機(jī)制砂生產(chǎn)技術(shù)與質(zhì)量控制

陳貴春

摘?要：針對(duì)天然砂資源逐步減少，品質(zhì)日益下降以及限采等現(xiàn)實(shí)情況，推行淘汰天然砂使用機(jī)制砂已經(jīng)是一種必然趨勢(shì)。在發(fā)展過(guò)程中，主要使用的制砂方式為棒磨機(jī)、立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)、立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合，兩級(jí)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)以及最近使用的塔式制砂樓系統(tǒng)制砂等。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂;濕法;干法;細(xì)度模數(shù);石粉含量

1?前言

砂石骨料是水電、建筑、道路、橋梁等工程建設(shè)不可或缺、不可替代的基礎(chǔ)材料，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年砂石骨料需求量約200億噸，占世界第一，隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展和天然砂資源的不斷開(kāi)采，天然砂資源作為一種短時(shí)間內(nèi)不可再生、區(qū)域分布很不均的地方資源已近枯竭，且品質(zhì)日益下降，顆粒級(jí)配也不合理。另外，出于防洪和資源的保護(hù)的考慮，國(guó)家已明文限制或禁止一些河段天然砂的采掘，進(jìn)一步減少了天然砂的來(lái)源，使得天然砂資源日漸緊缺，價(jià)格不斷上漲，砂石供需矛盾日益突出，影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。因此用資源更豐富、質(zhì)量更優(yōu)良的機(jī)制砂替代天然砂已是大勢(shì)所趨，機(jī)制砂生產(chǎn)工藝和合理的設(shè)備選型也得到了砂石骨料業(yè)界內(nèi)外前所未有的關(guān)注。

2?機(jī)制砂發(fā)展歷程

在上個(gè)世紀(jì)60年代的時(shí)候，歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)能夠利用自己先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，用機(jī)制砂代替天然砂混凝土，應(yīng)用在實(shí)際的建筑工程中，形成了完善的機(jī)制砂材料、試驗(yàn)、應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

我們國(guó)家當(dāng)前仍然比較依賴天然砂的使用，機(jī)制砂技術(shù)和設(shè)備的研究起步較晚，發(fā)展緩慢。

當(dāng)下，機(jī)制砂的生產(chǎn)和使用只有水電行業(yè)比較熟練，以水電為例，我國(guó)機(jī)制砂生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：摸索階段、成熟階段和不斷創(chuàng)新廣泛應(yīng)用階段。

3?機(jī)制砂生產(chǎn)工藝

干法制砂和濕法制砂是機(jī)制砂的兩種主要生產(chǎn)工藝。從上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái)我國(guó)主要使用的制砂方式為棒磨機(jī)制砂、立軸破碎機(jī)制砂、立軸破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂，兩級(jí)立軸破碎機(jī)制砂以及最近開(kāi)始應(yīng)用的塔式制砂樓系統(tǒng)等。其中干法制砂適合使用塔式制砂樓系統(tǒng)和立軸破碎機(jī);濕法制砂適合使用棒磨機(jī)制砂。

3.1 濕法制砂工藝

3.1.1 棒磨機(jī)制砂

我們經(jīng)常見(jiàn)到的濕法制砂設(shè)備就是臥式放置的棒磨機(jī)，主要由進(jìn)料部、筒體部、出料部等工作部分，以及軸承部、傳動(dòng)部、基礎(chǔ)部等組成。在筒體回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，筒體當(dāng)中的鋼棒會(huì)受到離心力和摩擦力的作用，伴隨著筒體回轉(zhuǎn)逐漸升高，在最高點(diǎn)時(shí)以線速度勻速拋落，于是對(duì)筒內(nèi)制砂原料產(chǎn)生沖擊、磨削和擠壓，使其粉碎。

