對人工砂生產(chǎn)工藝優(yōu)化問題的淺見

  2011年我國水泥的產(chǎn)量達20.63億噸，水泥出口1061萬噸，依據(jù)國內(nèi)水泥用量，我國建筑用砂全年大約在60億噸左右。由于天然砂資源的逐步減少，為了防洪和保護環(huán)境又限制江砂、河砂、山砂的采掘，天然砂產(chǎn)量已不能滿足如此大量建筑用砂的要求，價格也隨之上升。這就帶來了人工砂生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的機會。許多國家重點建設(shè)工程如長江三峽工程、黃河小浪底大壩工程、京滬高速鐵路、錦屏水電站、大亞灣核電站等都使用過人工砂。實踐證明，人工砂能實現(xiàn)天然砂不足的補缺，質(zhì)量合適的人工砂能適應(yīng)高性能砼的要求。近些年來人工砂行業(yè)已經(jīng)興起，為了保證建筑用砂的質(zhì)量，滿足建筑行業(yè)的不同要求，應(yīng)重視人工砂生產(chǎn)工藝的優(yōu)化的研究。如果生產(chǎn)工藝設(shè)計不當，很難生產(chǎn)出符合新的國家標準規(guī)定的、性能優(yōu)越的、不同類別的人工砂，造成資源的浪費，造成生產(chǎn)成本、能耗的提高。

  一、工藝、設(shè)備的選擇

  1、工藝過程的選擇

  目前大、中型人工砂企業(yè)正在起步，已有的眾多小企業(yè)大部分采用水選工藝，隨意選擇各種破碎機，將石材破碎成小于5mm細粒料，經(jīng)淘洗去掉細粉、泥土及輕物質(zhì)，干燥后作為人工砂商品。水選雖然可去掉砂中的石粉、泥及輕物質(zhì)等無用的及有害的雜質(zhì)，可保證產(chǎn)品的質(zhì)量，但帶來的是細砂及石粉流失，資源浪費。由于人工砂產(chǎn)量大，自然風干無濟與事，需要烘干。烘干增加熱能消耗，使生產(chǎn)成本增加。干法生產(chǎn)產(chǎn)品不需烘干，可節(jié)約熱能消耗，不會產(chǎn)生細砂、石粉流失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。近幾年許多企業(yè)研究了人工砂生產(chǎn)工藝及設(shè)備，干法生產(chǎn)工藝逐步成熟。

  2、工藝設(shè)備的選擇

  如何選擇生產(chǎn)設(shè)備是生產(chǎn)工藝設(shè)計的關(guān)鍵。

  （1）破碎機選擇

  人工砂是由石材經(jīng)粗破碎、細破碎而成。在破碎過程中不僅應(yīng)考慮破碎機產(chǎn)量、電耗、設(shè)備長期運轉(zhuǎn)，三方面問題，即：去泥，減少細粉生成，砂的整形。含泥量、泥塊含量是建筑用砂國家標準中嚴格控制的指標，泥土在在石粉中，會造成石粉難以利用。細粉是過度破碎的產(chǎn)物，但又不可避免。細粉多既浪費電能又減少了砂的產(chǎn)出率。砂的顆粒形狀影響混凝土的和易性、需水量、強度等。人工砂希望砂粒的形狀主要為三軸比低、表面積小的顆粒，不希望有針狀、片狀的顆粒。

  反擊式破碎機進料尺寸300mm～500mm，其破碎比可達40，可用作為制砂生產(chǎn)線一級粗破碎設(shè)備，產(chǎn)品形狀呈立方體，產(chǎn)生的細粉較少；泥不易粘附于石子，如塊石上粘泥，因泥與石材粘結(jié)強度低，在打擊過程中易脫落、粉碎，隨揚塵排出，剩余部分粘土小塊可在石子輸送過程中去篩除；石子粒度均齊、干凈。如果采用顎式破碎機，產(chǎn)品粒度不均齊，塊石在壓碎過程中將泥壓在石子上難以脫落而帶進細碎機，造成成含泥量超標。顎式、錘式破碎機產(chǎn)生的細粉較反擊式多。

