對人工砂生產(chǎn)工藝優(yōu)化問題的淺見

  2011年我國水泥的產(chǎn)量達20.63億噸，水泥出口1061萬噸，依據(jù)國內水泥用量，我國建筑用砂全年大約在60億噸左右。由于天然砂資源的逐步減少，為了防洪和保護環(huán)境又限制江砂、河砂、山砂的采掘，天然砂產(chǎn)量已不能滿足如此大量建筑用砂的要求，價格也隨之上升。這就帶來了人工砂生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的機會。許多國家重點建設工程如長江三峽工程、黃河小浪底大壩工程、京滬高速鐵路、錦屏水電站、大亞灣核電站等都使用過人工砂。實踐證明，人工砂能實現(xiàn)天然砂不足的補缺，質量合適的人工砂能適應高性能砼的要求。近些年來人工砂行業(yè)已經(jīng)興起，為了保證建筑用砂的質量，滿足建筑行業(yè)的不同要求，應重視人工砂生產(chǎn)工藝的優(yōu)化的研究。如果生產(chǎn)工藝設計不當，很難生產(chǎn)出符合新的國家標準規(guī)定的、性能優(yōu)越的、不同類別的人工砂，造成資源的浪費，造成生產(chǎn)成本、能耗的提高。

  一、工藝、設備的選擇

  1、工藝過程的選擇

  目前大、中型人工砂企業(yè)正在起步，已有的眾多小企業(yè)大部分采用水選工藝，隨意選擇各種破碎機，將石材破碎成小于5mm細粒料，經(jīng)淘洗去掉細粉、泥土及輕物質，干燥后作為人工砂商品。水選雖然可去掉砂中的石粉、泥及輕物質等無用的及有害的雜質，可保證產(chǎn)品的質量，但帶來的是細砂及石粉流失，資源浪費。由于人工砂產(chǎn)量大，自然風干無濟與事，需要烘干。烘干增加熱能消耗，使生產(chǎn)成本增加。干法生產(chǎn)產(chǎn)品不需烘干，可節(jié)約熱能消耗，不會產(chǎn)生細砂、石粉流失，保證產(chǎn)品質量。近幾年許多企業(yè)研究了人工砂生產(chǎn)工藝及設備，干法生產(chǎn)工藝逐步成熟。

  2、工藝設備的選擇

  如何選擇生產(chǎn)設備是生產(chǎn)工藝設計的關鍵。

  （1）破碎機選擇

  人工砂是由石材經(jīng)粗破碎、細破碎而成。在破碎過程中不僅應考慮破碎機產(chǎn)量、電耗、設備長期運轉，三方面問題，即：去泥，減少細粉生成，砂的整形。含泥量、泥塊含量是建筑用砂國家標準中嚴格控制的指標，泥土在在石粉中，會造成石粉難以利用。細粉是過度破碎的產(chǎn)物，但又不可避免。細粉多既浪費電能又減少了砂的產(chǎn)出率。砂的顆粒形狀影響混凝土的和易性、需水量、強度等。人工砂希望砂粒的形狀主要為三軸比低、表面積小的顆粒，不希望有針狀、片狀的顆粒。

  反擊式破碎機進料尺寸300mm～500mm，其破碎比可達40，可用作為制砂生產(chǎn)線一級粗破碎設備，產(chǎn)品形狀呈立方體，產(chǎn)生的細粉較少；泥不易粘附于石子，如塊石上粘泥，因泥與石材粘結強度低，在打擊過程中易脫落、粉碎，隨揚塵排出，剩余部分粘土小塊可在石子輸送過程中去篩除；石子粒度均齊、干凈。如果采用顎式破碎機，產(chǎn)品粒度不均齊，塊石在壓碎過程中將泥壓在石子上難以脫落而帶進細碎機，造成成含泥量超標。顎式、錘式破碎機產(chǎn)生的細粉較反擊式多。

