干法制砂除粉技術(shù)及應(yīng)用——科技大會(huì)論文精選

干法制砂除粉技術(shù)及應(yīng)用——科技大會(huì)論文精選

編者按：

為加強(qiáng)我國(guó)砂石骨料行業(yè)同仁及上下游行業(yè)人員科學(xué)技術(shù)交流，推動(dòng)砂石骨料行業(yè)科技進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，中國(guó)砂石協(xié)會(huì)于2020年8月27-30日在河北省石家莊市舉辦"第七屆全國(guó)砂石骨料行業(yè)科技大會(huì)"，并在行業(yè)廣泛征集學(xué)術(shù)論文，編輯成《第七屆全國(guó)砂石骨料行業(yè)科技大會(huì)論文集》。今天，中國(guó)砂石協(xié)會(huì)融媒體中心繼續(xù)為大家推薦精彩論文——《干法制砂除粉技術(shù)及應(yīng)用》。

干法制砂除粉技術(shù)及應(yīng)用

晏宏、張萬(wàn)賓、李培主

（世邦工業(yè)科技集團(tuán)股份有限公司,上海，201201）

摘要：機(jī)制砂中石粉含量的增加會(huì)顯著影響混凝土的工作性能和力學(xué)性能，本文在分析石粉存在形態(tài)、含水量及黏土對(duì)除粉效率的影響基礎(chǔ)上，綜述了當(dāng)前幾種原料和成品料除粉技術(shù)。在含泥量大、含水量變化大的堆存圍巖尾礦骨料項(xiàng)目中，VU系統(tǒng)除粉效果顯著、產(chǎn)量高、級(jí)配達(dá)標(biāo)，表現(xiàn)出了對(duì)惡劣物料工況下的良好適用性。

關(guān)鍵詞: 機(jī)制砂；石粉；除粉技術(shù)；VU系統(tǒng)

1．引言

隨著機(jī)制砂在建筑、道路、橋梁、水力等混凝土工程領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，人們對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量提出了更高的要求，以往石粉含量超標(biāo)的問(wèn)題獲得了更多的關(guān)注，石粉含量的增加會(huì)顯著影響混凝土的工作性能和力學(xué)性能。雖然石粉在混凝土中參與的反應(yīng)及所起的作用基本相同，但不同的定義方式，也造成了研究結(jié)果的差異。這一點(diǎn)也體現(xiàn)在了各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)含粉量的要求是不同的，例如美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定石粉含量最高限值為5%~7%，日本為7%，澳大利亞為25%，英國(guó)為15%，法國(guó)12%~18%。

我國(guó)JGJ/T241-2011《人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》中對(duì)機(jī)制砂的石粉含量的規(guī)定如表1所示。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)石粉含量的要求

綠色礦山干法制砂工藝在近年中應(yīng)用逐漸普及，樓式制砂是目前干法制砂的最先進(jìn)技術(shù)形態(tài)，具有機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)、級(jí)配可控，節(jié)約水資源，不受干旱、寒冷季節(jié)的影響生產(chǎn)，運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)為了使其對(duì)惡劣物料工況的適用性更廣，業(yè)內(nèi)各廠家紛紛投入技術(shù)力量，推動(dòng)設(shè)備的升級(jí)換代，其中石粉的控制是決定機(jī)制砂成品質(zhì)量及產(chǎn)量的重要方面。

2. 石粉特性

2.1 石粉存在形態(tài)

根據(jù)最新的研究，通過(guò)電鏡掃描的試驗(yàn)結(jié)果，機(jī)制砂中的石粉有四種存在形式：

（1）游離粉：石粉微粒不相互黏結(jié)且不吸附于砂粒表面，可以在風(fēng)力和重力的作用下自由運(yùn)動(dòng)。

（2）團(tuán)塊粉：石粉微粒緊緊的團(tuán)聚在一起形成了較大粒徑的石粉團(tuán)塊，微粒間相互黏著、聚合。此種形態(tài)的石粉聚合體，由于團(tuán)塊的粒徑和質(zhì)量較大，通過(guò)傳統(tǒng)選粉設(shè)備很難去除。

（3）附著粉：在較大粒徑的砂粒表面，附著有石粉微粒。當(dāng)砂粒的表面較為光滑時(shí)，石粉微粒在機(jī)械作用力下易于除去，而當(dāng)砂粒表面凹凸不平時(shí)，石粉微粒與砂粒緊緊地相互黏著，一般的機(jī)械方法難以分離。

