砂石骨料廠入料母巖性質(zhì)測(cè)定優(yōu)化生產(chǎn)工藝研究

孫健 王利召

摘? 要：河北某礦山企業(yè)欲建設(shè)機(jī)制砂石骨料生產(chǎn)線，其入料母巖為硬質(zhì)石灰?guī)r。設(shè)計(jì)部門已根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)類似案例確定粗、中細(xì)碎破碎機(jī)型號(hào)及電機(jī)功率。為提高工藝流程設(shè)計(jì)質(zhì)量及生產(chǎn)線運(yùn)行可靠性，對(duì)母巖進(jìn)行了飽和單軸抗壓強(qiáng)度及邦德破碎功指數(shù)試驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)與工程技術(shù)研究中心相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，確定該母巖硬度屬高硬硬度范圍，需對(duì)原設(shè)計(jì)方案中破碎機(jī)型式、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量及電機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)專家論證，確定后期設(shè)計(jì)方案整改屬必要性整改，可確保生產(chǎn)線運(yùn)行達(dá)產(chǎn)及設(shè)備故障率有效降低。

關(guān)鍵詞：砂石骨料;石灰石;性質(zhì)試驗(yàn);破碎機(jī)

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

河北某砂石骨料企業(yè)欲建設(shè)機(jī)制砂石骨料生產(chǎn)線，其入料母巖為硬質(zhì)石灰?guī)r。委托設(shè)計(jì)院已根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)類似案例確定工藝流程、粗、中細(xì)碎破碎機(jī)型號(hào)及電機(jī)功率。為保證工藝流程穩(wěn)定性、設(shè)備作業(yè)率、產(chǎn)品方案及實(shí)際處理量，業(yè)主委托遼寧省北方重工集團(tuán)工程技術(shù)研究中心對(duì)母巖進(jìn)行了飽和單軸抗壓強(qiáng)度及邦德破碎功指數(shù)試驗(yàn)研究，為工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備選型提供參考依據(jù)。

1 母巖性質(zhì)

1.1 工藝礦物學(xué)研究

1.1.1 礦物成分

礦物成分主要為方解石、伴有白云石、菱鎂礦和其他碳酸鹽礦物，還混有其他一些雜質(zhì)。其中的鎂呈白灰石及菱鎂礦出現(xiàn)，氧化硅為游離狀的石英，石髓及蛋白石分布在巖石內(nèi)，氧化鋁同氧化硅化合成硅酸鋁（黏土、長(zhǎng)石、云母）;鐵的化合物呈碳酸鹽（菱鎂礦）、硫鐵礦（黃鐵礦）、游離的氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦）及氫氧化物（含水針鐵礦）存在;此外還有海綠石。

1.1.2礦石結(jié)構(gòu)

石灰?guī)r結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有碎屑結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)2種。碎屑結(jié)構(gòu)多由顆粒、泥晶基質(zhì)和亮晶膠結(jié)物構(gòu)成。該類石灰石屬部分變質(zhì)石灰石，結(jié)晶程度較高，其結(jié)晶度和密實(shí)度比石灰石好，其抗壓強(qiáng)度較碎屑結(jié)構(gòu)石灰石高。

1.1.3礦石抗壓強(qiáng)度

該類石灰石質(zhì)地較為疏松、易吸水，吸水后易膨脹，因此天然抗壓強(qiáng)度高于飽和抗壓強(qiáng)度。

1.1.4層理面受力方向影響

1.2 化學(xué)成分分析

礦石CaO含量48.48%、SiO2含量5.13%。

2 試驗(yàn)方案及方法

2.1 試驗(yàn)原理

2.1.1 單軸飽和抗壓強(qiáng)度機(jī)理

巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，是指試樣只在一個(gè)方向受壓時(shí)所得的極限破壞強(qiáng)度，也就是說(shuō)將巖石試樣放在壓力機(jī)的上下壓板之間進(jìn)行加壓，直至試樣被壓壞時(shí)測(cè)得的壓力強(qiáng)度值。其測(cè)定一般使用單軸抗壓強(qiáng)度儀器來(lái)進(jìn)行，三軸的儀器也可以作為單軸使用。據(jù)其含水狀態(tài)接壓壞標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得，又有干燥抗壓強(qiáng)度、天然抗壓強(qiáng)度與飽和抗壓強(qiáng)度之分。

對(duì)于軟巖類、孔隙率比較大的試樣，其飽和和天然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度差別較大，因此需進(jìn)行兩類抗壓強(qiáng)度測(cè)定，以結(jié)果數(shù)值較大者為準(zhǔn)進(jìn)行功率核算。

試驗(yàn)操作方法見《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50266—2013。

2.1.2 邦德破碎功指數(shù)測(cè)定原理

邦德破碎功指數(shù)Wc又稱為沖擊功指數(shù)，它是衡量礦石在沖擊作用下（例如在破碎機(jī)中）破碎物所耗能量的一種指標(biāo)。邦德破碎功指數(shù)的大小，反映了該礦石被破碎的難易程度，是礦石可碎性判據(jù)之一。根據(jù)物料破碎功指數(shù)的大小可以選擇和計(jì)算破碎機(jī)及初步判斷礦石進(jìn)行自磨的可能性。

邦德沖擊功指數(shù)是利用雙擺錘破碎功指數(shù)實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定的。該機(jī)由2個(gè)對(duì)稱的擺錘組成，每個(gè)擺錘重為13.62 kg。擺錘在正常位置時(shí)，2個(gè)錘面的距離為50 mm（2''）。從擺錘輪軸（相當(dāng)于擺錘懸掛點(diǎn)）到擺錘中心線的距離為412.75 mm（16.25''），擺線長(zhǎng)為711.2 mm（28''），寬5 mm（2''），高50mm（2''）。當(dāng)擺錘轉(zhuǎn)到某一角度后，擺錘被提升h，因此貯存了勢(shì)能，其大小為：