  立軸沖擊式制砂機進料尺寸5mm～35mm，如果石料尺寸大，用為二級細破碎較適宜，是一種新型制砂機 ，結構簡單，運行平穩(wěn)、高效節(jié)能，具有砂的整形功能，成品砂粒型很好。“石打石、石打鐵”，裝置狀態(tài)自由轉換，制砂、整形、碎石，一機多用，還極大地降低了零配件磨損，延長使用壽命，提高投資回報。

  反擊式制砂機進料石材尺寸≤200mm，如果石材塊度稍小，可實現(xiàn)制砂生產(chǎn)線一段破碎。這種該新型制砂機系列設備用途廣泛。其性能已達到國際制砂設備行業(yè)領先水平，是目前最行之有效，實用可靠的制砂設備。該機特別適用于制作建筑用砂，如青石，石灰石，河卵石，山石花崗巖等多種原材料制成建筑用砂、磨料、耐火材料、水泥、石英砂、鋼砂、爐渣粉銅礦石、鐵礦石、金礦砂混凝土骨料瀝青骨料等多種硬脆物料的細碎與中碎，是一種高效、節(jié)能的碎石制砂設備，比傳統(tǒng)制砂機節(jié)能50%，是目前先進的制砂設備之一。

  用戶可根據(jù)石料尺寸選擇破碎流程及破碎機。

  （2）選粉機選擇

  江蘇吉能達建材設備有限公司近幾年推出了性能穩(wěn)定、可靠、節(jié)能、環(huán)保的“人工砂風選脫粉機”，可將破碎機生產(chǎn)出的原砂分成粗、中、細砂及石粉四種。經(jīng)合理搭配可配制出用戶要求的砂。

  例如，遼寧嘉藝建筑材料有限公司使用了江蘇吉能達建材設備有限公司的選粉機。該公司為國家水電三局生產(chǎn)的砂、粉，經(jīng)抽樣檢測數(shù)據(jù)如表1。用這四種產(chǎn)品可配出三峽工程所需要的砂。

  （注：以上僅是一次抽測數(shù)據(jù)，人工砂風選脫粉機的各級砂、粉細度可調，可調整至較為理想狀態(tài)。）

  著名的三峽工程用砂的質量標準見中國三峽工程開發(fā)總公司車公義 趙明華 陳緒貴文章《三峽工程人工砂質量控制》。其數(shù)據(jù)如表2。

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  如何用水電三局的砂樣配出符合三峽工程要求的人工砂？計算方法如下：

  設粗砂配比為x,細砂配比為y,石粉配比則為（1-x-y）。

  為滿足石粉含量（10～17）%、模數(shù)2.6±2的要求，取石粉含量為10%。

  4.27x+1.63y=2.6                         (1)

  1.1x+7.71y+94.66(1-x-y)=10              (2)

  解得：

  X=0.4026

  Y=0.5405

  1-0.4026-0.5405=0.0569

  即：粗砂占40.26%,細砂占54.05%,石粉占5.69%.

  驗算：

  按初步計算所得的比例計算配制后的砂的模數(shù)與石粉含量?；旌仙暗母骷壓Y余見表3。

  從上表看出，混合砂模數(shù)為2.60,混合砂中石粉含量為10.00，都在山峽工程細骨料質量標準規(guī)定的范圍內。

  有關三峽工程細骨料質量標準規(guī)定的其他項目，可通過石材的選擇、生產(chǎn)過程的控制來解決。

  如果要想配出新國家標準中規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類砂，可用粗、中、細砂進行合理配制即可，這里不再贅述?？偟恼f來從破碎機出來的原砂分成四種有利于生產(chǎn)企業(yè)及用戶配制。

