淺談人工機(jī)制砂生產(chǎn)工藝與設(shè)備選型

時(shí)間：2014-12-18作者：上海巍立路橋設(shè)備有限公司瀏覽：47

作為目前較大宗的建筑材料，混凝土用量的日益增加導(dǎo)致用砂量的日益增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2010年我國(guó)新建各種水泥混凝土工程約40億方，需要細(xì)集料砂約25億t。**砂資源是一種短時(shí)間內(nèi)**、區(qū)域分布很不均的地方資源，隨著基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)的日益發(fā)展和資源的不斷開采，我國(guó)不少地區(qū)的**砂資源已近枯竭、品質(zhì)也日益下降，顆粒級(jí)配不合理。另外，出于防洪和生態(tài)平衡的考慮，國(guó)家已明文禁止 一些河段**砂的采掘，部分地區(qū)現(xiàn)有**砂資源已不能滿足需求，使得河砂資源日漸緊缺，價(jià)格逐漸上漲。因此，很多地區(qū)需要使用機(jī)制砂替代河砂。我國(guó)多年來(lái) 就十分注重機(jī)制砂混凝土的研究，但多關(guān)注機(jī)制砂的特性及機(jī)制砂混凝土的配制和性能，而忽視機(jī)制砂制備技術(shù)、設(shè)備、工藝的研究。特別是公路建設(shè)行業(yè)的點(diǎn)多面 廣，機(jī)制砂生產(chǎn)設(shè)備難以大型化和規(guī)模化，其生產(chǎn)線往往存在設(shè)備選型不合理，生產(chǎn)工藝落后的缺點(diǎn)。這必然導(dǎo)致生產(chǎn)的機(jī)制砂的質(zhì)量大打折扣。因此，優(yōu)良的機(jī)制 砂生產(chǎn)工藝、合理的設(shè)備選擇是現(xiàn)機(jī)制砂行業(yè)亟待解決的問題。
 

 
      1 機(jī)制砂生產(chǎn)工藝
      1． 1 機(jī)制砂生產(chǎn)流程
      機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝流程一般可分為以下幾個(gè)階段: 塊石→粗碎→中碎→細(xì)碎→篩分→除塵→機(jī)制砂。即: 制砂過程是將塊狀巖石，經(jīng)幾次破碎后，制成顆粒小于4．75 mm 的機(jī)制砂。常見工藝流程圖見圖1。機(jī)制砂是由碎石破碎而得到的，因此母巖的化學(xué)成份和礦物組成決定了機(jī)制砂是否含有害物質(zhì)，以及是否存在堿集料反應(yīng)活性; 母巖的強(qiáng)度決定了機(jī)制砂的力學(xué)性能壓碎值。因此，機(jī)制砂生產(chǎn)對(duì)母巖的強(qiáng)度有較高要求，一般要求火成巖不宜小于100 MPa，變質(zhì)巖不宜小于80 MPa，水成巖不宜小于60 MPa。
 
1. 2 機(jī)制砂生產(chǎn)中振動(dòng)給料機(jī)的技術(shù)要求
         一般在機(jī)制砂的生產(chǎn)中振動(dòng)給料機(jī)位于入料倉(cāng)和顎式破碎機(jī)之間，可把塊狀、顆粒狀物料從貯料倉(cāng)中均勻、定時(shí)、連續(xù)地給到受料裝置中去，在砂石生產(chǎn)線中 可為破碎機(jī)械連續(xù)均勻地喂料，并對(duì)物料進(jìn)行粗篩分。根據(jù)設(shè)備性能要求，配置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少物料對(duì)槽體的壓力，一般要求倉(cāng)料的有效排口不得大于槽寬的1 /4，物料的流動(dòng)速度控制在6～18 m/min。對(duì)給料量較大的物料，料倉(cāng)底部排料處應(yīng)設(shè)置足夠高度的攔礦板，但攔礦板不得固定在槽體上。為使料倉(cāng)能順利排出，料倉(cāng)后壁傾角較好設(shè)計(jì)為 55°～65°。
 
        1． 3 機(jī)制砂生產(chǎn)中破碎機(jī)選用原則
        1． 3． 1 破碎方法及原理
        自然界的巖石在破碎機(jī)中能夠粉碎主要克服兩種內(nèi)聚力。雖然目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的破碎機(jī)械類型繁多，但按施加外力的方法不同，物料的常用破碎方式見表1。
表1 各種破碎方法及原理