典型工藝流程：制砂原料（進(jìn)料粒徑一般3～25mm）從棒磨機(jī)一端進(jìn)入，磨細(xì)的產(chǎn)品借助連續(xù)給入原料的推力、水力從另一端排出機(jī)外。使用螺旋分級(jí)機(jī)，將排出的產(chǎn)品分成污水污泥和機(jī)制砂，污水污泥一般情況下會(huì)自流到沉砂池或者旋轉(zhuǎn)式分級(jí)機(jī)，將流失的細(xì)砂重新回收。使用濕法制砂，一般情況下都會(huì)配有凈化處理污水污泥的設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)制砂粒形較好，顆粒級(jí)配優(yōu)良，可以調(diào)整細(xì)度模數(shù)，能夠合理控制石粉的含量，生產(chǎn)穩(wěn)定。如MBZ2136棒磨機(jī)產(chǎn)量為一般為28-40t/h。缺點(diǎn)：①設(shè)備的配套設(shè)施比較復(fù)雜，基礎(chǔ)較大，在使用過(guò)程中需要有污水處理設(shè)施來(lái)輔助，生產(chǎn)場(chǎng)地需求較大;②耗水量大，每生產(chǎn)lt機(jī)制砂需用水約1～1.5t，此外細(xì)砂會(huì)流失30～35%之間，十分嚴(yán)重;③進(jìn)料粒徑一般在25mm以下，并且產(chǎn)量也不是很高，在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)對(duì)鋼棒造成很大的損耗。三峽下岸溪生產(chǎn)機(jī)制砂的過(guò)程中，就會(huì)使用棒磨機(jī)制砂，單機(jī)平均產(chǎn)砂量約25～35t/h，鋼棒消耗量約0.5～0.9kg/t。

3.1.2 立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂：

基于提升立軸沖擊式破碎機(jī)制砂的產(chǎn)品質(zhì)量，解決中徑含量較少等問(wèn)題，使用棒磨機(jī)和立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)兩種工藝一同制砂。

典型工藝流程：立軸沖擊式破碎機(jī)將石料破碎，然后使用篩分機(jī)進(jìn)行分級(jí)，將小于3mm的石粉混合進(jìn)入成品倉(cāng);在3～5mm之間的石料投入棒磨機(jī)進(jìn)行再次破碎，進(jìn)行分級(jí)，與3mm以下的石粉混合;大于5mm的石料重新返回轉(zhuǎn)料倉(cāng)。

優(yōu)點(diǎn)：這種工藝制作出來(lái)的機(jī)制砂質(zhì)量上乘、粒型也不錯(cuò)。將棒磨機(jī)和立軸沖擊式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，擺脫了兩種工藝缺點(diǎn)的限制，讓中徑含量顯著提升，石粉流失問(wèn)題也能得到根本性解決。缺點(diǎn)：①棒磨機(jī)的不足之處仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)根本性解決;②整個(gè)工作流程中需要使用多種設(shè)備，比較復(fù)雜。

3.2 干法制砂工藝

3.2.1 立軸沖擊式破碎機(jī)制砂

新一代以“石打石”為代表的制砂設(shè)備，讓人工砂生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破。立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)基本原理：利用高速自旋轉(zhuǎn)子將物料加速，從通道拋射腔口射出與破碎腔進(jìn)行撞擊，使物料受沖擊產(chǎn)生破碎。在立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的物料破碎方式上可分為兩類：“石打鐵”型立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)和我們前面提到的“石打石”立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)，石打鐵破碎腔制砂時(shí)，轉(zhuǎn)子總成的線速度最好在65-76m/s，這時(shí)制砂較好，如選用石打石破碎腔制砂時(shí)，轉(zhuǎn)子線速度可選在68-80m/s，雖然制砂效率稍遜石打鐵型，但砂石粒型較好。