  （3）設計足夠的儲倉

  采用四分離人工砂風選脫粉機把原砂分成四類，應分倉存放，防止互混，便于調配。

  （4）設計粘土篩除裝置

  破碎機喂料裝置與料倉之間設計粘土篩除裝置，使進倉的石塊在滾動過程脫落的粘土去除。

  （5）粗砂量過多問題

  目前一些人工砂生產(chǎn)廠發(fā)現(xiàn)粗砂多，如果過分減小入風選脫粉機的最大粒徑，容易造成石粉排出量增加。欲做到粗砂減少，中、細砂增加，石粉量增加較少，可讓粗砂部分回到破碎機，增加中、細砂的產(chǎn)量，控制過粉碎。

  （6）增加石粉細磨生產(chǎn)線

  人工砂生產(chǎn)帶來了15%～30%的石粉，石粉的利用應受到重視，否則造成資源的浪費。

  生產(chǎn)人工砂的石材有石灰石質的，有硅質的等。石灰石質石粉可作粉刷砂漿原料；可作水泥原料，即使有一定量粘土也可利用；如果石粉化學成份及化學活性合適，經(jīng)細磨可作為電廠脫硫原料；如果石粉化學成份符合HG/T3249.1-3249.4-2008《工業(yè)用重質碳酸鈣》要求，可作為重質碳酸鈣的原料。如果是硅質石粉可作為玻璃、陶瓷、微孔硅酸鈣原料。如果石粉經(jīng)超細粉磨，用超細選粉機選出20μm以下的超細粉，其價值更高。凡此種種，不一一列舉。

  目前人工砂大都是以石灰石為原料，質量合適的石灰石粉經(jīng)進一步細磨可用作為脫硫原料。人工砂生產(chǎn)產(chǎn)生的石粉細度在0.075mm以下，粉磨至脫硫用石灰石粉細度0.045mm（325目）以下比較容易，電耗大約為6～8kwh/t。如果增加石粉細磨設備，具有投資省，成本低、上馬快的特點。能作為脫硫用的石粉，其價格大約180元/噸左右，遠高于人工砂?？梢哉f石粉的磨細使人工砂生產(chǎn)實現(xiàn)資源的充分利用，無三廢排除，有百利而無一害。

  3、人工砂生產(chǎn)的質量控制

  人工砂的質量控制首先是石材的選擇。砂的堅固性、堿集料反應、有害物質直接與石材物理、化學性質關。符合質量要求石材是生產(chǎn)優(yōu)質砂首要條件。石材選定之后，人工砂質量控制的關鍵是含泥量、含水量的控制。為此，石材開采應注意剝采比，防止粘土與塊石混雜。原料含水量大，粘土很容易粘附在石塊上不易脫落而帶進砂中，給砂的脫粉造成成困難，造成砂與石粉的含泥量多，含水量大。

  雖然砂是人工砂生產(chǎn)企業(yè)的主產(chǎn)品，但生產(chǎn)中石粉是生產(chǎn)過程不可避免的附產(chǎn)品。如果忽視石粉而作為廢料拋棄實在是太可惜。一方面讓費資源，另一方面讓費能源。如果嚴格控制生產(chǎn)過程中泥土的帶入，使石粉很純凈，石粉可成為真正的寶物。近年來的研究發(fā)現(xiàn),適量的石粉能夠完善機制砂的顆粒級配,同時在混凝土內部起到填充作用,有些石質的石粉還具有水化活性,能夠參與水化反應,對混凝土性能有改善作用。這就是新的建筑用砂國家標準放寬石粉含量的原因。

  總之，人工砂生產(chǎn)應走向科學化。生產(chǎn)工藝設計應注意：

  1、盡量采用干法風選生產(chǎn)工藝，選擇先進、可靠的生產(chǎn)設備。

  2、工藝設計應便于生產(chǎn)過程的質量控制與管理。

  3、注意產(chǎn)品的綜合利用，重視節(jié)約能源、資源與環(huán)境保護。

  產(chǎn)品質量決定工藝過程是否有用；投資、成本、效益決定企業(yè)是否可以獲利；環(huán)保、節(jié)能、安全、資源利用決定企業(yè)是否會得到社會認可。這些都有是決定企業(yè)能否生存的必要條件。