浅谈人工机制砂生产工艺与设备选型

时间：2014-12-18作者：上海巍立路桥设备有限公司浏览：40

作为目前较大宗的建筑材料，混凝土用量的日益增加导致用砂量的日益增加。据统计， 2010年我国新建各种水泥混凝土工程约40亿方，需要细集料砂约25亿t。**砂资源是一种短时间内**、区域分布很不均的地方资源，随着基础设施 建设的日益发展和资源的不断开采，我国不少地区的**砂资源已近枯竭、品质也日益下降，颗粒级配不合理。另外，出于防洪和生态平衡的考虑，国家已明文禁止 一些河段**砂的采掘，部分地区现有**砂资源已不能满足需求，使得河砂资源日渐紧缺，价格逐渐上涨。因此，很多地区需要使用机制砂替代河砂。我国多年来 就十分注重机制砂混凝土的研究，但多关注机制砂的特性及机制砂混凝土的配制和性能，而忽视机制砂制备技术、设备、工艺的研究。特别是公路建设行业的点多面 广，机制砂生产设备难以大型化和规模化，其生产线往往存在设备选型不合理，生产工艺落后的缺点。这必然导致生产的机制砂的质量大打折扣。因此，优良的机制 砂生产工艺、合理的设备选择是现机制砂行业亟待解决的问题。
 

 
      1 机制砂生产工艺
      1． 1 机制砂生产流程
      机制砂的生产工艺流程一般可分为以下几个阶段: 块石→粗碎→中碎→细碎→筛分→除尘→机制砂。即: 制砂过程是将块状岩石，经几次破碎后，制成颗粒小于4．75 mm 的机制砂。常见工艺流程图见图1。机制砂是由碎石破碎而得到的，因此母岩的化学成份和矿物组成决定了机制砂是否含有害物质，以及是否存在碱集料反应活性; 母岩的强度决定了机制砂的力学性能压碎值。因此，机制砂生产对母岩的强度有较高要求，一般要求火成岩不宜小于100 MPa，变质岩不宜小于80 MPa，水成岩不宜小于60 MPa。
 
1. 2 机制砂生产中振动给料机的技术要求
         一般在机制砂的生产中振动给料机位于入料仓和颚式破碎机之间，可把块状、颗粒状物料从贮料仓中均匀、定时、连续地给到受料装置中去，在砂石生产线中 可为破碎机械连续均匀地喂料，并对物料进行粗筛分。根据设备性能要求，配置设计时应尽量减少物料对槽体的压力，一般要求仓料的有效排口不得大于槽宽的1 /4，物料的流动速度控制在6～18 m/min。对给料量较大的物料，料仓底部排料处应设置足够高度的拦矿板，但拦矿板不得固定在槽体上。为使料仓能顺利排出，料仓后壁倾角较好设计为 55°～65°。
 
        1． 3 机制砂生产中破碎机选用原则
        1． 3． 1 破碎方法及原理
        自然界的岩石在破碎机中能够粉碎主要克服两种内聚力。虽然目前市场上出现的破碎机械类型繁多，但按施加外力的方法不同，物料的常用破碎方式见表1。
表1 各种破碎方法及原理

破碎方法	破碎原理	应用破碎机
挤压法	物料夹在两个工作面之间，由于工作面施加逐渐增大的静压力破坏了岩石晶体内部的晶体各质点之间的内聚力以及作用于岩石晶体之间和晶体表面的内聚力而破碎	颚式破碎机、圆锥破碎机及辊式破碎机等
劈裂法	物料搁在尖棱工作体间受尖棱楔入，整体所受应力集中两个契点上，物料因拉应力破碎
折碎法	利用上下两相吻合牙钣，当岩石块在张开的牙钣中，牙尖逼近岩石时，所施加的压力形成三支点的折断作用，作用力与简支梁集中加荷的受力相当，岩石承受弯曲作用而折碎。此种折碎法适用于脆性岩石的破碎
磨削法	物料在两个作相对运动的工作面，靠运动的工作面对物料摩擦时所施加的剪切力，或者靠物料彼此之间摩擦时的剪切作用而使物料破碎	辊式磨机( 棒磨机) 、轮辗机等
冲击法	物料受瞬间冲击力作用而破碎。产生冲击力的原因是运动的工作体对物料的冲击; 高速运动的物料向固定的工作面冲击; 高速运动的工作体向悬空的物料冲击; 高速运动的物料体相互冲击	如锤式破碎机、反击式破碎机及冲击式破碎机等

 
       1． 3． 2 破碎机械的选用原则
       在机制砂的生产过程中，一般采用三级破碎工艺，即粗碎、中碎、制砂机破碎。不同破碎阶段选用的破碎机也不尽相同，在粗碎中较常用的是颚式破碎机，中碎一般采用反击式破碎机，制砂机械一般以冲击式破碎居多。各种常用破碎机性能如表2 所示
表2 常用破碎机性能

名称	破碎方法	运动方式	破碎比	适用范围	物料种类
颚式破碎机	压碎为主	往复	4 ～ 6，中碎较高达10 左右	粗碎，中碎	硬质、中硬物料
圆锥式破碎机	压碎为主	回转	粗碎4 ～ 6; 中、细碎3 ～ 17	粗碎，中、细碎	硬质、中硬物料
辊式破碎机	压碎为主	旋转( 慢速)	3-8	中碎，细碎	硬质、软质物料
锤式破碎机	冲击	旋转(快速)	单转子10 ～ 15，双转子式30 左右	中碎，细碎	硬质、中硬、软质物料
反击式破碎机	冲击	旋转(快速)	10 以上，较高达40	中碎	中硬物料
冲击式破碎机	冲击	旋转(快速)		细碎	中硬物料

