机制砂干法制砂工艺浅析

目前，我国人工制砂的发展尚处于起步阶段，国内人工砂石 (机制砂) 产量占砂石总产量的20% ~ 40%[1]。随着国家基础设施建设与建筑业的快速发展，可满足要求的天然砂石越来越少。根据即将实施的《建设砂石开采准入条件》和《关于促进机制砂石行业发展指导意见》，到 2020 年，有条件的城市均应建立本地区稳定的砂石供应基地，分别创建 10 个国家性示范砂石基地和 10 个国家级绿色砂石矿山，届时要确保产量 300 万 t/ a 以上的机制砂石企业的产量占国内总产量 50% 以上。

1　干式制砂工艺发展的必要性

合适的制砂工艺对获得满足要求的高品质砂石至关重要，除了获得合格的细度模数和优良的粒度特性外，还要除掉产品中多余的石粉和泥土，降低和稳定成品砂的含水率等。

制砂工艺主要有干法和湿法 2 种。湿法工艺中，生产废水对环境污染程度大，水处理费用高；冲洗后砂石成品率比较低，一般在 75% 左右；成品砂的石粉含量低，砂级配中存在断档，不利于混凝土的和易等。干法工艺的成砂率较高，一般在 90% 左右，制砂中分选出约 10% 的副产品石粉，可作为新型建材材料的原料进一步加工使用，使资源高效综合利用；生产过程中不产生污水，基本实现零排放，解决了污水处理难的问题；砂级配中不存在断档，级配可调，适当的石粉含量对降低混凝土成本也有一定作用。国外对干式制砂工艺的研究较多，而国内则较少[2]。随着人们对环保的重视及人工砂中石粉使用的进一步提高，干法制砂在北方干旱少雨或南方水资源相对较少的地区发展迅速[3]。

2　干式制砂工艺发展

2.1　典型干式制砂工艺流程

目前，典型的干式制砂工艺生产流程为日本某公司的制砂系统，其主要工艺流程如图 1 所示。

图1 日本某公司制砂工艺流程

该制砂系统成本低，噪声低，可调整细度模数(2.6 ~ 3.0)，分级精准，得到符合要求的粒形。具体流程为：大颗粒原料经破碎机破碎后，由振动给料机给入空气筛分机，筛分后符合粒度要求的物料加水后进入混料机，经混料机混合搅拌后制得成品砂；筛分后较粗粒度的颗粒再进入破碎机，进行循环破碎筛分的流程；筛分后极细的粉尘经除尘器除尘后，被收集器收集。

2.2　楼式干式制砂系统

目前，最先进的楼式干式制砂系统是国内某公司短流程干式制砂系统，具有流程短、成本低、产能高等特点，其主要工艺流程如图 2 所示。

图 2　短流程干式制砂系统工艺流程

该工艺的具体流程为：料仓卸料，粒度小于 60mm 的物料经大倾角带式输送机运至制砂机，制砂机与振动筛之间有给料器。经给料器给料后，粒度小于0.075 mm 的物料进入袋式集尘器收尘，收尘后成品进入料仓，尾气排入大气；粒度大于 0.075 mm 的物料进入振动筛筛分分级，分级后粒度大于 40 mm 的物料经返料输送带输送至大倾角输送带，再次进入制砂机循环上述流程；其余物料分为 3 种成品，20～40 mm成品、5～20 mm 成品和成品砂，分别由带式输送机输送至各自料仓。目前，产量 200 t/ h 的该系统已在河南某地安装调试完毕。

2.3　干式制砂工艺的创新

干式制砂工艺的最大优势是：大大降低了生产成本，制砂的核心设备——破碎机，除具备制砂功能外，还兼顾制石系统的细碎与整形功能，工艺设备投入少，建设成本低廉；生产能力大，单位加工成本低；无需水，节省供水和污水处理设备的投入和运行成本。