（4）縫隙粉：砂粒表面常存在一些天然的或由于機(jī)械破碎作用產(chǎn)生的幾十微米到上百微米寬的縫隙，這些縫隙常常充填有大量的石粉顆粒。這是一種最緊密的石粉黏著方式。

2.2 黏土的影響

機(jī)制砂的石粉中，既存在與母巖礦物化學(xué)成分一致的組分，也存在一部分黏土質(zhì)微粒，這部分黏泥土質(zhì)微粒主要來(lái)源于礦山剝離層和夾層中的泥質(zhì)和黏土質(zhì)礦物，它們的存在會(huì)導(dǎo)致機(jī)制砂亞甲藍(lán)值升高。黏土礦物具有膨脹效應(yīng)，其吸水性強(qiáng)，膨脹率高，充分吸水后體積會(huì)增大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，當(dāng)砂粒、石粉顆粒以及黏土礦物相互團(tuán)聚在一起的時(shí)候，黏土礦物遇水發(fā)生膨脹，填充顆粒間的空隙，降低集料的孔隙度形成集合體，其具有較大的質(zhì)量，風(fēng)力選粉機(jī)較難有效地去除，從而導(dǎo)致測(cè)定的亞甲藍(lán)值顯著升高。

2.3 水的影響

在干法制砂過(guò)程中，原料過(guò)高的含水率會(huì)導(dǎo)致成品機(jī)制砂的石粉含量偏高。其水分主要包括結(jié)合水、重力水以及毛細(xì)水，水的存在會(huì)加劇機(jī)制砂顆粒和石粉的黏著與團(tuán)聚效應(yīng)，降低傳統(tǒng)工藝的除粉效率。研究表明，當(dāng)原料含水率小于2.5%時(shí)，原料含水率越高，成品機(jī)制砂中的石粉含量越高；當(dāng)含水率在2.5%-4.5%之間，機(jī)制砂的石粉含量保持在高位。

3. 石粉控制技術(shù)

3.1 給料振動(dòng)蓖條篩

機(jī)制砂中的泥質(zhì)含量升高會(huì)導(dǎo)致需水量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，從而對(duì)其抗壓能力造成一定影響。因此，原料在進(jìn)入制砂工藝流程前，需除泥篩廢，作棄料處理，此舉可同時(shí)顯著降低原料的含水率。根據(jù)不同的物料條件，選擇合適的篩條間距，達(dá)到不同的除泥效果；對(duì)于山皮較厚、植被難以清除，山體風(fēng)化較嚴(yán)重，夾層含泥量大，容易混入泥土的工況，加大篩條間距，可有效降低含泥量。

3.2 骨料溜道除粉裝置

篩分機(jī)的某一規(guī)格骨料，篩分完后進(jìn)入到骨料下料溜道，在骨料下料溜道的合適的地方布置有整體可拆卸的擴(kuò)散布風(fēng)室，鼓風(fēng)機(jī)與擴(kuò)散布風(fēng)室相連，這樣，骨料表面游離狀態(tài)粉塵經(jīng)過(guò)擴(kuò)散布風(fēng)室與集塵罩之間的溜道時(shí)，骨料表面粉塵被鼓風(fēng)機(jī)吹起來(lái)，又在除塵器的吸風(fēng)作用下，粉塵被集中收集到除塵器中；另外，通過(guò)調(diào)節(jié)管道調(diào)節(jié)閥，可以控制除塵器的吸風(fēng)量；當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)采取變頻形式的情況下，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的變頻控制和調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)吹風(fēng)和吸風(fēng)的配比，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂石骨料成品含粉量在一定范圍內(nèi)的連續(xù)控制。

采用在線吹粉除粉裝置，讓成品骨料在溜道內(nèi)下溜并拋出時(shí)，由于鼓風(fēng)機(jī)的作用，將摻雜在骨料里的游離狀態(tài)的粉塵揚(yáng)起，再由除塵器統(tǒng)一收集處理，有效降低骨料的石粉含量。

