水泥礦山減排的破碎技術(shù)及節(jié)能降耗

　　1、為礦山的減排提供一些破碎方式
　　1.1混合破碎
　　混合破碎指水泥生產(chǎn)中兩種原料按一定的比例 送入1臺(tái)破碎機(jī)進(jìn)行破碎的生產(chǎn)工藝。常見(jiàn)的混合破碎有石灰石與泥灰?guī)r、石灰石與頁(yè)巖、石灰石與黏土等。其中石灰石和黏土的混合破碎是兩種物性差異很大的原料在一起的破碎，尤其是摻入塑性高、水分大的泥料時(shí)難度更大。然而這種混合破碎也帶來(lái)了好處。在破碎過(guò)程中石灰石碎料被濕料包裹，粉塵減少，形成的碎石與濕土拌合料的粘性減小，流動(dòng)性增加，減輕了溜子的堵塞，具有用膠帶輸送機(jī)運(yùn)送和在預(yù)均化堆場(chǎng)中堆存和耙取的性能。若這種黏土單獨(dú)加工，不僅需要另添1套設(shè)備，它的運(yùn)輸、堆存和挖取都十分困難。不乏出現(xiàn)已經(jīng)破碎，在繼后的運(yùn)輸、堆存過(guò)程中又重新粘結(jié)壓實(shí)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的事例?；旌掀扑榈某晒Γ梢詼p少甚至免除石灰石表土的剝離，礦石資源的利用更充分。兩種原料一并加工減少了1套加工系統(tǒng)的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，因此社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益是很大的。越堡水泥公司的混合破碎就是一個(gè)很突出的實(shí)例。將數(shù)量達(dá)2800萬(wàn)m3的覆蓋土作為資源一并利用，就能使這個(gè)深埋地下的石灰石礦床得到利用，成為建設(shè)6000t/d水泥生產(chǎn)線的大型工廠的原料基地。
　　混合破碎需要解決一連串的技術(shù)問(wèn)題，它們都是集中在既要保證出料粒度，又要防止破碎機(jī)腔不致堵塞、整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行通暢。因此，從料倉(cāng)起的整個(gè)系統(tǒng)都要作專門的設(shè)計(jì)，包括料倉(cāng)形狀、結(jié)構(gòu)，破碎前泥團(tuán)的切碎，機(jī)體內(nèi)部乃至漏斗、溜槽等。 越堡的黏土摻用量是15%，最近投入使用 的土耳其Askale水泥廠是25%（混合料水分達(dá) 14%），由于有的工廠要求摻入更多的黏土（30%），我 們?cè)鎏砹嘶炫錂C(jī)，將黏土與石灰石預(yù)先進(jìn)行粗混合。至今我們已提供了8套這種混合破碎系統(tǒng)。
　　1.2預(yù)篩分破碎
　　將原料在破碎之前進(jìn)行篩分，只對(duì)篩上物進(jìn)行破 碎，往往可以取得良好的效果。 當(dāng)今水泥都采用帶預(yù)分解的新型干法生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方法在原料配用上提高了硅酸率，經(jīng)常需要摻用硅質(zhì)原料。而質(zhì)純的硅質(zhì)原料主要用于制造玻璃，質(zhì)次的硅質(zhì)原料則多是砂巖、粉砂巖與頁(yè)巖互生礦床，開(kāi)采中難以將它們相互分離。這種礦床的品質(zhì)雖可滿足生產(chǎn)需要，但是它們的物性差別很大，砂巖、粉砂巖的磨蝕性高，頁(yè)巖和風(fēng)化物則質(zhì)軟，易吸收水分發(fā)粘。這種混合型礦石給常規(guī)的生產(chǎn)方法帶來(lái)很大困難，難以找到既抗磨又不怕堵的破碎機(jī)型，使得這類礦床的利用大成問(wèn)題。
　　我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲知，預(yù)篩分可將大部分泥土和頁(yè)巖篩除，從而可以防止破碎機(jī)的堵塞。根據(jù)這個(gè)原則開(kāi)發(fā)的波動(dòng)篩分給料機(jī)和抗磨型單段反擊式破碎機(jī)組成的破碎系統(tǒng)，即使是粘濕料和高磨蝕性硬物料的混合礦亦能勝任。這個(gè)破碎系統(tǒng)于2000年底在安徽東亞水泥公司投入使用，取得了良好的效果。破碎機(jī)即使在雨季也能正常工作，由于合格料已預(yù)先篩除，破碎機(jī)的磨耗件壽命大大高于預(yù)期值。這項(xiàng)工藝和裝備的開(kāi)發(fā)成功使得這類呈互層產(chǎn)出的低品位硅質(zhì)礦床的有效利用變得比較簡(jiǎn)便。在短短的幾年中它已成為國(guó)內(nèi)此類硅質(zhì)礦床的主選破碎方式。