（1）

式中 ：EP —2個(gè)擺錘在φ角時(shí)所具有的勢(shì)能，kg·m;mg—擺錘重量13.62 kg;R—擺錘中心到吊輪中心的距離412.75mm;φ—擺錘的提升角度。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）得：

（2）

破碎功指數(shù)Wc按下式計(jì)算：

（3）

式中：Wc—破碎功指數(shù)，kW·h/t;b—被破碎礦塊厚度，m;δ—被粉碎礦塊密度，g/cm3。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法

根據(jù)測(cè)量試樣破壞面上的兩荷載點(diǎn)之間的距離和垂直于加載點(diǎn)連續(xù)的平均寬度，將其換算成試樣破壞時(shí)的荷載P和等價(jià)巖心直徑D，根據(jù)下列公式計(jì)算巖石點(diǎn)載荷強(qiáng)度。

式中：F—壓力表讀數(shù)（MPa）;D—在試樣破壞面上測(cè)量的兩加載點(diǎn)之間的距離（mm）;如巖心試樣徑向加載時(shí)，D=De（等價(jià)巖心直徑）。

2.2.2 Bond破碎功指數(shù)試驗(yàn)方法

Bond破碎功指數(shù)試驗(yàn)方法如下所述。1）隨機(jī)取待測(cè)礦塊20塊，其尺寸為75mm～50 mm，要求盡量有2個(gè)近似平行平面。2）將選好的礦塊進(jìn)行編號(hào)、稱重（以克計(jì)，精確到0.1g）。3）測(cè)量待測(cè)礦塊2個(gè)被沖擊面間（近似平行的2個(gè)面）的厚度。4）測(cè)出待測(cè)礦塊的密度δ（g/cm3）。5）將試件置于載物臺(tái)上，并升、降載物臺(tái)，調(diào)整載物臺(tái)上試件高低位置，盡量使擺錘的打擊點(diǎn)作用在試件的中心位置。6）提升擺錘5°，然后放開擺錘使擺錘下落，此時(shí)二擺同時(shí)打擊在待測(cè)礦塊的2個(gè)近似平行面上。7）檢查試件是否被擊碎或有裂縫，如果沒有，則將擺錘的提升φ角度在再增加5°，重新沖擊。每次提升角度以5°梯度增加，直至試件被擊碎為止。

3 結(jié)果及討論

3.1 單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 邦德破碎功指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

試樣礦物組成均勻、單一，其邦德沖擊功指數(shù)指數(shù)（Wc）平均值為17.56 （kW·h）·t-1;單軸天然抗壓強(qiáng)度均值105.5 MPa，波動(dòng)范圍：100.5 MPa～112.8 MPa;單軸飽和抗壓強(qiáng)度均值85.6 MPa，波動(dòng)范圍：81.6 MPa～90.8 MPa。

3.3 參考案例

3.3.1 某河卵石項(xiàng)目

礦石種類：河卵石。

礦石性質(zhì)：邦德沖擊功指數(shù)指數(shù)（Wc）平均值為15.09（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德沖擊功指數(shù)指數(shù)（Wc）平均值為14.72 （kW·h）·t-1;單軸飽和抗壓強(qiáng)度156.8MPa～42.6 MPa。

旋回破碎機(jī)型號(hào)：PXZ0913。

設(shè)計(jì)通過(guò)量：800 t/h。

3.3.2 朝陽(yáng)某石灰石項(xiàng)目

礦石種類：石灰石。

礦石性質(zhì)：邦德沖擊功指數(shù)指數(shù)（Wc）平均值為6.26（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德沖擊功指數(shù)指數(shù)（Wc）平均值為6.31 （kW·h）·t-1;單軸飽和抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度均值91.75 MPa;單軸飽和抗壓強(qiáng)度波動(dòng)范圍窄：86.8MPa～95.10 MPa。

旋回破碎機(jī)型號(hào)：PXZ1216。

設(shè)計(jì)通過(guò)量：2 000 t/h。

從相關(guān)數(shù)據(jù)中可知，該項(xiàng)目母巖的邦德沖擊功指數(shù)為普通石灰石結(jié)果的近3倍，接近高硬度鐵礦石。因此需對(duì)前期工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備型號(hào)進(jìn)行校核，以保證后續(xù)流程產(chǎn)量及產(chǎn)品穩(wěn)定性指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)物料性質(zhì)及試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)前期方案進(jìn)行整改，調(diào)整參數(shù)主要為設(shè)備型號(hào)、數(shù)量及電機(jī)功率。調(diào)整后的粗碎設(shè)備PXF5065具有高效率、大產(chǎn)量、超高穩(wěn)定性，使用成本低的特點(diǎn);中細(xì)碎設(shè)備C900具有超高作業(yè)率、高速破碎、大偏心距、可互換組件、輕松改裝的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊安民，劉文林.多缸液壓圓錐破碎機(jī)在石灰石骨料生產(chǎn)線上的運(yùn)用[C].第五屆全國(guó)砂石骨料行業(yè)創(chuàng)新大會(huì)論文集，2018：34-36.

[2].秦廉，張雄，伍根伙.機(jī)制砂生產(chǎn)線投產(chǎn)前的母巖檢驗(yàn)與機(jī)制砂評(píng)價(jià)方法[J]新型建筑材料，2012， 39（1）：24-26.