3.3 高頻振動(dòng)篩分預(yù)處理

其基本原理是通過(guò)高頻振動(dòng)對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行粉團(tuán)分散、粉砂分離、粗細(xì)分級(jí)的預(yù)處理，然后通過(guò)風(fēng)力除去所含石粉。具體為：物料經(jīng)制砂機(jī)進(jìn)行破碎后，在進(jìn)入篩分模塊時(shí)，可先通過(guò)散料器或螺旋撥料桿進(jìn)行散料，這對(duì)團(tuán)聚和黏附的石粉具有初步的分散作用，提高物料分布的均勻性，此時(shí)可通過(guò)風(fēng)選裝置對(duì)石粉進(jìn)行初選。初選后物料進(jìn)入振頻60?80 Hz、振幅0.15-2.4 mm的高頻振動(dòng)篩進(jìn)行篩分：這種振動(dòng)篩振動(dòng)強(qiáng)度是普通振動(dòng)篩的3.5-5倍，能產(chǎn)生較大的機(jī)械力，對(duì)團(tuán)聚的石粉和表面黏附性石粉具有很好的分散、分離效果；同時(shí)，高效地實(shí)現(xiàn)機(jī)制砂的粗細(xì)分級(jí)。

與普通振動(dòng)篩分相比，機(jī)制砂經(jīng)過(guò)高頻振動(dòng)篩分后除粉效率顯著提高，高頻振動(dòng)分散后的除粉效率能夠提高40%左右，所需風(fēng)量降低45%。

3.4 離心選粉機(jī)

選粉機(jī)是粉料分級(jí)設(shè)備，原主要用于水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝，同時(shí)在化工、冶金等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。在制砂工藝中采用選粉機(jī)，其主要功能是分離出多余石粉和有用顆粒并分別進(jìn)行回收。它的工作原理是：將氣、粉混合,形成氣固兩相流，旋轉(zhuǎn)的撒料盤和高速氣流使含粉氣流在旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得離心力，不同粒徑顆粒獲得的離心力不同，從而實(shí)現(xiàn)粗細(xì)粉粒分離。同時(shí)，采用相應(yīng)的方法對(duì)粗細(xì)粉粒分別進(jìn)行回收。有用顆粒即為成品砂，無(wú)用細(xì)粉則為棄料。從選粉機(jī)在樓站安裝的位置來(lái)看，分為原料選粉和成品料選粉工藝布置。選粉機(jī)對(duì)含水率有嚴(yán)格要求，進(jìn)料含水率高于5%時(shí)，選粉機(jī)的除粉效率將嚴(yán)重降低。當(dāng)進(jìn)料含水率在2%時(shí)，選粉機(jī)能夠較好地發(fā)揮其效率，成砂率在60%～70%之間。

選粉機(jī)的主要工作參數(shù)為：進(jìn)料流量、供風(fēng)量、撒料盤（主軸）轉(zhuǎn)速。目前大多使用的選粉機(jī)并非定型的專用制砂設(shè)備，選粉機(jī)自帶風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量的調(diào)節(jié)范圍小且不能隨原狀砂來(lái)料量的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。只要原狀砂的來(lái)料流量、石粉含量、含水率發(fā)生變化，則該機(jī)的處理能力和選粉效果均會(huì)隨之發(fā)生變化，這是成品砂生產(chǎn)質(zhì)量波動(dòng)的重要原因。

針對(duì)上述問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到選粉機(jī)采用傳統(tǒng)的電磁調(diào)速電機(jī)存在如電磁離合器本身滑差大，最高輸出轉(zhuǎn)速僅為電動(dòng)機(jī)的80%-90%，低速時(shí)效率低下，電能損耗大，調(diào)速范圍小，調(diào)速控制不穩(wěn)定等不足，將電磁調(diào)速電機(jī)改為變頻電機(jī)+變頻器控制的變頻調(diào)速裝置，在該控制方式下，選粉機(jī)具有良好的人機(jī)操作界面和啟動(dòng)性能，可以方便地進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻繁調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了選粉機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、精確的控制，其故障率低，維護(hù)工作量小，保證了惡劣工況條件下設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備保障率。

3.5 V型靜態(tài)分級(jí)機(jī)+動(dòng)態(tài)高效選粉機(jī)

制砂原料喂入立軸式整形制砂機(jī)，經(jīng)振動(dòng)篩分后，粗粉回至整形制砂機(jī)，細(xì)粉輸送至由 V型靜態(tài)分級(jí)機(jī)與動(dòng)態(tài)高效選粉機(jī)組合型式分級(jí)機(jī)。經(jīng)過(guò)物料分布器均化后，進(jìn)入分級(jí)系統(tǒng)，粗顆粒入成品庫(kù)，微細(xì)顆粒和微粉隨氣流進(jìn)入動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)砂石分級(jí)，合格品經(jīng)粗粉管排出進(jìn)入成品庫(kù)；調(diào)節(jié)成品顆粒級(jí)配，微粉隨氣流經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集，收集的細(xì)粉入石粉庫(kù)，氣流經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入V型進(jìn)風(fēng)口。該系統(tǒng)用 V型靜態(tài)分級(jí)機(jī)與高效選粉機(jī)組合型式作為砂石分選的主機(jī)設(shè)備，分級(jí)機(jī)控制精度高，對(duì)成品顆粒級(jí)配可以調(diào)節(jié)，產(chǎn)品可以保證合格，廢棄粉料內(nèi)成品顆粒含量可得到有效控制。