  立軸沖擊式制砂機進料尺寸5mm～35mm，如果石料尺寸大，用為二級細破碎較適宜，是一種新型制砂機 ，結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)、高效節(jié)能，具有砂的整形功能，成品砂粒型很好?！笆蚴?、石打鐵”，裝置狀態(tài)自由轉(zhuǎn)換，制砂、整形、碎石，一機多用，還極大地降低了零配件磨損，延長使用壽命，提高投資回報。

  反擊式制砂機進料石材尺寸≤200mm，如果石材塊度稍小，可實現(xiàn)制砂生產(chǎn)線一段破碎。這種該新型制砂機系列設(shè)備用途廣泛。其性能已達到國際制砂設(shè)備行業(yè)領(lǐng)先水平，是目前最行之有效，實用可靠的制砂設(shè)備。該機特別適用于制作建筑用砂，如青石，石灰石，河卵石，山石花崗巖等多種原材料制成建筑用砂、磨料、耐火材料、水泥、石英砂、鋼砂、爐渣粉銅礦石、鐵礦石、金礦砂混凝土骨料瀝青骨料等多種硬脆物料的細碎與中碎，是一種高效、節(jié)能的碎石制砂設(shè)備，比傳統(tǒng)制砂機節(jié)能50%，是目前先進的制砂設(shè)備之一。

  用戶可根據(jù)石料尺寸選擇破碎流程及破碎機。

  （2）選粉機選擇

  江蘇吉能達建材設(shè)備有限公司近幾年推出了性能穩(wěn)定、可靠、節(jié)能、環(huán)保的“人工砂風選脫粉機”，可將破碎機生產(chǎn)出的原砂分成粗、中、細砂及石粉四種。經(jīng)合理搭配可配制出用戶要求的砂。

  例如，遼寧嘉藝建筑材料有限公司使用了江蘇吉能達建材設(shè)備有限公司的選粉機。該公司為國家水電三局生產(chǎn)的砂、粉，經(jīng)抽樣檢測數(shù)據(jù)如表1。用這四種產(chǎn)品可配出三峽工程所需要的砂。

  （注：以上僅是一次抽測數(shù)據(jù)，人工砂風選脫粉機的各級砂、粉細度可調(diào)，可調(diào)整至較為理想狀態(tài)。）

  著名的三峽工程用砂的質(zhì)量標準見中國三峽工程開發(fā)總公司車公義 趙明華 陳緒貴文章《三峽工程人工砂質(zhì)量控制》。其數(shù)據(jù)如表2。

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  如何用水電三局的砂樣配出符合三峽工程要求的人工砂？計算方法如下：

  設(shè)粗砂配比為x,細砂配比為y,石粉配比則為（1-x-y）。

  為滿足石粉含量（10～17）%、模數(shù)2.6±2的要求，取石粉含量為10%。

  4.27x+1.63y=2.6                         (1)

  1.1x+7.71y+94.66(1-x-y)=10              (2)

  解得：

  X=0.4026

  Y=0.5405

  1-0.4026-0.5405=0.0569

  即：粗砂占40.26%,細砂占54.05%,石粉占5.69%.

  驗算：

  按初步計算所得的比例計算配制后的砂的模數(shù)與石粉含量?；旌仙暗母骷壓Y余見表3。

  從上表看出，混合砂模數(shù)為2.60,混合砂中石粉含量為10.00，都在山峽工程細骨料質(zhì)量標準規(guī)定的范圍內(nèi)。

  有關(guān)三峽工程細骨料質(zhì)量標準規(guī)定的其他項目，可通過石材的選擇、生產(chǎn)過程的控制來解決。

  如果要想配出新國家標準中規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類砂，可用粗、中、細砂進行合理配制即可，這里不再贅述。總的說來從破碎機出來的原砂分成四種有利于生產(chǎn)企業(yè)及用戶配制。

