陜西某水泥灰巖礦綜合利用生產線設計

賀國帥 黃曉毅 郭 霆 楊平偉 肖 陽 曹 陽

（陜西冶金設計研究院有限公司）

陜西旬陽縣某水泥灰巖礦是陜西安康健平水泥有限責任公司的原料基地，粗加工產品（0-80mm）供給該水泥廠使用。根據儲量核實報告，此水泥灰巖礦保有推斷的內蘊經濟資源量（333）礦石量606.45 萬噸。根據開采計劃，本礦全礦采剝總量為880.79 萬噸，設計利用礦石量為483.15 萬噸，剝離量397.63 萬噸，設計損失礦量123.3 萬噸，損失原因主要為兩側邊坡壓占。

目前，在開采水泥灰巖礦的過程中，對于圍巖等剝離廢石的處理多采用就地選取深溝堆放的方式，不僅占用土地，而且造成了資源的浪費[1,2]。當然也有個別地方將不符合水泥用灰巖質量要求的巖石進行了其他利用，比如生產骨料等[3,4]。此次綜合利用生產線設計的目標就是要新建一條破碎生產線，在生產水泥用灰巖礦粗產品的同時，也可以處理剝離廢石，從根本上減少剝離廢石對土地的占用以及可能帶來的水土污染等次生污染問題，實現綜合利用，無廢生產，綠色生產[5]。

1 礦床性質

陜西旬陽某水泥灰巖礦區范圍內共圈出1 條K1礦體，分布于礦區中部，由YK0、TC1、TC3、TC5、TC2、TC4 6 個探礦工程控制。礦體在礦區范圍內地表出露標高為663～837m，資源儲量估算標高665～837m；礦區范圍內的出露長度620m，厚度70～76m，屬中～小型規模水泥用灰巖礦體。

礦體賦存于中泥盆系古道嶺組（D2-3g），該地層分布于整個礦區，其主要巖性以結晶灰巖、泥質灰巖、白云質灰巖、硅質板巖、絹云母千枚巖為主，產狀：18～35°∠62～78°。其中結晶灰巖為本區水泥用石灰巖礦體的開采對象，礦體由中～厚層狀結晶灰巖組成，呈層狀，與圍巖整合產出；頂板圍巖為白云質灰巖、底板圍巖為硅質板巖；礦層厚度70～76m，平均厚度72m，厚度變化系數為3.56%，厚度變化穩定；礦體產狀25～32°∠65～71°，總體產狀為30°∠68°。

2 礦石性質

2.1 基本分析

化驗分析結果表明，CaO 品位CaO 45.06%～49.99%，平均品位47.54%；MgO 含量1.85%～3.50%，平均品位2.78%。

2.2 組合分析

經組合樣分析結果表明礦石主要化學成分為：CaO 47.11%～49.25%，平均48.35%；MgO 2.90%～3.05%，平均2.96%；SiO21.81%～2.37%，平均2.08%；Al2O30.270%～0.447%，平均0.369%；Fe2O30.320%～0.473%，平均0.425%；SO30.472%～0.701%，平均 0.591%；K2O+Na2O 0.241%～0.315%，平均0.277%；FSiO22.15%～3.75%，平均2.89%；Cl-0.009%～0.012%，平均0.010%。

綜上可知：礦石有害組分MgO、K2O+Na2O、FSiO2、SO3、Cl-含量較低，符合水泥用灰巖的礦石質量指標。進行組合分析見結果表1。

參考《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范（DZ／T 0213-2002）》表D.1，并結合表1 可知，此礦石可以滿足水泥使用級別的質量要求。

表1 水泥用石灰巖礦石組合樣化學分析結果

2.3 礦體圍巖、夾層

礦體頂板圍巖為白云質灰巖、底板圍巖為硅質板巖，礦體與圍巖界線清晰。礦體覆蓋層主要為第四系殘坡積碎石土，厚度0.5～1.6m。礦（層）體中非礦夾石發育。在K1 礦體中部南段見一形似透鏡狀，由千枚巖夾薄層灰巖或白云質灰巖組成的夾石，最大幅度寬0.5m，未達到夾石剔除標準。

2.4 礦石性能檢測

本次主要針對礦區內圍巖、夾層廢石和水泥用灰巖的性能進行檢測，主要包括巖石抗壓強度、壓碎值、堅固性3 項指標，目的是探討其制作骨料的可行性。試驗方法參照《建設用碎石、卵石GB／T14685-2011》。試驗結果見表2。

