綠色礦山的機制砂生產(chǎn)工藝分析

代青龍

中國鐵建重工集團股份有限公司

1 機制砂生產(chǎn)工藝的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近幾年，國內(nèi)天然砂開采量受限，機制砂逐漸成為替代品滿足建設(shè)用砂需求，其發(fā)展已引起政府部門高度重視。在大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念下，推廣機制砂應(yīng)用的呼聲已上升到2018年兩會提案，同濟大學(xué)張雄教授提交了《關(guān)于促進機制砂生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的建議》，該提案期望完善機制砂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立綠色建材評估體系，出臺鼓勵發(fā)展機制砂市場的政策。從目前地方政策來看，已有貴州、湖南、安徽等省部門提出了綠色礦山建設(shè)發(fā)展規(guī)劃。自然資源部以促進資源合理利用、節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境和礦地和諧為主要目標(biāo)，發(fā)布了DZ/T 0316—2018《砂石行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范》。總的來說，新政策有利于發(fā)展機制砂產(chǎn)業(yè)，推動生產(chǎn)機制砂走綠色發(fā)展之路。

在國外，日本政府從2006年起全面禁止了海沙的開采，機制砂已成為主要工程建設(shè)原材料。日本擁有先進的制砂工藝技術(shù)，尤其壽技研公司制砂設(shè)備質(zhì)量優(yōu)良。在機制砂生產(chǎn)工藝中，國外標(biāo)準(zhǔn)對機制砂石粉含量及粒徑的界定存在差異。石粉粒徑界定方面：美國、日本、澳大利亞等國石粉界定粒徑為0.075mm，英國、法國等國則為0.063mm；石粉含量方面：美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定石粉含量最高限值為5%～7%；日本則為7%；澳大利亞則為25%;英國則為15%；法國則12%～18%，可見各國標(biāo)準(zhǔn)差異較大。

2 機制砂生產(chǎn)工藝的比較分析

2.1 常見機制砂生產(chǎn)工藝

當(dāng)前，各地紛紛規(guī)劃綠色礦山產(chǎn)業(yè)項目，生產(chǎn)砂石500t/h～3000t/h的大產(chǎn)量項目越來越多，機制砂工藝中已不可避免要環(huán)保。機制砂生產(chǎn)工藝流程多種多樣，不管規(guī)模多大，其基本生產(chǎn)流程一般可分為以下幾個階段:原料→粗碎→中碎→粗篩→細碎→細篩→機制砂。

近年來，在機制砂的生產(chǎn)過程中，由于石料本身有一定的含土量和偏濕，使得機制砂中含有泥粉，進而影響亞甲藍（MB 值）指標(biāo)。目前，機制砂生產(chǎn)工藝常見有濕法制砂工藝（圖1）和干法制砂工藝（圖2）兩類，這兩種方法都是用于去除機制砂中石粉和泥粉，使得機制砂質(zhì)量指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 濕法制砂工藝流程圖

圖2 干法制砂工藝流程圖

2.2 濕法工藝與干法工藝的對比分析

2.2.1 工藝相同點

兩種生產(chǎn)工藝方法是相似的，都需要先破碎后篩分。兩者的主要生產(chǎn)設(shè)備是基本相同的，即以粗破碎機、細破碎機和高效制砂機、篩分機為主體設(shè)備。兩者的生產(chǎn)目的也是相同的，都是為了生產(chǎn)機制砂符合工程用砂的使用要求。不管采用那種機制砂工藝路線，生產(chǎn)出的成品機制砂都應(yīng)該符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如GB/T 14684—2011《建筑用砂》、GB/T 14685—2001《建筑用卵石、碎石》、TB 10424—2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》等。綠色礦山建設(shè)，推動環(huán)保發(fā)展，不論哪種機制砂工藝都要考慮環(huán)保設(shè)施和環(huán)保指標(biāo)達標(biāo)。

2.2.2 工藝不同點

（1）工作原理不同。濕法制砂是應(yīng)用洗砂機的水洗制砂模式，借助水力方式除粉，通過水洗大量去除砂粒中泥粉含量，實現(xiàn)機制砂含粉量較低。干法制砂是采用除塵箱負壓除粉、或選粉機正壓除粉或兩者相結(jié)合方式，借助風(fēng)力方式除粉，通過風(fēng)力達到砂粉高效分離，最終選出品質(zhì)優(yōu)良的建筑用砂，粉塵也會被收集作為副產(chǎn)品。