  （3）設(shè)計足夠的儲倉

  采用四分離人工砂風選脫粉機把原砂分成四類，應(yīng)分倉存放，防止互混，便于調(diào)配。

  （4）設(shè)計粘土篩除裝置

  破碎機喂料裝置與料倉之間設(shè)計粘土篩除裝置，使進倉的石塊在滾動過程脫落的粘土去除。

  （5）粗砂量過多問題

  目前一些人工砂生產(chǎn)廠發(fā)現(xiàn)粗砂多，如果過分減小入風選脫粉機的最大粒徑，容易造成石粉排出量增加。欲做到粗砂減少，中、細砂增加，石粉量增加較少，可讓粗砂部分回到破碎機，增加中、細砂的產(chǎn)量，控制過粉碎。

  （6）增加石粉細磨生產(chǎn)線

  人工砂生產(chǎn)帶來了15%～30%的石粉，石粉的利用應(yīng)受到重視，否則造成資源的浪費。

  生產(chǎn)人工砂的石材有石灰石質(zhì)的，有硅質(zhì)的等。石灰石質(zhì)石粉可作粉刷砂漿原料；可作水泥原料，即使有一定量粘土也可利用；如果石粉化學成份及化學活性合適，經(jīng)細磨可作為電廠脫硫原料；如果石粉化學成份符合HG/T3249.1-3249.4-2008《工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣》要求，可作為重質(zhì)碳酸鈣的原料。如果是硅質(zhì)石粉可作為玻璃、陶瓷、微孔硅酸鈣原料。如果石粉經(jīng)超細粉磨，用超細選粉機選出20μm以下的超細粉，其價值更高。凡此種種，不一一列舉。

  目前人工砂大都是以石灰石為原料，質(zhì)量合適的石灰石粉經(jīng)進一步細磨可用作為脫硫原料。人工砂生產(chǎn)產(chǎn)生的石粉細度在0.075mm以下，粉磨至脫硫用石灰石粉細度0.045mm（325目）以下比較容易，電耗大約為6～8kwh/t。如果增加石粉細磨設(shè)備，具有投資省，成本低、上馬快的特點。能作為脫硫用的石粉，其價格大約180元/噸左右，遠高于人工砂?？梢哉f石粉的磨細使人工砂生產(chǎn)實現(xiàn)資源的充分利用，無三廢排除，有百利而無一害。

  3、人工砂生產(chǎn)的質(zhì)量控制

  人工砂的質(zhì)量控制首先是石材的選擇。砂的堅固性、堿集料反應(yīng)、有害物質(zhì)直接與石材物理、化學性質(zhì)關(guān)。符合質(zhì)量要求石材是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)砂首要條件。石材選定之后，人工砂質(zhì)量控制的關(guān)鍵是含泥量、含水量的控制。為此，石材開采應(yīng)注意剝采比，防止粘土與塊石混雜。原料含水量大，粘土很容易粘附在石塊上不易脫落而帶進砂中，給砂的脫粉造成成困難，造成砂與石粉的含泥量多，含水量大。

  雖然砂是人工砂生產(chǎn)企業(yè)的主產(chǎn)品，但生產(chǎn)中石粉是生產(chǎn)過程不可避免的附產(chǎn)品。如果忽視石粉而作為廢料拋棄實在是太可惜。一方面讓費資源，另一方面讓費能源。如果嚴格控制生產(chǎn)過程中泥土的帶入，使石粉很純凈，石粉可成為真正的寶物。近年來的研究發(fā)現(xiàn),適量的石粉能夠完善機制砂的顆粒級配,同時在混凝土內(nèi)部起到填充作用,有些石質(zhì)的石粉還具有水化活性,能夠參與水化反應(yīng),對混凝土性能有改善作用。這就是新的建筑用砂國家標準放寬石粉含量的原因。

  總之，人工砂生產(chǎn)應(yīng)走向科學化。生產(chǎn)工藝設(shè)計應(yīng)注意：

  1、盡量采用干法風選生產(chǎn)工藝，選擇先進、可靠的生產(chǎn)設(shè)備。

  2、工藝設(shè)計應(yīng)便于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制與管理。

  3、注意產(chǎn)品的綜合利用，重視節(jié)約能源、資源與環(huán)境保護。

  產(chǎn)品質(zhì)量決定工藝過程是否有用；投資、成本、效益決定企業(yè)是否可以獲利；環(huán)保、節(jié)能、安全、資源利用決定企業(yè)是否會得到社會認可。這些都有是決定企業(yè)能否生存的必要條件。