《人工制砂技術的應用與發展-第六章》

《人工制砂技術的應用與發展-第六章》

導讀：前面談到人工砂石系統研究的關鍵因素  本章內容將繼續第2.3點制砂設備與骨料的關系

2. 3 設備與骨料的關系

外力的作用是巖石破碎的唯一手段，在破碎設備的擠壓、劈裂、彎曲、沖擊、碾磨等力作用下巖石被破碎，經篩網分級后形成骨料，這就是設備與骨料的基本關系。破碎比I的定義為入破粒度對產品粒度的比值，它是確定破碎段數的主要因素，一般而言，當破碎給料粒度越大，而產品粒度要求越細時，破碎段數越多。

在破碎生產的各個環節中，由于粗碎、中碎和細碎的特點、破碎機理不同，對設備的要求也不一樣。從破碎比角度來看，粗碎應選擇 I = 3 ～ 6，中細碎 I =5 ～8，細碎 I =9 ～12，才能最大限度地發揮各級設備的效能而獲得最佳破碎工藝方案。

無論采用何種結構形式的破碎設備，每一個破碎環節達不到破碎比要求時都會對下一級破碎造成壓力和制約，其結果將造成增加破碎環節以及增加物料的循環量、篩分量等，無形中造成設備購置費用、基礎建設費用、環保費用等大幅上升，同時也增加了系統故障點，使系統運行可靠性下降。雖然破碎比是確定破碎段數的主要因素，然而生產規模、設備性能和巖石巖性也有重要影響。開挖爆破的巖石經破碎變成骨料要選擇合理的工藝方案與先進的設備配套才是最佳的解決手段，推薦不同巖石破碎段宜優先使用的設備。巖石與制砂機設備選擇的關系見表 8

表 8 巖石與制砂機設備選擇的關系

3 砂石加工技術發展方向———低碳環保

從貓跳河三級水電站開始的干式制砂第 1 代人工砂石加工工藝一直到上世紀 90 年代在湖南江埡、碗米坡以及福建棉花灘、廣西百色等大型砂石項目中使用，因砂中石粉含泥及雜質、粗骨料裹粉等影響混凝土質量的問題無法解決，加上粉塵污染環境較為嚴重，現大型砂石系統中已經不再使用該技術。上世紀 70 年代在烏江渡水電站采用了全開路全棒磨機濕式制砂技術，80 年代后期在東風水電站砂石系統中采用了細圓錐破加棒磨機的制砂工藝，此期間國內的廣西大化、巖灘以及湖南五強溪等水電站均采用了單一的棒磨機全濕式制砂，全濕式制砂技術缺點是能耗高、污染大、粉砂流失大。

上世紀 80 年代的代表工藝為粗碎主要是旋回破、顎破開路生產，圓錐破、反擊破中碎閉路生產，棒磨機、細圓錐制砂細碎閉路生產。1993 年在天生橋二級水電站白云砂石系統的粗碎開路、中細碎閉路、旋盤破碎機加棒磨機制砂技術，在制砂工序中引入了旋盤破碎的制砂新理念，其優點是產量高、能耗低; 1996 年二灘水電站砂石系統全部采用進口設備分 4 段破碎開路生產，制砂采用了旋盤破磨機和棒磨機生產; 1998 年三峽工程擴建后在制砂上使用了立軸破加棒磨機制砂，補充和完善了全濕式的制砂技術。目前因對制砂工藝技術的認識不一，還有大量的生產企業使用這一傳統技術。新世紀后研究出的半干式制砂工藝采用粗碎開路、立軸破完全取代了棒磨機，在工藝技術上作了重大調整，開發出了 “3 段破碎、過程閉路整形、未級出成品”的高品質核電砂石骨料加工技術，粗碎脫泥、細碎高頻篩分與選粉配套的 “全自動控制技術”。在污水處理 “零排放”的大量工藝及設備實踐與研究中，在目前世界上最大的3 300 t/h的人工砂系統中成功完成了這一課題的研究與實踐，推動了人工砂石向高品質與低碳環保技術向前邁出了歷史性的一大步。