　　利用篩分破碎方式，也可以使某些低品位礦床通過(guò)篩分排除篩下物使礦物品位提高，成為可用的礦石。例如低品位灰?guī)r礦床，如果平均品位低是由于含有頁(yè)巖、泥質(zhì)夾雜物牽累所致（CaO低于可用指標(biāo)，堿含量超標(biāo)），由于這些夾雜物層薄、質(zhì)軟、易碎，爆破后碎料中含量較多，采取預(yù)篩分法予以排除后，品位即可提高。南京院承擔(dān)的沙特SPCC項(xiàng)目的石灰石即是采用預(yù)篩分和破碎后再篩分的方式，使得原來(lái)不能使用的灰?guī)r滿足了使用要求。
　　當(dāng)原礦中的碎料較多時(shí)，采用預(yù)篩分可以減少破碎機(jī)的工作量，采用較小的機(jī)型而系統(tǒng)的產(chǎn)率提高，同時(shí)又減少了產(chǎn)品的過(guò)粉碎。綜合電耗降低、金屬消耗量減少。由于預(yù)篩分增加了一道環(huán)節(jié)，生產(chǎn)的復(fù)雜程度增加，通常在原礦中合格料超過(guò)20%～30%時(shí)才有價(jià)值。我們最近承接的一個(gè)訂單就是兩套這樣的半移動(dòng)破碎系統(tǒng)，破碎機(jī)的能力是1000t/h，而系統(tǒng)能力是1200t/h。
　　2、關(guān)于節(jié)能
　　礦山的節(jié)能貫穿到所有的生產(chǎn)工序。 這里只著重談采用連續(xù)和半連續(xù)生產(chǎn)，不用或少用汽車，以電代油的節(jié)能問(wèn)題。
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)液體燃料的需求不斷增加和國(guó)際石油的日益短缺，礦山生產(chǎn)中的節(jié)油已迫切地提到了我們面前。早在上世紀(jì)80年代改革開(kāi)放以來(lái)，我們有不少人到國(guó)外參觀考察，對(duì)采用移動(dòng)破碎的連續(xù)化生產(chǎn)的高效率留下了深刻印象，同行們都希望能在國(guó)內(nèi)獲得應(yīng)用但是由于它的高價(jià)格，一直成為可望而不可得的奢侈物。
　　就采礦業(yè)而論，隨著露天開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的開(kāi)采工藝需要很多大型挖掘機(jī)和運(yùn)輸車輛，使得組織生產(chǎn)十分繁雜，不堪重負(fù)。而連續(xù)和半連續(xù)開(kāi)采工藝的應(yīng)用則可以得到解脫，并取得顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了一大批這樣的礦山，例如元室山、黑岱溝、伊敏河等大型和超大型露天煤礦，大孤山、齊大山、遷安水廠等大型露天鐵礦。
　　關(guān)于開(kāi)采工藝，有的文獻(xiàn)把輪斗挖掘機(jī)-膠帶輸送機(jī)-排土機(jī)生產(chǎn)稱為連續(xù)式工藝；把單斗挖掘機(jī)-卡車-破碎機(jī)-膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)稱為半連續(xù)式工藝；把單斗挖掘機(jī)-卡車生產(chǎn)稱為間斷式工藝。連續(xù)式工藝只適用于可以直接挖取的軟巖，應(yīng)用范圍受到了限制。而硬巖和半硬巖更適于半連續(xù)式工藝。半連續(xù)式工藝的關(guān)鍵設(shè)備-破碎站既可以設(shè)在坑內(nèi)，也可以設(shè)在地表，既可以是固定的，也可以是半固定的或者移動(dòng)式的。
　　現(xiàn)在研究我們自己的問(wèn)題，生產(chǎn)水泥的主要原料-石灰石，絕大多數(shù)屬硬巖和半硬巖，它們都難以使用輪斗鏟直接挖取，需要按照我們自己的特點(diǎn)研究生產(chǎn)工藝。推行以電代油的標(biāo)志性措施是少用或不用汽車，取代方式是多用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)V石。多用膠帶輸送機(jī)就需要把破碎機(jī)搬進(jìn)采礦場(chǎng)。因此研究破碎站的形式和設(shè)置位置是我們水泥礦山該采用哪種生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵。