（2）適用場合不同。濕法制砂適用于多水地區(qū)，距離水源地較近的地方。濕法制砂可以建立沉淀池和采用壓濾設(shè)備凈化污水，來達到零排放和水資源循環(huán)利用的目的。同時也可以配置細砂回收設(shè)備，來收集污水中的細砂。干法制砂適用在嚴重缺水的地區(qū)，不用大量消耗水就可利用設(shè)備自身除粉設(shè)備來除粉。

（3）原料含水不同。濕法制砂工藝對原料含水情況基本沒特殊要求，而干法制砂工藝對原料含水情況要求很高，原料含水越小，越有利于發(fā)揮干法制砂工藝優(yōu)勢，尤其是原料含水率低于2%時。

（4）生產(chǎn)成本不同。濕法制砂工藝消耗大量水，1t砂石料需耗水約2m3～3.5m3。相比濕法而言，干法制砂生產(chǎn)成本會相對較低，但投資成本較大。干法制砂借助風(fēng)力方式高效分離砂粉，生產(chǎn)過程中不需要加大量水清洗，也不用藥劑絮凝處理污水。

（5）發(fā)展階段不同。推廣干法制砂技術(shù)明顯晚于濕法制砂技術(shù)發(fā)展，是在傳統(tǒng)濕法制砂出產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的新技術(shù)。這種干法技術(shù)相比于濕法制砂而言，在砂子除粉的過程中不需要大量用水，主要利用風(fēng)力方式的作用來除粉。

2.2.3 比較工藝優(yōu)劣勢

到底選擇濕法制砂還是干法制砂，取決于所處的地區(qū)和水資源情況、原料含水量情況，機制砂石粉含量、投資和成本考慮的具體要求，應(yīng)依據(jù)自身生產(chǎn)情況綜合考慮選擇工藝（見表1）。

表1

3 機制砂工藝應(yīng)用實例分析

安徽神山灰?guī)r礦位于安徽省池州市西南方向約37km處，離長江有較一段距離，礦山周圍缺水，所以礦石加工系統(tǒng)采取干法生產(chǎn)模式。采用露天開采方式，礦山原料運輸采取溜井內(nèi)部平混凝土與公路外部運輸?shù)穆?lián)合方式。開采礦種為水泥用灰?guī)r，總量約19億噸，一期生產(chǎn)能力為3500萬噸/年，一期生產(chǎn)線時產(chǎn)約5000t。礦石自然類型主要為泥晶灰?guī)r，抗壓強度均值為64.9MPa，礦石硬度f系數(shù)為8～12，密度為2.68g/cm3。神山礦石加工生產(chǎn)線的干法工藝流程如圖3 所示，該流程中將所有7mm 以內(nèi)的石屑都經(jīng)過干法制砂樓處理成機制砂和石粉，干法制砂樓是制砂核心設(shè)備。

圖3 礦山生產(chǎn)線干法工藝流程

在選擇干法制砂工藝時，重點考慮了礦山現(xiàn)場水源嚴重缺乏情況。在應(yīng)用干法制砂工藝時，由于現(xiàn)場雨季時間較多，所以經(jīng)過篩分后的石屑并非完全干態(tài)，導(dǎo)致石屑實際含水率平均達到3%～4%，這就無法滿足感法制砂工藝要求含水率低于2%使用條件，因此這會影響干法制砂效果，甚至?xí)绊憴C制砂亞甲藍、含粉量等指標(biāo)。可見，并非所有因素都是最佳情況后才會選擇干法制砂工藝。

面對日益嚴苛的環(huán)保政策，該神山礦石加工生產(chǎn)線在環(huán)保設(shè)施方面投資較大，皮帶機輸送全封閉，半成品車間安裝了霧炮，篩分車間安裝了云塵封，制砂樓采取負壓方式除粉除塵，可知，發(fā)展機制砂工藝也全面適應(yīng)環(huán)保化發(fā)展趨勢。

4 總結(jié)與展望

適應(yīng)綠色礦山發(fā)展形勢，濕法工藝和干法工藝各有優(yōu)劣和適用場合，無法相互替代，因地制宜，都要朝向環(huán)保化方向發(fā)展。總的來說，發(fā)展機制砂工藝的主要優(yōu)勢有：（1）礦山料源來源廣泛，大批量化生產(chǎn)，機制砂成品質(zhì)量相對穩(wěn)定。（2）獲得良好的級配、可控的細度模數(shù)、以及優(yōu)質(zhì)粒形。（3）替代部分天然砂石，減輕天然砂開采力度和降低消耗量，保護母親河流。（4）開發(fā)大型礦山和重復(fù)利用隧道洞渣等資源大量生產(chǎn)機制砂，環(huán)保設(shè)施不可少，有利于環(huán)境保護。