機(jī)布置在制砂機(jī)進(jìn)料位置，先選粉再破碎制砂，主流廠家有鄭州一帆、江蘇山寶等。圖4表示選粉機(jī)布置在制砂機(jī)出料位置，先破碎和篩分再選粉出砂，主流應(yīng)用單位有中聯(lián)水泥等。圖5表示選粉機(jī)布置在制砂機(jī)出料位置，無(wú)振動(dòng)篩分工序，利用選粉機(jī)進(jìn)行除粉和出砂，主流廠家有江蘇吉能達(dá)等。

3 干法制砂工藝生產(chǎn)效果的影響因素

選擇合理的設(shè)備配置和布設(shè)，采用合適的干法制砂工藝流程，全面地考慮各種因素，才能夠確保制砂生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效[13]。通過(guò)兩種制砂工藝和三種母巖巖性對(duì)比分析，才能夠找到機(jī)制砂質(zhì)量的工藝影響因素[14]。研究了不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度等主要指標(biāo)的影響，干法制砂工藝機(jī)制砂配制的混凝土性能優(yōu)于普通工藝[15]。因?yàn)楦煞ㄖ粕肮に嚧嬖谥町愋?，所以在?yīng)用該工藝技術(shù)生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量、產(chǎn)量等結(jié)果指標(biāo)的不同。

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，影響干法制砂工藝生產(chǎn)效果的主要因素有以下方面：

1）原料工況。從巖石特性抗壓強(qiáng)度考慮是軟巖還是硬巖，設(shè)計(jì)工藝和設(shè)備選型；從原料含水率大小考慮，含水率低于2%的原料才適合干法制砂工藝。

2）工藝設(shè)計(jì)。研究工法才能夠設(shè)計(jì)出比較合理的工藝，一般干法工藝的進(jìn)料條件要求相對(duì)苛刻，粒徑要求偏小，含水率較低。一般粒徑處于0-15mm范圍比較合適，如果粒徑達(dá)到0-50mm，則會(huì)增大返回處理量，降低產(chǎn)量，增大磨損。

3）技術(shù)指標(biāo)。細(xì)度模數(shù)、含粉量、MB值等質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4）設(shè)備布置。布置分為樓式（樓站式或塔樓式）和平面式。

5）設(shè)備選型。是否選用選粉機(jī)除粉，選用圓振篩、直線篩、橢圓篩等篩分設(shè)備，選擇制砂機(jī)“石打鐵”“石打石”模式適應(yīng)軟巖、硬巖，以及考慮關(guān)鍵設(shè)備性能參數(shù)。

6）核心技術(shù)。從除粉技術(shù)、耐磨技術(shù)、級(jí)配調(diào)節(jié)技術(shù)、智能控制技術(shù)和環(huán)保技術(shù)等方面考慮優(yōu)化制砂工藝。

4 干法制砂工藝應(yīng)用實(shí)例分析

安徽神山礦山是典型的綠色礦山，擁有灰?guī)r礦總量約19億噸，抗壓強(qiáng)度均值為64.9MPa，項(xiàng)目一期生產(chǎn)線時(shí)產(chǎn)約5000噸。由于該礦山周?chē)彼?，所以?xiàng)目采取干法制砂工藝，將原料0-7mm石屑經(jīng)過(guò)制砂設(shè)備處理成機(jī)制砂和石粉。由于礦區(qū)雨季時(shí)間較多，礦山溜井內(nèi)石料含水多，經(jīng)過(guò)篩分后的石屑并非完全干態(tài)，導(dǎo)致混合石屑實(shí)際含水率偏高時(shí)平均達(dá)到3%～4%，因此這會(huì)影響干法制砂生產(chǎn)效果，甚至?xí)绊憴C(jī)制砂亞甲藍(lán)、含粉量等指標(biāo)。

在原料含水量大、干濕混合的工況情況下，現(xiàn)場(chǎng)制砂設(shè)備采取了如圖1和圖3所示的兩種干法制砂工藝來(lái)適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況。

工藝生產(chǎn)效果各有特點(diǎn)，圖1工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏小，石粉級(jí)配偏小，由于無(wú)預(yù)選粉，所以除塵系統(tǒng)的除粉處理能力要求大；而圖3工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏大，石粉級(jí)配偏大，由于選粉機(jī)預(yù)先除粉，所以除塵系統(tǒng)的除粉處理能力要求小。因此，即使同樣類(lèi)別的原料，也可以采取不一樣的干法制砂工藝，只是側(cè)重生產(chǎn)效果不同而已。

5 總結(jié)

在綠色發(fā)展理念的指導(dǎo)下，開(kāi)采綠色礦山，應(yīng)用干法制砂工藝，最大程度地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙贏效果。在國(guó)內(nèi)外，干法制砂工藝無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化流程，以樓式機(jī)制砂生產(chǎn)線為對(duì)象，重點(diǎn)分析了該工藝差異性及特點(diǎn)。本文總結(jié)分析了干法制砂工藝生產(chǎn)效果的影響因素，并通過(guò)應(yīng)用案例分析了干法制砂工藝生產(chǎn)應(yīng)用差異特點(diǎn)，在建設(shè)綠色礦山方面為應(yīng)用干法制砂工藝技術(shù)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)指導(dǎo)。