破碎方法	破碎原理	應(yīng)用破碎機(jī)
擠壓法	物料夾在兩個(gè)工作面之間，由于工作面施加逐漸增大的靜壓力破壞了巖石晶體內(nèi)部的晶體各質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)聚力以及作用于巖石晶體之間和晶體表面的內(nèi)聚力而破碎	顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)及輥式破碎機(jī)等
劈裂法	物料擱在尖棱工作體間受尖棱楔入，整體所受應(yīng)力集中兩個(gè)契點(diǎn)上，物料因拉應(yīng)力破碎
折碎法	利用上下兩相吻合牙鈑，當(dāng)巖石塊在張開的牙鈑中，牙尖逼近巖石時(shí)，所施加的壓力形成三支點(diǎn)的折斷作用，作用力與簡(jiǎn)支梁集中加荷的受力相當(dāng)，巖石承受彎曲作用而折碎。此種折碎法適用于脆性巖石的破碎
磨削法	物料在兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工作面，靠運(yùn)動(dòng)的工作面對(duì)物料摩擦?xí)r所施加的剪切力，或者靠物料彼此之間摩擦?xí)r的剪切作用而使物料破碎	輥式磨機(jī)( 棒磨機(jī)) 、輪輾機(jī)等
沖擊法	物料受瞬間沖擊力作用而破碎。產(chǎn)生沖擊力的原因是運(yùn)動(dòng)的工作體對(duì)物料的沖擊; 高速運(yùn)動(dòng)的物料向固定的工作面沖擊; 高速運(yùn)動(dòng)的工作體向懸空的物料沖擊; 高速運(yùn)動(dòng)的物料體相互沖擊	如錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)及沖擊式破碎機(jī)等

 
       1． 3． 2 破碎機(jī)械的選用原則
       在機(jī)制砂的生產(chǎn)過程中，一般采用三級(jí)破碎工藝，即粗碎、中碎、制砂機(jī)破碎。不同破碎階段選用的破碎機(jī)也不盡相同，在粗碎中較常用的是顎式破碎機(jī)，中碎一般采用反擊式破碎機(jī)，制砂機(jī)械一般以沖擊式破碎居多。各種常用破碎機(jī)性能如表2 所示
表2 常用破碎機(jī)性能

名稱	破碎方法	運(yùn)動(dòng)方式	破碎比	適用范圍	物料種類
顎式破碎機(jī)	壓碎為主	往復(fù)	4 ～ 6，中碎較高達(dá)10 左右	粗碎，中碎	硬質(zhì)、中硬物料
圓錐式破碎機(jī)	壓碎為主	回轉(zhuǎn)	粗碎4 ～ 6; 中、細(xì)碎3 ～ 17	粗碎，中、細(xì)碎	硬質(zhì)、中硬物料
輥式破碎機(jī)	壓碎為主	旋轉(zhuǎn)( 慢速)	3-8	中碎，細(xì)碎	硬質(zhì)、軟質(zhì)物料
錘式破碎機(jī)	沖擊	旋轉(zhuǎn)(快速)	單轉(zhuǎn)子10 ～ 15，雙轉(zhuǎn)子式30 左右	中碎，細(xì)碎	硬質(zhì)、中硬、軟質(zhì)物料
反擊式破碎機(jī)	沖擊	旋轉(zhuǎn)(快速)	10 以上，較高達(dá)40	中碎	中硬物料
沖擊式破碎機(jī)	沖擊	旋轉(zhuǎn)(快速)		細(xì)碎	中硬物料

          1． 3． 3 制砂機(jī)選用原則
          制砂機(jī)械一般采用棒磨機(jī)、反擊式制砂機(jī)或沖擊式制砂機(jī)，三者的性能見表3。
表3 棒磨式制砂機(jī)、反擊式制砂機(jī)和沖擊式制砂機(jī)對(duì)比