3.6 空氣篩

空氣篩在振動(dòng)篩分的基礎(chǔ)之上結(jié)合了風(fēng)力分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粒度調(diào)整、分級(jí)、篩分三大功能于一體。其工作原理：物料在空氣篩分散裝置作用下被均勻攤開(kāi)，并被鼓風(fēng)機(jī)鼓吹到風(fēng)選室的不同位置，物料越輕（即粒徑越小），被吹離的位置越遠(yuǎn)，篩分距離則越長(zhǎng)；重量最輕的石粉，將被吹至粉料出口位置，被除塵器引風(fēng)機(jī)吸附，最終集中在粉罐當(dāng)中；同時(shí)粒度調(diào)整板通過(guò)自動(dòng)調(diào)整返回物料的比例，對(duì)成品砂的細(xì)度模數(shù)進(jìn)行微調(diào)，從而保證成品砂細(xì)度模數(shù)的穩(wěn)定。

使用空氣篩的干式制砂系統(tǒng)，原材料需要控制其含水率在1.6%（表面含水率 0.6%）以下，不含泥，入料粒徑為0～25mm 且級(jí)配連續(xù)，如果原材料發(fā)生改變，系統(tǒng)產(chǎn)能會(huì)因此發(fā)生改變。如果原材料含泥、或石粉含量過(guò)多，需在前段采用選粉機(jī)或者除粉設(shè)備等分離工藝。

4. 案例介紹

案例一：首鋼遷安鐵尾礦干法制砂項(xiàng)目

河北遷安首鋼圍巖尾礦骨料項(xiàng)目（兩套VUS450并裝），該項(xiàng)目為首鋼集團(tuán)在環(huán)境治理廢礦資源再利用方面的干法生產(chǎn)線試點(diǎn)，系統(tǒng)流程為：堆存圍巖鐵尾礦挖采后裝車進(jìn)給料點(diǎn)，給料機(jī)棒條下物料經(jīng)過(guò)篩分進(jìn)行除土，篩上料和顎破破碎后料通過(guò)兩段圓錐破碎和成品篩分分為12石子成品和0-10mm物料，0-10mm再通過(guò)VUS骨料優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行整形、風(fēng)選和篩分后成為精品砂。

現(xiàn)場(chǎng)巖種為片麻巖，為花崗巖受高溫高壓后變質(zhì)而成，巖石密度為2.7，散密度1.6，抗壓強(qiáng)度為200-300MPa，破碎指數(shù)為16±4，磨蝕系數(shù)為0.5±0.1。是中等易碎、高磨蝕的結(jié)晶巖巖種。原料含泥量大，受季節(jié)、天氣影響大，根據(jù)天氣與堆存深度，含水量0.5%-6%不等，因資源非洞采或開(kāi)山爆破，含水量不穩(wěn)定、不易控制。

針對(duì)如此惡劣工況，在前端充分除泥篩廢的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，利用篩上風(fēng)選室一道選粉、篩下落料二道瀑落選粉、旋風(fēng)筒三道除粉的工藝設(shè)計(jì)，在單套VUS450給料150TPH，含水率1~3%變化的情況下，可獲得高品質(zhì)成品砂115TPH，經(jīng)測(cè)試石粉含量低于3%，細(xì)度模數(shù)2.8-3.0，成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖1 河北遷安首鋼圍巖尾礦骨料項(xiàng)目