　　移動(dòng)破碎在采礦場(chǎng)內(nèi)的出現(xiàn)要追溯到上世紀(jì) 50年代，它首先在西德的一個(gè)水泥廠的石灰石礦得 到應(yīng)用，繼后才逐漸擴(kuò)展到煤礦和金屬露天礦。這是因?yàn)槭沂浅练e巖，具有礦層厚、質(zhì)量比較均齊、開(kāi)采方法比較簡(jiǎn)單，而所用破碎設(shè)備較輕、產(chǎn)量較高等特點(diǎn)，比其他破碎設(shè)備更便于放置在履帶行走車體上。以移動(dòng)破碎跟隨挖掘機(jī)，把大塊礦石破碎成碎石后再用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，可以省卻汽車運(yùn)輸，從而大大節(jié)省人力和燃料，降低了礦石生產(chǎn)成本。在采場(chǎng)內(nèi)將礦石破碎后改用膠帶輸送機(jī)運(yùn)出的生產(chǎn)技術(shù)，從上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)在世界范圍內(nèi)得到了迅速的擴(kuò)展，出現(xiàn)了多種類型移動(dòng)方式和使用各種類型破碎機(jī)來(lái)適應(yīng)不同的使用條件。其單機(jī)能力已近萬(wàn)噸/小時(shí)。
　　2.1移動(dòng)式破碎機(jī)的類別及性能
　　移動(dòng)式破碎機(jī)，更確切地應(yīng)稱為移動(dòng)式破碎站， 因?yàn)樗似扑闄C(jī)之外，還帶有進(jìn)出料裝置及配套設(shè)施。按移動(dòng)功能的不同可分為全移動(dòng)（Fully-mobile）、半移動(dòng)（Semi-mobile）、和可搬式（Portable）。3種破碎站的使用條件各不相同，需要從多個(gè)方面考慮之后才能選定。 全移動(dòng)破碎站又稱為自行式破碎站。按行走方式可分為履帶式、膠輪式和步行式3種。3種行走方式的靈活性不一樣，因此用途也不同。履帶式可以跟隨挖掘機(jī)工作，但是機(jī)體笨重，受到制約，能力較小。目前已知的最大能力是1000t/h。膠輪式和步行式還不能做到跟隨挖掘機(jī)作業(yè)，它們只能在相對(duì)固定的條件下工作。它們的生產(chǎn)能力較大，已有不少達(dá)到2000～ 3000t/h的破碎站在使用。自行式破碎站的一個(gè)基本 特征是它是一個(gè)功能完整的單體，進(jìn)料和出料均在同一個(gè)平臺(tái)上，簡(jiǎn)稱為“平進(jìn)平出”。目前有的廠家把“上進(jìn)平出”的破碎站也稱為自行式破碎站，實(shí)際上將引起認(rèn)識(shí)中的混亂。
　　半移動(dòng)破碎站需要借助外力才能移動(dòng)。有的能夠在同一平臺(tái)上進(jìn)料和出料，也有的需要在上一平臺(tái)進(jìn)料，主機(jī)站立平臺(tái)出料（簡(jiǎn)稱為“平進(jìn)平出”和“上進(jìn)平出”）。前者可以在任何可達(dá)到的位置上使用，而后者則要利用一個(gè)臺(tái)階，它的位置有一定的限制?！吧线M(jìn)平出”的破碎站因?yàn)槔昧艘粋€(gè)臺(tái)階的高度，料倉(cāng)容積增大、給料機(jī)縮短，更適于大型礦山使用。目前世界上最大的半移動(dòng)破碎站在智利一個(gè)銅礦，它的能力是 9600t/h。
　　半移動(dòng)破碎站有軌道上的破碎站、平板拖車上的破碎站和馱遷式破碎站。大型半移動(dòng)破碎站一般多用馱遷式搬遷。為了便于搬遷，常將它分離成數(shù)個(gè)單體，例如料倉(cāng)和給料機(jī)組成一個(gè)單體，破碎機(jī)為另一個(gè)單體，出料膠帶輸送機(jī)為一個(gè)單體，從而使每個(gè)搬遷單元的重量降低。 由于馱運(yùn)車價(jià)格昂貴，利用率低，有些礦山也采用其他方式搬遷。例如利用吊車起吊和膠輪平板車載運(yùn)（遷安水廠鐵礦）。
　　半移動(dòng)破碎站是浮架在地面，不需要堅(jiān)實(shí)的混凝土基礎(chǔ)，對(duì)地面的承載能力一般不低于250kPa即可使用。
　　可搬式破碎站又稱為組裝式破碎站，它是一種介乎固定式和移動(dòng)式破碎站之間的結(jié)構(gòu)，在搬遷不頻繁（2～3年以上）的情況下使用。它們可拆散成若干大件，其尺寸和重量符合吊車的起吊能力和拖車的承載能力，搬遷一次花費(fèi)的時(shí)間視事前準(zhǔn)備情況、拆散程度、搬遷路程長(zhǎng)短以及組織情況而定。墨西哥一個(gè)石灰石破碎站的能力達(dá)6000t/h，整個(gè)重量是420t，搬遷周期不少于2～3年，搬遷一次需要耗時(shí)12～15天。