表2 礦石骨料性能檢測試驗結果

參照《建設用碎石、卵石GB／T14685-2011》，結合表2 試驗數據，圍巖與夾層廢石可以用來做骨料，且骨料性能較水泥用灰巖略優。

2.5 工業類型

綜上可知，礦石品質已達到礦石工業指標的質量要求，可作為水泥用灰巖原料。對于圍巖、夾層，可用來制作骨料，最終實現綜合利用。

3 生產線設計

3.1 設計參數

生產規模：50 萬噸/年骨料產品+50 萬噸/年水泥用灰巖粗產品；

入料最大粒度：700mm；

產品方案：水泥用灰巖加工時為0～80mm水泥用灰巖粗產品；骨料加工時為石粉、成品砂、10～15mm和15～20mm 骨料產品。

產品最大粒度：水泥用灰巖粗加工時為80mm；骨料加工時為20mm。

工作制度：每年300 天，每天2 班，每班8 小時。一班用來處理廢石，一班用來處理水泥用灰巖。具體工作制度可視情況錯開生產。

3.2 工藝及設備選擇

因本項目生產骨料時工藝流程較長，且要兼顧水泥用灰巖礦粗產品的加工工藝，因此按骨料加工來選擇加工工藝及設備。

目前，國內骨料粗碎設備主要有旋回式破碎機、顎式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機。其中旋回破和顎式破碎機為層壓破碎原理，一般用于破碎硬度大、磨蝕性高的物料，破碎后的物料粉料較少；而錘破和反擊破為沖擊破碎原理，一般用來破碎中等硬度以下且磨蝕性低的物料，破碎后的物料粒型圓潤針片狀較少，粉料相對較多。

骨料生產常見的破碎機組合類型有錘破+反擊破、鄂破+圓錐破和旋回破+圓錐破。其各自特點如表3。本項目的礦石資源為灰巖礦，礦石硬度中等，處理規模較小。因此設計采用錘破+反擊破的破碎組合，并將錘破用于粗碎，反擊破用于細碎。

表3 骨料破碎機選型比較

制砂工藝常見的破碎整形設備為立軸沖擊破碎機，制砂工藝主要分為濕式制砂和干式制砂兩種，濕式制砂多采用輪式洗砂機，干式制砂多采用選粉機。濕式制砂用水，產生的廢水和泥處理較為麻煩。本項目考慮到灰巖礦硬度較小，最終選用選粉機制砂。

此外，考慮到處理的物料有表層剝離廢石，因此在粗碎前增設棒條振動給料機和除土篩進行預先篩分、預先除土。

綜上，骨料加工整體工藝采用預先除土+錘破+反擊二段閉路破碎篩分流程。制砂部分采用立軸沖擊破整形后采用選粉機進行干式制砂。其工藝流程圖見圖1。

圖1 骨料加工工藝流程圖

具體流程為原礦經汽車運輸到原礦倉，后經1 臺HPF1040 振動棒條給料機將粒度大的礦石給入1 臺PCD1620 型新型單段錘式破碎機內進行粗碎，將粒度小的給入除土篩進行篩分。除土篩采用2YK1860 振動篩1臺，篩下堆置在棄土堆，定時清運。除土篩篩上與粗碎產品合并給入1#振動篩（2YA3060 型圓振動篩1 臺）篩分，在產品進入第一雙層振動篩前設置電動液三通分料器，一邊直接給到振動篩，一邊給入皮帶后運輸到水泥用灰巖粗產品堆棚。在生產骨料時，分料器轉向振動篩給料進行篩分，篩上先集中到細碎緩沖倉，經膠帶給料機給入1 臺HS1523S 型反擊式破碎機細碎，篩下給入1臺PLS-1000II 型立軸沖擊破碎機進行整形后，經斗提給到第二雙層振動篩（2YA1860 圓振動篩1 臺）進行篩分，獲得0～10mm、10～15mm 和15～20mm 三種產品。細碎產品匯入粗碎產品皮帶一起給入第一雙層振動篩進行篩分。其中0～10mm 產品直接進入到1 臺JN-SF-V 型人工砂石選粉機選粉，產出砂和石粉，10～15mm、15～20mm 兩種骨料經皮帶運到對應的產品倉。在生產水泥用灰巖粗產品時，分料器轉向水泥用灰巖粗產品輸送皮帶后將物料送到水泥用灰巖粗產品堆棚。

3.3 總體布置

加工區位于礦山西南側，由原礦卸車場地、原礦倉、破碎車間、一段篩分車間、整形制砂車間、成品篩分及選粉車間，成品筒倉等組成，破碎線整體布置成“一”字型。產品發運區設車輛等待區。辦公生活區位于加工區西南側，布置有辦公樓、宿舍樓、餐廳，停車場地。

加工場地整體呈西高東低，場地豎向布置采用臺階式。臺階采用擋土墻形式為場地邊坡加固，在各平臺場地排雨水及道路排雨水采用自然排水及暗管相結合的排水方式。原礦倉、破碎車間、一段篩分車間的場地標高為580.00m，整形制砂車間、成品篩分車間、選粉車間、成品筒倉、車輛等待區場地標高為570.0m。綜合辦公樓的場地標高為570.0m。

3.4 討論與分析

此生產線具有一線兩用的優點，不僅可以生產水泥用灰巖礦粗加工產品，而且也可以直接用來生產骨料處理圍巖和夾層廢石。此設計中骨料生產線和水泥用灰巖粗加工生產線共用粗碎段，不僅節省了對建設場地，而且節省了大量的土建和設備投資。同時通過將圍巖和夾層廢石生產成骨料，不僅避免了土地占用以及水土污染的次生環境問題，而且也創造了額外的經濟效益，真正實現了資源的綜合利用，踐行了綠色開發的發展理念，也有助于增強企業的綜合競爭力。

此生產線也有缺陷，在實際生產中廢石與水泥用灰巖礦的出礦能力是不均勻的，生產制度需要適時調整，否則會造成產品積壓。因此，企業需提前規劃好兩種生產線的生產計劃。