圖2 河北遷安首鋼圍巖尾礦骨料項(xiàng)目

圖3 河北遷安首鋼圍巖尾礦骨料項(xiàng)目

VU系統(tǒng)包含VU沖擊破、模控篩、粒優(yōu)機(jī)、加濕攪拌器、除塵器、中央控制系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)備和模塊，是一套完整的干式制砂生產(chǎn)解決方案。15mm以下的原料（可以是石屑、瓜米石、石粉等廉價(jià)易得的原料）經(jīng)過(guò)VU沖擊破破碎整型后，在模控篩和除塵模塊作用下分成三路：石粉、返料和準(zhǔn)成品砂。石粉通過(guò)除塵模塊后統(tǒng)一儲(chǔ)存在粉礦倉(cāng)中，準(zhǔn)成品砂進(jìn)入粒優(yōu)機(jī)進(jìn)一步整型，經(jīng)加濕攪拌后完成加工過(guò)程。原料經(jīng)過(guò)VU系統(tǒng)合理高效的加工處理后，產(chǎn)出級(jí)配合理、粒型圓潤(rùn)、含粉量可控的精品機(jī)制砂，以及干燥潔凈、可進(jìn)行統(tǒng)一回收利用的精品石粉（根據(jù)原料決定可應(yīng)用范圍）。VUS450技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 VUS450主要性能參數(shù)

案例二：淶源奧威礦業(yè)尾礦干法制砂項(xiàng)目

河北保定淶源奧威礦業(yè)尾礦干法制砂項(xiàng)目（VU300），該項(xiàng)目利用鐵礦拋尾棄料進(jìn)行砂石骨料加工，生產(chǎn)線工藝為干法生產(chǎn)。系統(tǒng)流程為：堆存的拋尾料由挖機(jī)、鏟車推鏟至進(jìn)料點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一段圓錐破碎和檢查篩分后，0-31.5mm進(jìn)沖擊破進(jìn)行整形，后再經(jīng)一道成品篩分，分為20-31.5mm、10-20mm精品骨料，0-10mm進(jìn)VU300骨料優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行精品砂加工，最終精品砂滿足：細(xì)度模數(shù)Mx=2.7±0.2，含粉量＜5%，級(jí)配滿足二區(qū)中砂的一類優(yōu)質(zhì)砂標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場(chǎng)巖種為汐卡巖，是一種主要由富鎂的硅酸鹽礦物組成的變質(zhì)巖，巖石密度為2.7，散密度1.6，巖種特性為極易破碎和經(jīng)破碎后極易產(chǎn)生石粉。原料因堆存關(guān)系，受季節(jié)、天氣影響大，巖石本身的吸水性也強(qiáng)，根據(jù)天氣與堆存深度，含水量0.5%-6%不等，因資源非洞采或開(kāi)山爆破，含水量不穩(wěn)定、不易控制。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)含水量不易控制的特殊工況，在前段原料環(huán)節(jié)提出原料篩廢工藝改造建議，目的為模糊篩分篩除部分0-2mm物料，因水更多的參雜在粉料和細(xì)料中，經(jīng)過(guò)頭段篩廢工藝技改后，進(jìn)VU300制砂樓的料含水量平均降低1.44%（為0.86%），含粉率平均降低1.93%（為7.37%）。結(jié)合VU300骨料優(yōu)化系統(tǒng)風(fēng)選篩分模塊強(qiáng)大的粉砂分離能力和收塵模塊強(qiáng)大的收塵、收粉能力，最終整個(gè)塔樓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)含水量在1%內(nèi)，來(lái)料含粉小于10%，成品砂滿足含粉小于5%，細(xì)度模數(shù)滿足2.7±0.2時(shí)，系統(tǒng)整體產(chǎn)能達(dá)到280TPH，成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖4 淶源奧威礦業(yè)尾礦干法制砂項(xiàng)目

圖5 淶源奧威礦業(yè)尾礦干法制砂項(xiàng)目

圖6 淶源奧威礦業(yè)尾礦干法制砂項(xiàng)目 VU300骨料優(yōu)化系統(tǒng)

表3 VU300主要性?能參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)市場(chǎng)傳統(tǒng)機(jī)制砂石級(jí)配不合理，含粉，含泥量過(guò)高，粒型不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)了樓站式VU高品質(zhì)機(jī)制砂石成套加工系統(tǒng)，攻克了優(yōu)化工藝中破、磨、選的難題。生產(chǎn)的成品砂石品質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且生產(chǎn)過(guò)程零淤泥，零廢水，無(wú)揚(yáng)塵，完全符合國(guó)家環(huán)保要求，為砂石、干混、商混、管樁、水泥制品等行業(yè)帶來(lái)了巨大的效益和發(fā)展機(jī)會(huì)。

本文通過(guò)分析石粉控制中存在的技術(shù)難點(diǎn)，綜述了當(dāng)前干法制砂工藝中使用的除粉技術(shù)，促進(jìn)樓式制砂系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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（原文略有改動(dòng)）

來(lái)源：中國(guó)砂石協(xié)會(huì)融媒體中心