砂石骨料生產(chǎn)工藝及設(shè)備分析

侯盼盼， 姚孟齊， 孫飛飛

（河南綠色礦山工程有限公司， 河南 鄭州 450018）

砂石骨料是在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料，廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目中，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展重要的物質(zhì)基礎(chǔ)和支撐。近年來，我國天然砂等資源逐漸減少，市場對砂石骨料的需求卻持續(xù)增長，砂石骨料產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從以自然砂石為主到以機(jī)制砂石為主的發(fā)展歷程，相應(yīng)地砂石骨料生產(chǎn)技術(shù)也逐步趨近成熟，并且依托于砂石生產(chǎn)裝備跨越式的發(fā)展，已形成了比較完善的機(jī)制砂石生產(chǎn)體系。

1 砂石骨料生產(chǎn)工藝

砂石骨料生產(chǎn)工藝從最初僅對天然砂石的分級選用，到人工或機(jī)械破碎、棒磨機(jī)和立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂，至今已經(jīng)過60 多年的發(fā)展[1]。雖然整體加工工藝已趨近成熟，但根據(jù)骨料的生產(chǎn)規(guī)模、原料性質(zhì)、市場對產(chǎn)品的需求、資金投入等的不同，骨料生產(chǎn)具體的工藝流程也不盡相同。但總的來說，砂石骨料生產(chǎn)一般都包括破碎、篩分、制砂和砂粉分離等幾個主要環(huán)節(jié)。

1.1 破碎

破碎是砂石骨料制備不可或缺的環(huán)節(jié)，除去一部分強(qiáng)風(fēng)化巖石可直接用來洗砂外，大多數(shù)硬巖均需進(jìn)行開采破碎。破碎段數(shù)的選擇主要取決于巖石的最大粒度和最終產(chǎn)物粒度。根據(jù)不同的開采規(guī)模、方法等，巖石的最大粒度一般在200～1 400 mm 之間，立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的入料粒度在60 mm 以下，棒磨制砂機(jī)的入料粒度更小，而目前常用破碎機(jī)的破碎比都在10以下，所以砂石骨料多采用兩段或三段破碎。

1.2 篩分

在砂石骨料生產(chǎn)中篩分可分為三種：預(yù)先篩分、檢查篩分和成品篩分。當(dāng)原料含土或細(xì)粒量較高時(shí)需配置預(yù)先篩分，將原料中的雜土和細(xì)粒物料預(yù)先篩出，一方面可以防止物料過粉碎，另一方面也減少了進(jìn)入粗破設(shè)備的物料量，提高了破碎機(jī)的處理能力。檢查篩分一般設(shè)置在最后一段破碎之后，其目的是將大于某一粒度的物料篩出，返回破碎機(jī)進(jìn)行再次破碎，以控制破碎產(chǎn)物的最終粒度滿足下一環(huán)節(jié)所需進(jìn)料粒度。成品篩分即是將最終破碎或制砂產(chǎn)物進(jìn)行粒度分級，以得到不同粒級的產(chǎn)品。

1.3 制砂整形和砂粉分離

根據(jù)原料性質(zhì)、破碎設(shè)備性能等的不同，在破碎環(huán)節(jié)本身即會產(chǎn)生一定比例的細(xì)骨料，但這部分骨料往往存在粒型不好、產(chǎn)砂量不高等問題，如果需要產(chǎn)出大量優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂，則需增加制砂整形工藝。但在制砂過程中，會產(chǎn)生一定比例的石粉，而石粉含量過高或者過低都會對混凝土的工作性能產(chǎn)生不利的影響，砂粉分離即是為了控制成品砂中石粉的含量。常用的制砂整形和砂粉分離工藝根據(jù)是否采用水作為工作介質(zhì)，可分為干法和濕法兩種，表1 對這兩種工藝做了簡單的對比，可以看出，兩種工藝在適用范圍、投資、用水量、產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有一定的差別，這也是在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要問題[2]。

表1 干法和濕法制砂工藝對比

2 砂石骨料生產(chǎn)設(shè)備

2.1 破碎設(shè)備

破碎設(shè)備是骨料生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備，尤其是當(dāng)對成品質(zhì)量要求不高時(shí)，一些小型骨料生產(chǎn)線為了節(jié)約投資，單靠破碎和篩分分級即可完成從大塊原巖到成品骨料的過程。

2.1.1 粗碎

國內(nèi)骨料生產(chǎn)初級破碎設(shè)備一般采用旋回式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)或者顎式破碎機(jī)。

旋回式破碎機(jī)處理量大，電耗低，無需配置給料設(shè)備，破碎腔內(nèi)襯板磨損均勻；缺點(diǎn)是機(jī)身重，機(jī)體高，要求廠房高度大，土建投資費(fèi)用高，維修困難。主要見于大型骨料生產(chǎn)線。

錘式破碎機(jī)工藝流程簡單，破碎比大，單機(jī)可完成從大塊物料到成品骨料的破碎，成品骨料呈立方體，針片狀少，粒型大大優(yōu)于顎破；缺點(diǎn)是大粒度骨料成品率低、易過粉碎、粉狀料多，不適合硬度較大的礦石物料。