　　2.2各類移動(dòng)式破碎站的使用方法
　　根據(jù)水泥用石灰石礦山的特點(diǎn)，提出3種破碎方式的基本破碎站類型和適用條件，可供參考。若只用1套破碎站而言。若規(guī)模較大，擬采用兩套破碎站，在質(zhì)量搭配上易于實(shí)現(xiàn)，則隨行式和圍繞裝料式的應(yīng)用范圍將有所擴(kuò)大。 當(dāng)?shù)V山比高較大，礦體巖層穩(wěn)固，開(kāi)鑿內(nèi)部溜井，在井下設(shè)固定破碎站，礦石破碎之后再用膠帶輸送機(jī)運(yùn)出采礦場(chǎng)到工廠也是充分利用位能的節(jié)能生產(chǎn)工藝，而且破碎站不必搬遷，更為簡(jiǎn)便。這種生產(chǎn)工藝早就在國(guó)內(nèi)多家水泥廠應(yīng)用，這里就不再贅述。
　　3、破碎的減耗
　　破碎機(jī)械在加工礦石的過(guò)程中自身也有所磨損。 為了盡量減少機(jī)件的損耗，一是需要堅(jiān)持科學(xué)的選擇機(jī)型；二是合理的使用和選材。
　　當(dāng)前我國(guó)普遍的情況是建廠時(shí)忽略這方面的工作，沒(méi)有安排必要的人力進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的調(diào)查研究工作，就匆忙進(jìn)入招標(biāo)程序，帶有相當(dāng)大的盲目性。一旦選型不當(dāng)，嚴(yán)重者將造成工廠長(zhǎng)期的生產(chǎn)被動(dòng)，輕者也將造成經(jīng)常性的多消耗。
　　科學(xué)地選擇機(jī)型的基礎(chǔ)就是要對(duì)所加工原料產(chǎn)地進(jìn)行科學(xué)的了解。包括對(duì)礦床各層位礦石及夾帶物的物理機(jī)械性質(zhì)的了解，取樣和加工試驗(yàn)，再結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件、工廠生產(chǎn)工藝對(duì)礦石進(jìn)出料粒度的要求等等，做出正確的機(jī)型選擇。
　　破碎機(jī)的類型很多，它們的工作原理不同，因此機(jī)器的特性差別很大，需要與使用地礦石的特性（包括不同層位礦石特性的差異在內(nèi)）結(jié)合起來(lái)研究。當(dāng)具有多種選型方案時(shí)，還要根據(jù)一次性投資及長(zhǎng)久消耗一并考慮，作出最后的選型結(jié)論。
　　破碎的材料消耗與諸多因素有關(guān)。以錘頭為例，它的壽命與以下四個(gè)因素有關(guān)：（1）礦物的物理性質(zhì)和伴生物的性質(zhì)（對(duì)金屬的磨蝕性、含土量、水分、粘塑性、抗壓強(qiáng)度等等）；（2）機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性；（3）錘頭選材的正確性和制造質(zhì)量；（4）操作方法。第一項(xiàng)是客觀的存在，是先天性的，我們需要事先有正確的了解。第二項(xiàng)表示為了適應(yīng)被加工物料的性質(zhì)和工藝要求，機(jī)器內(nèi)部需要進(jìn)行的處理，防止產(chǎn)生不正常的過(guò)度磨損。第三項(xiàng)是選材問(wèn)題，目前單段錘式破碎機(jī)的錘頭有高錳鋼類（包括合金高錳鋼、加入了合金元素的超高錳鋼、打擊面堆焊耐磨層的合金高錳鋼）；中碳合金鋼類（包括打擊段硬度HRC55-58，母體39，沖擊韌性>240j的雙硬度錘頭）；雙金屬?gòu)?fù)合類（頭部為高鉻鑄鐵，HRC>61，柄部為鉻鉬合金鋼，HB225～ 310）；鑲嵌硬質(zhì)合金的高錳鋼類。中等硬度的脆性灰 巖，當(dāng)磨蝕性不高時(shí)主要使用高錳鋼類錘頭，當(dāng)磨蝕性較高或料中混入砂質(zhì)土較多時(shí)，高錳鋼類錘頭的冷作硬化層難以形成和保持，則效果不好，不宜采用。煤、石膏采用中碳合金鋼錘頭的效果也優(yōu)于高錳鋼錘頭。第四項(xiàng)是破碎機(jī)的使用和操作方法。篦子的調(diào)節(jié)和錘頭的翻邊及時(shí)和不及時(shí)，效果大不相同。目前個(gè)別工廠甚至不翻邊，不調(diào)節(jié)，任其在篦子與轉(zhuǎn)子形成過(guò)大的空間堆積料層中摩擦，再耐磨的材料壽命也長(zhǎng)不了。因此，要建立制度，精心使用，才能延長(zhǎng)機(jī)件的壽命。