典型工藝流程：進(jìn)料-破碎-篩分-返回（或進(jìn)料倉(cāng)），即制砂原料（進(jìn)料粒徑一般5～40mm）供給立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后從排料斗排出后通過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)入篩分分級(jí)設(shè)備，其中篩出的大于5mm的碎石和部分3-5mm的粗砂返回立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)再次破碎加工，部分3-5mm的粗砂和小于3mm的細(xì)砂進(jìn)入成品砂倉(cāng)。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝荒芎牡?。缺點(diǎn)：①3-5mm粗砂反復(fù)循環(huán)破碎，破碎效果差，能量損耗略偏大;②機(jī)制砂級(jí)配不合理，粗顆粒多細(xì)顆粒少，2.5～1.25mm、1.25～0.63mm粒徑的顆粒偏少，即“兩頭大，中間小”;③砂細(xì)度模數(shù)控制難，如采用干法生產(chǎn)，石粉含量普遍偏高。

為降低石粉含量、降低制砂機(jī)工作損耗、縮減工藝流程，降低設(shè)備破碎壁、調(diào)整進(jìn)料粒徑不失為一種有效的方式。

3.2.2 常速與高速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)聯(lián)合制砂

典型工藝流程：進(jìn)料-常速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎-篩分-返回常速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎（大于5mm的碎石）+高速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎（部分3～5mm的粗砂）-進(jìn)料倉(cāng)，即制砂原料（進(jìn)料粒徑一般5～40mm）供給常速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)（V=50～70m/s）進(jìn)行破碎，然后從排料斗排出后通過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)入篩分分級(jí)設(shè)備，其中篩出的大于5mm的碎石全部返回常速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)再次破碎加工，部分3-5mm的粗砂過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)入高速立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)（V>75m/s）進(jìn)行整形，經(jīng)整形的機(jī)制砂和篩分出的小于3mm的細(xì)砂混合進(jìn)入成品倉(cāng)。

優(yōu)點(diǎn)：在保證優(yōu)質(zhì)砂的前提下，解決了棒磨機(jī)制砂運(yùn)行成本高，產(chǎn)能低等問(wèn)題。缺點(diǎn)：流程復(fù)雜。

3.2.3 塔式制砂樓系統(tǒng)制砂

目前塔式制砂樓系統(tǒng)被譽(yù)為頂級(jí)制砂技術(shù)的代表，最高等級(jí)的機(jī)制砂制造設(shè)備。該樓采用全封閉式輸送、生產(chǎn)，及負(fù)壓除塵設(shè)計(jì)，以制砂機(jī)和空氣篩為核心的生產(chǎn)裝備，并由給料機(jī)、除塵器、調(diào)控板、鼓風(fēng)機(jī)、回收過(guò)濾器五個(gè)部分組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

典型工藝流程：制砂原料（粒徑20或30mm以下）使用底層制砂機(jī)深度破碎原料，接下來(lái)使用斗提機(jī)，將破碎后的原料砂石提升到頂層的擴(kuò)散機(jī)上，最總使用空氣振動(dòng)篩、級(jí)配調(diào)整機(jī)以及拌濕機(jī)，共同制作出精品機(jī)制砂和石粉，將傳統(tǒng)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)不合格、級(jí)配差和石粉含量不好控制等問(wèn)題從根本上解決，對(duì)工程質(zhì)量也有著明顯的提升。

制砂樓的優(yōu)勢(shì)：1）噪音低、無(wú)排放。由于制砂樓采用全封閉結(jié)構(gòu)，完全與外界隔絕，具有防塵、隔絕噪音的優(yōu)勢(shì);2）分離合格砂與石粉。制砂樓采用空氣篩，比一般制砂生產(chǎn)線的分級(jí)精度更細(xì)、更準(zhǔn)確，并可以使機(jī)器進(jìn)行調(diào)控，然后進(jìn)行級(jí)配調(diào)整;3）返回式閉路系統(tǒng)。有了這個(gè)系統(tǒng)可以使制砂樓通過(guò)加水混合機(jī)根據(jù)需要，設(shè)置產(chǎn)品的含水率，提高機(jī)制砂的粒型和大小。