          1． 3． 3 制砂机选用原则
          制砂机械一般采用棒磨机、反击式制砂机或冲击式制砂机，三者的性能见表3。
表3 棒磨式制砂机、反击式制砂机和冲击式制砂机对比

名称	破碎方法	影响因素	成产机制砂方法	机制砂特点
棒磨机	压碎	/	将某一粒径碎石经过棒磨机进行破碎，经过筛分得到机制砂。	细度模数较好，级配良好，石粉含量偏低
反击式破碎机	冲击	转子转速、反击式破碎机板锤间隙	反击破制砂即块石经过粗碎和中碎后通过振动筛粒径小于5 mm 的物料，是料厂生产碎石的副产品。	机制砂级配良好，各级含量相对均匀，级配曲线平滑，但棱角较多，粒型较差。
冲击式破碎机	冲击	破碎机转子的线度、物料含水量、给料量、入料粒径	将某一粒径碎石经过立式冲击破碎机进行破碎，经过筛分的到机制砂。	机制砂级配呈“两头多，中间少”，粒型呈圆型颗粒状，粒型较好。

        由表3 可看出棒磨机生产的机制砂级配良好，反击式破碎机生产的机制砂级配良好但粒型较差，而冲击式破碎机生产的机制砂级配不良但粒型较好。有些人士认为应采用棒 磨机，因为棒磨机生产过程中磨棒对石料粉磨有选择性、逐步粉磨，过磨现象少。但是棒磨机存在产量低、运行成本高、人工劳动强度大等缺陷，不建议生产中采 用。在实际生产中建议采用反击式和冲击式破碎机联合制砂，可获得粒型好、机配好、产量高的机制砂。
 
        1． 4 振动筛对机制砂生产的影响
        机制砂的生产中机制砂产品级配的较主要影响因素就是筛分环节，其中振动筛的筛孔形状、尺寸及筛面倾斜角大小是影响机制砂质量的关键参数; 机制砂生产中有较大含量的石粉颗粒，且对级配要求较高，不宜选用长方形和圆形筛孔，一般采用正方形方孔筛。筛孔尺寸的选择直接影响机制砂的质量和生产量。 上海巍立路桥研究表明，筛网尺寸越大生产的机制砂细度模数越大，石粉含量越低; 筛网尺寸越小生产的机制砂细度模数越小而石粉含量越大。一般制砂工艺中推荐筛孔尺寸为3．5～4．5 mm。为物料达到较好的筛分效率和处理量，根据振动筛厂家的经验筛面的倾角出厂一般为20°左右为宜。
 
         1． 5 机制砂除粉设备选取
        机制砂的生产过程中会有10%～20%的石粉( 75μm 的颗粒) ，适量的石粉可以改善机制砂混凝土工作性差的缺陷，增大混凝土抗压、抗折强度，但石粉含量过高会影响机制砂混凝土的性能，所以要对机制砂进行除粉。常用的除粉工艺的设备及其特点见表4。
表4 各种除粉工艺对比

工艺名称	设备名称	除粉方法	优点	缺点
干法除粉	干法制砂分级机	物料由进料系统进入分级室，利用转子的旋转所产生的离心力，将粉体按粒径大小分开。原料粉体中的粗粒由于受到较大离心力的作用，被转子叶片抛向筒体四周并 沿筒体下滑，在降落过程中又受到二次风气流冲击，使粗粒中团聚的细粉冲散并再次吹向分级室，粗粉在重力作用下由下部 排料阀排除。	级配好、细度模数较 低、石粉含量合适、产量高、含水量低; 生产过程用水少、生产场地小、不受季节影响	对原料要求高、砂表面感官性差、设备费用高，污染环境、堆放、运输易造成机制砂离析
湿法除粉	螺旋式洗砂机	螺旋洗砂机是借助于固体粒大小不同，比重不同，在液体中的沉降速度不同的原理，细矿粒浮游在水中成溢流出，粗矿粒沉于槽底，由螺旋推向上部排出，细料从溢流管子排出。	结构简单、工作可靠、 操作方便	机制砂级配破坏严重、耗水量大、机制砂细度模数大
	轮式洗砂机	砂石由给料槽进入洗槽中，在叶轮的带动下翻滚，互相研磨，除去砂石表面的杂质; 同时加水，形成水流，将杂质及比重小的异物带走，从溢出口排出。干净的砂石由叶片带走，最后砂石从旋转的叶轮倒入出料槽。	洗净度高，结构合理，处理量大，功率消耗小，洗砂过程中砂子流失少	机制砂级配稍有破坏、耗水量大、机制砂细度模数大

         机制砂的除粉工艺是机制砂石粉含量控制的关键，既要机制砂中粉料含量满足不同等级混凝土使用要求，又对级配影响较小，建议采用干法制砂分级机或轮式洗砂机除粉。北方天气寒冷、干旱、水资源缺乏地区，应多采用干法人工砂石料生产工艺。
 
        优良的机制砂生产工艺、合理的设备选择是生产机制砂质量的保 证，决定了机制砂混凝土的性能，是配置优良机制砂混凝土的保证。通过机制砂生产工艺流程中矿山母岩的技术要求、振动给料筛的技术要求、物料几种破碎方法及 其机理、常用破碎机、制砂机、除粉设备的性能特点的综合分析，为制备出级配优良的机制砂，应选取合格的母岩，根据母岩情况调整振动给料筛尺寸，粗碎宜采用 颚式破碎机，中碎宜采用反击式破碎机，制砂机宜采用立式冲击式破碎机，除粉宜采用干法分级机除粉，如采用湿法除粉推荐采用轮式洗砂机。

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