笔者对应用日本某公司制砂系统和楼式干式制砂系统的公司进行了现场调研，结论如下：应用日本某公司制砂系统的成本较高，约 800 万元；国内某公司短流程干式制砂系统成本相对较低，不到 300 万元。在日本公司制砂系统的基础上，针对不同的成品砂进行了不同试验分析，根据我国人工砂的特点开发了独特的制砂工艺系统，其具体工艺流程如图 3 所示。

图-3　制砂系统工艺流程

物料由料仓卸料至带式输送机上，由带式输送机运至斗式提升机，经斗提后再由带式输送机送入破碎机。该破碎机利用高速旋转的转子将进入转子心腔的物料高速抛入破碎腔内，与另一部分直接溢入破碎腔内的物料进行撞击，从而进行能量转换，对物料进行破碎[4]。破碎后的物料通过给料机给入空气筛，经筛分后分成 3 部分：粒度大于 5 mm 的物料经带式输送机返回斗式提升机，再次循环进入破碎机破碎；粒度小于 5 mm 的物料可直接进入混料机；粒度较小的粉尘进入旋风分离器除尘，再经袋式集尘器收尘后，尾气外排入大气，成品由料仓收集后通过车辆运走。

该制砂系统在负压状态下工作，处于全密封状态，不会产生灰尘，可在控制室调整设备参数，满足系统生产不同成品砂的级配要求，可减少大量生产人员。

3　制砂工艺的运行效果

同内广东某公司采用日本某公司的制砂系统，河南某公司采用国内短流程干式制砂系统，矿山重型装备国家重点实验室对两家公司的人工砂样品进行了堆密度、含水率、粒度分析和细度模数测定，广东某公司和河南某公司样品的粒度筛分结果分别如图 4、5 所示。

图 4　广东某公司样品粒度筛分分析

图 5　河南某公司样品粒度筛分分析

根据国家标准 GB/ T14684—2011《建设用砂》对砂的颗粒级配的规定，人工砂的颗粒级配应符合表1 的粒度要求。

颗粒级配

通过两公司的粒度分析可以看出，两工艺系统制得的砂石均符合机制砂的级配要求。由于广东某公司的制砂系统中采用冲击式破碎机，系统返料较多，每次运行都有细粉产生，最终细粉量大；而河南某公司系统中运用的振动筛可一边吹风，一边引风，从而形成大的气流，减少了细粉量。同时，实验室还测定出广东某公司人工砂的细度模数是 3.0，属于国标中中砂 (2.3 ~ 3.0) 的范围；而河南某公司人工砂的细度模数是 3.6，属于粗砂 (3.1 ~ 3.7) 的要求。因此，运行效果相对较好的是已经成熟的日本某公司的制砂系统。

4　结论

人工砂的生产和使用已为大势所趋，笔者重点介绍了已经成熟运用的日本某公司的制砂系统和先进的楼式干式制砂系统，通过对其成品砂样品分析得出，实际运行效果较好的是日本某公司制砂系统，但其成本高，返料较多，产生细粉量大，污染环境，因而需要全新的人工制砂工艺，以满足市场需求，解决环境的压力。

楼式机制砂系统

参考文献

[1]　葛　文．组合式选粉机在程翔矿业干法制砂生产工艺中的应用 [J]．低碳世界，2013(3)：119-120.

[2]　张玉果．干式机制砂和矿粉设备的配套设计 [J]．矿业快报，2007(5)：89-90.

[3]　葛　文，胡长庆．丽水程翔矿业年产 300 万 t 机制砂生产线概况及设计理念 [J]．新型建筑材料，2012(10)：17-20.

[4]　李必胜．巴马克转子的改进 [J]．技术论坛，2008(24)：106-107.

(收稿日期：2015-11-13)(修订日期：2016-01-27)

摘自《矿山机械》2016第四期

论文编号：1001-3954(2016)04-0086-03

马艳梅 1,2 ，丁建华 1,2 ，张光宇 1,2 ，崔郎郎 1,2 ，

邵　彬 1,2 ，来庆宏 3

洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司

矿山重型装备国家重点实验室

中信重工洛阳重铸铁业有限责任公司

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