4?機(jī)制砂質(zhì)量控制

不管使用哪種方法，干法制砂或者濕法制砂，要保障細(xì)度模數(shù)和粒度特性，還需要將產(chǎn)品中多余的石粉和泥土去除掉，讓成品砂含水率更加穩(wěn)定。

4.1 原料質(zhì)量控制

在勘探設(shè)計(jì)階段選定滿足要求的礦山，母巖強(qiáng)度高（火成巖>80MPa;變質(zhì)巖>60MPa;水成巖>30Mpa），質(zhì)地堅(jiān)硬，無(wú)潛在堿活性危害。但實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)生與勘探結(jié)論不完全一致的情況，如出現(xiàn)意外的斷層帶、嚴(yán)重夾帶碎屑和泥塊、溶蝕、溶溝充泥增加、出現(xiàn)較多的軟弱帶或其他不良的地質(zhì)現(xiàn)象，遇到這種情況，就需采取必要的質(zhì)量控制手段，對(duì)加工原料進(jìn)行控制。

4.1.1 原石在取料中的軟弱顆?？刂?/p>

一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)部混凝土的軟弱顆粒含量不能夠超過(guò)15%，對(duì)于有抗磨要求和對(duì)外的混凝土也不能超過(guò)5%。對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)，過(guò)多的軟弱顆粒會(huì)影響強(qiáng)度和穩(wěn)定性，需剔除軟弱顆粒。通常在料源開(kāi)采源頭采用肉眼分析判斷，在開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)行剔除，或在砂石料生產(chǎn)線粗碎環(huán)節(jié)設(shè)置棄料篩分車間，篩出軟弱顆粒作為棄料棄出。

4.1.2 無(wú)用層與有用層的分界線開(kāi)采

之所以進(jìn)行無(wú)用層和有用層的分界線開(kāi)采，目的就是避免無(wú)用層混入有用層，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)用層和有用層的分界線是弱風(fēng)化帶下部，作為棄料，礦山無(wú)用層往往先采用玻璃無(wú)用層，然后對(duì)有用巖石進(jìn)行開(kāi)采的步驟。

4.1.3 夾層中開(kāi)采

在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，一旦巖層出現(xiàn)了夾層，地質(zhì)人員就必須分析判斷夾層的狀態(tài)，分析夾層石料會(huì)不會(huì)影響混凝土質(zhì)量，做出相應(yīng)的決策，一般如夾層規(guī)模較小，不含有害物質(zhì)時(shí)就可開(kāi)采使用，如夾層規(guī)模較大，而且?jiàn)A層中存在有害物質(zhì)或者其他難以辨別的物質(zhì)，應(yīng)能剔除或舍棄。

4.2 生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

機(jī)制砂的質(zhì)量控制主要重點(diǎn)是石粉含量、細(xì)度模數(shù)、含水率等。

4.2.1 石粉含量控制

在機(jī)制砂的生產(chǎn)過(guò)程中，石粉含量是一個(gè)十分重要的質(zhì)量指標(biāo)。干法制砂生產(chǎn)的機(jī)制砂石粉含量往往更高，質(zhì)量一般都能滿足或者高于標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)應(yīng)考慮選用選粉設(shè)備如選粉機(jī)分離多余石粉或部分濕式生產(chǎn)，洗去部分石粉，從而滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

機(jī)制砂石粉的流失在濕法制砂過(guò)程中更加明顯，想要滿足石粉含量的基本要求，都需要將石粉回收。在回收石粉的過(guò)程中，也有著人工和機(jī)械兩種方式，機(jī)械回收是設(shè)計(jì)出石粉回收車間，也就是將制砂車間和篩分車間螺旋分級(jí)機(jī)溢流水中帶走的石粉，借由刮砂機(jī)、黑旋風(fēng)等設(shè)備進(jìn)行回收，再回收利用。人工回收方式：也就是將洗砂機(jī)排放的西流水自然存放脫水，脫水后的細(xì)砂摻配到機(jī)制砂中。