4 結束語

人工砂石生產技術從干式、濕式發展到節能、低碳、環保的半干式制砂工藝技術，半干式制砂技術主要關注產品質量、工藝技術、環保節能控制。

( 1) 根據巖性成分、功指數、磨蝕指數選擇各段破碎設備類型。

( 2) 根據各種粒徑骨料高峰時段的最大需求之和與生產不均勻系數的積進行平衡計算，確定系統的生產規模。

( 3) 半干式制砂工藝設計除注重骨料破碎加工設備的選擇外，當礦石含泥高時，在粗破前宜選擇棒條給料機在給料時分級篩分脫泥，粗破后應將小于 20 mm 的骨料用洗石機洗滌干凈，20 ～80 mm 的骨料可用 0. 25 ～0. 3 MPa 壓力的水在篩面沖洗，粗破一篩后 5 ～60 mm 的骨料宜進入立軸破加工小石和成品砂，粗、中破后的粗骨料需在進入成品倉前經檢查篩分沖洗脫粉; 采用水力旋流器配高頻振動脫水篩回收石粉、負壓吸水，粉泥水經沉淀池加速沉淀，離心脫泥設備回收，高速立軸破和旋盤破是制砂的低能耗首選設備; 礦石破碎后，當石粉含量過高時可用選粉設備脫粉。

( 4) 低碳環保的制砂工藝技術除必須滿足各種骨料的質量指標外，還要控制各種材料及能源消耗，半干式制砂用水量應控制在 0. 15 ～ 0. 45 m3/ t為宜，回收利用率控制在 90% 以上，用電量不大于 5. 5 kW·h/t。

( 5) 洗石機及粗骨料的沖洗污水經水力旋流器回收后有少量粉砂隨污泥水流入豎流沉淀池，實測含泥質量濃度約 8% ～10%。經 4 h 沉淀后含泥質量濃度約 17. 5% ～43%，平均 23. 24%，流入一級離心脫泥機脫泥后的固相含水率平均為 19. 53%。泥經皮帶機送至集料斗、經礦渣車運至棄渣場，是很好的復耕黏土。液相含固率為 5. 3% ～13. 96%，平為均 9. 68%，在加入絮凝劑后經離心脫泥機脫泥的固相含水率平均為 23. 65%，液相含固率0. 08% ～ 0. 21% ，平均為 0. 165% ，在流入斜管沉淀池經 2. 5 h 沉淀后液相濁度平均為 50 ～70 mg/L，符合國家一級生產用水標準，池底固相含泥質量濃度平均為 18%。形成的污水處理流程為豎流沉淀池一級沉淀、離心機二級脫泥、斜管沉淀池沉淀回收清水，水的回收利用達到 92. 8%，實現了零排放。

( 6) 半干式工藝控制含水率解決各破碎篩分環節的粉塵揚塵污染問題，骨料沖擊鐵件是主要的噪聲源，水電九局的專利技術 “降噪梭槽”能將噪聲降低到國標范圍，設備的噪聲在安裝隔音罩和隔音控制室后可降低到 55 dB。

( 7) 半干式制砂技術采用自動化控制、水處理的分級回收實現零排放，適應范圍較廣。

( 8) 中國水電對人工砂的研究與應用已經過半過多世紀，大量的工程實踐證明人工砂優于天然砂，核電、機場、高鐵受國標的限制，雖然在施工試驗中證明小于 0. 075 的石粉放大到 8% ～ 12%時，砂的孔隙率最小、密度最大，混凝土的強度指標也最高，但 JGJ/52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》規范對人工砂石粉含量的控制，主體工程混凝土還是不能突破應用于工程實踐中，這種現象應 從國家規范制定上早日得到解決。

( 9) 半干式制砂技術現已應用于水電、機場、核電、公路、橋梁、碼頭及特種高品質混凝土的多級骨料生產，經近 10 年不同規模、不同巖性的實踐證明是智能節能、低碳環保的制砂技術，宜大力推廣使用。

人工制砂技術的應用與發展全文完。

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