新型標準化砂石廠設計要點分析

周聞言 李良成 徐菁芝 王 璐

機械工業勘查設計研究院有限公司

1 引言

隨著全國各省市基礎設施建設的大力推進，對于砂石骨料的需求迅速增加，在這種大環境下，開展新型標準化砂石廠建設，采用封閉式、工廠化、生態型、標準化的全新建設理念，并嘗試探索政府主導、國有經營、統一管理的采砂管理經營新模式，是大勢所趨。本文以寶雞市某標準化砂石廠的設計建設為案例，對以河道砂卵石料為原料的砂石廠進行分析，并提出合理化建議，以期為新型砂石廠的建設提供參考。

該項目2018 年10 月開工建設，2019 年年底基本建成，目前已進行投產，總投資1.83億。

2 工程設計

2.1 生產工藝

以該砂石廠為例，其選址緊鄰渭河沿線，處于多水地區，且距離水源地較近，同時原料含水量高，因此采用濕法生產模式。

具體工藝流程為：由料臺進料，原料進入料斗，首先由料斗內的顎式破碎機對過大石料進行破碎，其余部分經振動給料機將原料篩至振動篩，篩分出天然的滿足粒徑要求的成品卵石混合料以及需破碎的石塊。其中，滿足要求的卵石直接輸送至振動篩篩分，其余的全部運輸至中轉料倉后進行破碎。

在破碎模塊中經破碎后的骨料，由皮帶運輸機運輸至振動篩，其中不滿足要求的石料需重回中碎進行破碎，滿足要求的石料進入細碎進行整形，或者直接制砂。整形之后再次進入振動篩，篩分出不同種類的成品。所有天然砂或破碎產生的機制砂全部運輸至洗砂模塊進行濾砂和脫水，后運輸至成品倉。

具體工藝如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

在生產流程中，可分為五大模塊：進料模塊、破碎模塊、篩分模塊、洗砂模塊以及堆料模塊。

其中，進料模塊應根據現場情況和原料比例，選擇料臺進料或地倉進料。料臺進料利用高差給原料提供重力勢能，方便大塊石料的進入以及天然砂的提前分離，但需要利用地型形成高料臺，以方便原料的入場；地倉進料通過修建地坑，由輸送帶將倒入地坑的原料運輸至生產車間，該形式較料臺進料投資較小，施工方便，但是無法處理過大石料，如有過大石料或過于尖銳的石頭，可能導致原料運輸皮帶損壞，從而影響到整個工廠的生產進度。

破碎模塊主要分為：粗碎設備，可處理大型骨料，但出料粒徑也較大，本項目采用顎式破碎機，其可破碎抗壓強度不超過320MPa的各種物料的破碎，強度高、破碎力大，常用于河卵石料的粗碎；中碎設備，對進料粒徑有限制，但出料粒徑也可滿足成品需求，項目采用的是圓錐破碎機，其常用于中等粒徑的物料破碎，適宜破碎硬度大、磨蝕性指數較高的河卵石；細碎設備，對進料粒徑要求高，但直接可產出0mm～5mm 的砂料，本項目采用立軸沖擊式破碎機，具有生產效率高、砂粒粒形好、運行成本低的優點，同時可通過調節參數，滿足對產品進行整形的功能。

篩分模塊主要是通過振動篩分機對不同粒徑的石料進行分選。通過設置在振動篩上的1～4層不同孔徑篩網，可快速地將石料分為2～5 種不同規格的石料。本項目選用有單層、雙層、三層篩分機（圖2所示）。四層篩分機在產量較大的生產線上較為少見，因為層數過多，常會造成骨料淤積、篩分不凈等問題，在工藝設計上可通過多次篩分，來代替一次多層篩分。同時振動篩可設置有噴淋系統，在分選石料的同時將砂、粉、泥通過水流帶走，提高篩分效率，降低產品雜質。

圖2 三層振動篩分機

洗砂模塊，通過匯集篩分過程中水流帶走的砂、粉、泥，統一至洗砂設備，將砂單獨濾出，后經細砂回收設備與脫水處理后出成品。洗砂設備主要為：輪式洗砂機和螺旋洗砂機兩種；細砂回收設備有：細砂回收一體機等。

本項目采用輪式洗砂機，設備以電機通過皮帶輪帶動葉輪進行緩慢轉動，物料在葉輪的轉動下進行翻滾和摩擦，從而去除物料表面覆蓋的雜質，并破壞包覆在砂粒上的水汽層，以利于脫水，同時再加水，形成強大的水流，將雜質及粉塵帶走，完成清洗工作。相比于螺旋洗砂機，其結構簡單，易損件少，占地面積小，洗砂過程用水量少，適用于天然砂含量不大的地區。螺旋洗砂機身材比較狹長，布置不便，用水量大，砂流失量較大，但洗砂特別干凈，清洗能力強大，常用于含泥等雜質較多的砂料清洗。

細砂回收一體機具有洗砂機和回收機的雙重功能。在砂石生產線中，其主要用于洗砂機之后（與洗砂機配套使用），回收傳統制砂行業中洗砂機流失的大量細砂（流失嚴重時可達20%以上），提升經濟效益的同時，降低了尾料的處理費用及流失細砂對環境造成的污染、破壞。