4.2.2 細(xì)度模數(shù)控制

細(xì)度模數(shù)是機(jī)制砂質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，主要控制手段是依靠棒磨機(jī)、粗砂整形和細(xì)砂回收工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及檢查篩分機(jī)有效篩面面積與控制篩孔尺寸。

在濕法制砂過(guò)程中，棒磨機(jī)制砂是常用的方式，對(duì)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的控制，是由棒磨機(jī)和細(xì)砂回收工藝決定的。干式生產(chǎn)時(shí)，一般配置立軸沖擊式破碎機(jī)制砂。在機(jī)制砂質(zhì)量控制中，能夠解決多級(jí)破碎后粗砂和立軸破碎制砂細(xì)度模數(shù)偏大的問(wèn)題，在工藝上將篩分出的3～5mm的粗顆粒返回立軸沖擊式破碎機(jī)再次加工破碎，讓細(xì)度能夠得到明顯的把控。此外，對(duì)<0.16mm（或0.15mm）細(xì)顆粒含量進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，控制好機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)。

針對(duì)控制機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的目的，經(jīng)常會(huì)使用以下幾種措施：①借助取樣測(cè)試砂的細(xì)度模數(shù)，保證細(xì)度模數(shù)在合理的范圍內(nèi);②一旦出現(xiàn)細(xì)度模數(shù)過(guò)大的現(xiàn)象，就可以通過(guò)棒磨機(jī)的生產(chǎn)線來(lái)調(diào)整進(jìn)料顆粒徑、量和裝棒量等，調(diào)整生產(chǎn)量;配備高速立軸破碎機(jī)的生產(chǎn)線可進(jìn)行粗砂整形和再破碎，對(duì)砂的級(jí)配組成和細(xì)度模數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整;③對(duì)篩分機(jī)的篩網(wǎng)孔徑進(jìn)行合理調(diào)整，也可以通過(guò)顆粒級(jí)配和細(xì)度模數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.3 含水率的控制

采用濕式制砂時(shí)，機(jī)制砂脫水是生產(chǎn)質(zhì)量控制的難題。為了讓機(jī)制砂的含水率得到有效控制，當(dāng)前主要是使用自然脫水和機(jī)械脫水兩種形式。在實(shí)際應(yīng)用中主要有以下方式：①首先，使用機(jī)械將機(jī)制砂中的大多數(shù)水分脫離，一般會(huì)使用振動(dòng)篩脫水技術(shù)，這樣的方式能夠?qū)⒑蕪?0～23%降低到14～17%，另外也可采用真空脫水或離心脫水，脫水效果好，但投資費(fèi)用較高。②將機(jī)制砂堆存脫水、下料和取料等各個(gè)環(huán)節(jié)區(qū)分開(kāi)來(lái)，一般來(lái)說(shuō)，堆存脫水三到五天之后就能夠?qū)⒑史€(wěn)定到6%以下。③將脫水篩和干法生產(chǎn)的機(jī)制砂混合到砂倉(cāng)當(dāng)中，也能使含水率降低。④在機(jī)制砂倉(cāng)頂部搭設(shè)防雨棚，砂倉(cāng)底部設(shè)盲溝排水設(shè)施，及時(shí)清理盲溝，讓自然脫水時(shí)間得到縮減，也能夠讓機(jī)制砂的含水率明顯降低。

5?結(jié)語(yǔ)

砂作為混凝土的一種重要結(jié)構(gòu)材料，在工程建設(shè)過(guò)程中有著至關(guān)重要的作用。在滿足機(jī)制砂的基本性能的基礎(chǔ)上，選擇更具經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)方案，讓機(jī)制砂能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用，又能節(jié)省更多的生產(chǎn)成本。隨著天然砂資源的減少，生產(chǎn)機(jī)制砂將會(huì)是未來(lái)主要的發(fā)展方向，也是對(duì)可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹。

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