顎式破碎機(jī)構(gòu)造簡單，便于安裝和維修，需要廠房高度小，工作可靠，排料口調(diào)節(jié)方便，尤其是對于水分高粘性大的礦石不易堵塞，適合硬巖的破碎；缺點(diǎn)是破碎比小，破碎產(chǎn)品針片狀多，粒型不好。單臺設(shè)備能力一般小于1 000 t/h。

2.1.2 中細(xì)碎

根據(jù)原料性能的不同，二級破碎一般選擇圓錐式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)或者重錘式破碎機(jī)。

圓錐式破碎機(jī)主要適宜破碎硬度、磨蝕性指數(shù)較高的巖石，其優(yōu)點(diǎn)是破碎力大，工作較平穩(wěn)；缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，破碎比小，閉路生產(chǎn)時(shí)需再配三段圓錐破碎機(jī)，產(chǎn)品粒型較差。

反擊式破碎機(jī)主要適宜破碎硬度、磨蝕性指數(shù)中等的巖石，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻且多呈立方體狀，閉路生產(chǎn)時(shí)二三段破碎可合用1 臺二級反擊式破碎機(jī)代替；缺點(diǎn)是設(shè)備板錘和襯板磨損較快，粉狀料較圓錐式破碎機(jī)多些，成品率較低，通常需要配套多臺反擊式破碎機(jī)才能滿足生產(chǎn)要求。

2.2 篩分設(shè)備

骨料篩分設(shè)備一般采用直線振動篩或者圓振動篩。

直線振動篩篩上的物料向前做直線運(yùn)動，如果給料不均勻或者物料的濕度黏性較大，容易出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象；機(jī)身多采用輕型板材或不銹鋼板材，體積小，處理量低，主要適用于細(xì)顆粒，比重輕，硬度不高的物料。

圓振動篩篩上的物料做圓形運(yùn)動，使物料分散從而提高了物料彈跳力，且卡在篩孔中的物料也更易跳出，減少了堵孔現(xiàn)象。其選材較厚，可以抵抗篩分過程中物料的沖擊力，篩分效率較高，處理量大，主要適用于比重大，顆粒大，硬度高的物料。

2.3 制砂整形設(shè)備

制砂整形設(shè)備一般采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)或者棒磨機(jī)。

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)采用腔體立式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，破碎效率高，設(shè)備磨損小。其進(jìn)料粒度一般在60 mm 以下，當(dāng)物料含水分較大時(shí)，物料容易粘附，甚至發(fā)生堵塞現(xiàn)象，影響破碎機(jī)的工作效率，因此主要適用于干法生產(chǎn)。

棒磨制砂機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)較大，整體投資較高，進(jìn)料粒度一般在15 mm 以下，因此需要配置篩分裝置控制其進(jìn)料粒度。棒磨后產(chǎn)品細(xì)料粒型和細(xì)度模數(shù)好，適合高品質(zhì)細(xì)料生產(chǎn)使用。但限于棒磨機(jī)的進(jìn)料粒度及磨礦性能，可以看出棒磨機(jī)只能用于制砂，而立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)除了制砂外，也可用于骨料的整形。棒磨機(jī)制砂一般采用濕法工藝，耗水量較大，并需配備相應(yīng)的污水處理設(shè)施[3]。

2.4 砂粉分離設(shè)備

為解決砂石破碎過程中產(chǎn)生的石粉含量過高的問題，往往需要進(jìn)行砂粉分離，主要有風(fēng)選和水洗兩種方法。

常用的風(fēng)選設(shè)備為選粉機(jī)，通過調(diào)整選粉機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)風(fēng)量來控制成品砂中的石粉含量，主要用于原料清潔、成砂率高、石粉含量低的干法制砂系統(tǒng)。

水洗一般采用輪斗式或者螺旋式洗砂機(jī)。輪斗式洗砂機(jī)機(jī)體是短寬結(jié)構(gòu)，占地面積小，清洗能力較弱，處理量低，主要適用于易洗且含泥沙量少的中小型制砂生產(chǎn)線。

螺旋式洗砂機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，但機(jī)體較長，占地面積大，造價(jià)較高，主要用于泥雜質(zhì)等比較嚴(yán)重的大型制砂生產(chǎn)線。

此外，水洗后的機(jī)制砂還需進(jìn)行細(xì)砂回收和脫水處理，以減少細(xì)砂流失，保證產(chǎn)品級配，降低成品含水率。常用脫水篩配合旋流器來完成這一環(huán)節(jié)。脫水篩篩孔尺寸較小，并且通過在篩面上形成料層厚度，在進(jìn)行脫水的同時(shí)也有效地避免部分細(xì)料的流失，經(jīng)過脫水后物料的含水率可控制在15%以下。對于透過脫水篩篩孔的篩下細(xì)粒物料，則通過旋流器組進(jìn)行回收。

3 結(jié)語

人工砂石骨料的加工生產(chǎn)技術(shù)雖已趨于成熟，但在實(shí)際生產(chǎn)中并沒有一套生產(chǎn)工藝是一成不變的，而生產(chǎn)裝備的選型更是靈活多變。原料性質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模、市場需求、投資水平以及經(jīng)濟(jì)效益等都是影響工藝和設(shè)備選擇的重要因素，因此，要在綜合考慮各影響因素的前提下，結(jié)合工藝和設(shè)備的適用性來選擇合適的生產(chǎn)系統(tǒng)。