應注意的是，由于砂泥是經水流匯至洗砂設備的，因此洗砂設備應處于生產線最低的區域，甚至可以放置在坑池中，只有形成較大的高差，才能提高水流的效率，防止砂泥沉淀，堵塞水道。

儲料模塊，是用于儲存成品砂石料，進行裝車售賣的區域。常見的為U型產品倉，配合皮帶及布料車進行儲料；也有通過產品倉下設置廊道，由皮帶運輸至高位料倉進行自動裝料的模式，投資較大，但是降低了人工與鏟車成本。

2.2 尾水處理工藝

河卵石原料含量情況多變，這就導致生產尾水的水量、水質均有不同程度的波動，所以在確定生產工藝，尤其是確定構筑物容積和設備選型時要有一定的富余，以此抵消水量水質變化產生的沖擊。另外，加藥量要根據現場試驗確定，溶藥、加藥設備要考慮自動化程度高的，這就要求工藝的設計上要具有充分地兼容性，才能保證生產的正常運轉。

生產加工的洗砂過程中，會產生廢水，其主要污染物指標是懸浮物，懸浮物大量存在形成泥渣水，若直接排放，不僅會造成管道淤積堵塞，而且排水量較大，會造成水資源的浪費。根據國家環保要求，需要對生產廢水進行處理并回用，并實現零排放。目前砂廠生產尾水處理工藝常用的是集成式處理工藝，其具有占地少、施工周期短、自動化程度高、運行管理方便等優點（如表1所示）。

表1 常規沉淀池與一體化設備對比表

洗砂廢水的處理以降低廢水中的懸浮物為主，即進行渣水分離。洗砂廢水經主廠房內集水池收集后排至污水池，而后由渣漿泵提升至濃縮罐進行沉淀，上層清液流至清水池，進行生產回用，下層泥漿流入中轉罐后進入壓濾機，通過壓濾機脫水處理，產生的泥餅晾曬后外運處置。

工藝流程如圖3所示。

圖3 水處理流程圖

2.3 其他配套工程

2.3.1 中轉料倉設計

對于河卵石這類原料成分變化較大的生產線，在中碎階段前設置中轉料倉十分必要，料倉大小一般應可堆放供破碎設備運行2～3 小時的骨料為宜。因河卵石料成分比例變化大，工藝上設置中轉緩沖料倉，能夠緩沖因某批原料含砂過多或含卵石過多，造成的破碎設備突然增加負荷或突然空轉，保證設備平穩運行，均衡出力。

2.3.2 產品倉設計

產品倉的樣式多為矩形廠房，采用隔墻分隔為不同的產品間，隔墻建議采用高混凝土擋墻，產品通過皮帶運輸機送至相對應的產品間，可直接靠墻堆放，大大增加成品倉存料能力，在相對節省投資的情況下充分利用了空間；同時產品倉用于裝料的硬化空間應盡量放大，以便裝料操作，同時給堆料區留出足夠緩沖區域。

2.3.3 建筑設計

辦公生活區的建筑功能應滿足辦公、宿舍、食堂等，既可綜合布置，又可單獨設置，為滿足廠房生產需要提供服務。

生產區根據工藝需求進行布置。各廠房的出入口位置、廠房尺寸及高度應合理，平面布局應緊湊，使各區域使用功能明確，交通組織流暢、便利，避免相互間的交叉和干擾。

立面設計上應簡潔大方，采用壓型鋼板相結合的設計，既節省造價，又滿足生產功能的需求，屋面需設置透明采光帶，使廠房內的采光滿足生產的需求。

2.3.4 結構設計

結構設計應結合建筑、工藝、生產實際及造價控制等因素選取合適的結構類型。以本砂廠為例，其廠前區門衛室、綜合樓和綜控樓等采用砌體或框架結構；生產區主廠房、壓濾間等則為門式剛架結構；原料堆棚圍擋采用懸臂桁架（擋風抑塵墻）；成品倉底部采用鋼筋混凝土擋土墻，上部采用門式剛架結構；尾水處理及附屬設施則為鋼筋混凝土結構。

2.3.5 道路設計

需根據區域功能不同，設計不同做法的路面。廠前區宜采用鋪裝路面，整潔美觀；維修場地、主廠房入口、主要道路采用硬化場地，結實耐用；其余路面采用砂石鋪面，節省造價。

3 項目運行效果

項目自投產以來，已創造直接經濟效益3000多萬元，預計年實現產值收入約1.4 億元。同時還帶動了寶雞市周邊岐山、高新、太白等多個區縣的砂石廠建設。同時工程以示范性、標準化、國有化形象樹立了行業標桿，根據相關數據統計，砂廠的正式運營，將完成地方稅收840 萬元，增加社會就業100 余人。項目緊鄰作為黃河重要支流的渭河，其生態環境保護與流域生態建設在全國都具有重要影響。該砂石廠從設備選取、工藝設計等均符合國家環保要求，至少減少了約7200立方米/天的污水排放。

4 結束語

本項目將砂石骨料的生產與河道生態環境的整治結合，既有效保護了河道生態環境，促進了生態文明發展，又滿足了市場需要，推動了城鎮基礎設施建設，同時還發揮了國有企業的主導地位，平抑砂石價格，維護市場穩定。項目的建成對于引導砂石行業持續、健康發展具有很好地參考和借鑒意義。