名稱	破碎方法	影響因素	成產(chǎn)機(jī)制砂方法	機(jī)制砂特點(diǎn)
棒磨機(jī)	壓碎	/	將某一粒徑碎石經(jīng)過棒磨機(jī)進(jìn)行破碎，經(jīng)過篩分得到機(jī)制砂。	細(xì)度模數(shù)較好，級(jí)配良好，石粉含量偏低
反擊式破碎機(jī)	沖擊	轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、反擊式破碎機(jī)板錘間隙	反擊破制砂即塊石經(jīng)過粗碎和中碎后通過振動(dòng)篩粒徑小于5 mm 的物料，是料廠生產(chǎn)碎石的副產(chǎn)品。	機(jī)制砂級(jí)配良好，各級(jí)含量相對(duì)均勻，級(jí)配曲線平滑，但棱角較多，粒型較差。
沖擊式破碎機(jī)	沖擊	破碎機(jī)轉(zhuǎn)子的線度、物料含水量、給料量、入料粒徑	將某一粒徑碎石經(jīng)過立式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)行破碎，經(jīng)過篩分的到機(jī)制砂。	機(jī)制砂級(jí)配呈“兩頭多，中間少”，粒型呈圓型顆粒狀，粒型較好。

        由表3 可看出棒磨機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂級(jí)配良好，反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂級(jí)配良好但粒型較差，而沖擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂級(jí)配不良但粒型較好。有些人士認(rèn)為應(yīng)采用棒 磨機(jī)，因?yàn)榘裟C(jī)生產(chǎn)過程中磨棒對(duì)石料粉磨有選擇性、逐步粉磨，過磨現(xiàn)象少。但是棒磨機(jī)存在產(chǎn)量低、運(yùn)行成本高、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷，不建議生產(chǎn)中采 用。在實(shí)際生產(chǎn)中建議采用反擊式和沖擊式破碎機(jī)聯(lián)合制砂，可獲得粒型好、機(jī)配好、產(chǎn)量高的機(jī)制砂。
 
        1． 4 振動(dòng)篩對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)的影響
        機(jī)制砂的生產(chǎn)中機(jī)制砂產(chǎn)品級(jí)配的較主要影響因素就是篩分環(huán)節(jié)，其中振動(dòng)篩的篩孔形狀、尺寸及篩面傾斜角大小是影響機(jī)制砂質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù); 機(jī)制砂生產(chǎn)中有較大含量的石粉顆粒，且對(duì)級(jí)配要求較高，不宜選用長(zhǎng)方形和圓形篩孔，一般采用正方形方孔篩。篩孔尺寸的選擇直接影響機(jī)制砂的質(zhì)量和生產(chǎn)量。 上海巍立路橋研究表明，篩網(wǎng)尺寸越大生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)越大，石粉含量越低; 篩網(wǎng)尺寸越小生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)越小而石粉含量越大。一般制砂工藝中推薦篩孔尺寸為3．5～4．5 mm。為物料達(dá)到較好的篩分效率和處理量，根據(jù)振動(dòng)篩廠家的經(jīng)驗(yàn)篩面的傾角出廠一般為20°左右為宜。
 
         1． 5 機(jī)制砂除粉設(shè)備選取
        機(jī)制砂的生產(chǎn)過程中會(huì)有10%～20%的石粉( 75μm 的顆粒) ，適量的石粉可以改善機(jī)制砂混凝土工作性差的缺陷，增大混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度，但石粉含量過高會(huì)影響機(jī)制砂混凝土的性能，所以要對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行除粉。常用的除粉工藝的設(shè)備及其特點(diǎn)見表4。
表4 各種除粉工藝對(duì)比

工藝名稱	設(shè)備名稱	除粉方法	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
干法除粉	干法制砂分級(jí)機(jī)	物料由進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入分級(jí)室，利用轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，將粉體按粒徑大小分開。原料粉體中的粗粒由于受到較大離心力的作用，被轉(zhuǎn)子葉片拋向筒體四周并 沿筒體下滑，在降落過程中又受到二次風(fēng)氣流沖擊，使粗粒中團(tuán)聚的細(xì)粉沖散并再次吹向分級(jí)室，粗粉在重力作用下由下部 排料閥排除。	級(jí)配好、細(xì)度模數(shù)較 低、石粉含量合適、產(chǎn)量高、含水量低; 生產(chǎn)過程用水少、生產(chǎn)場(chǎng)地小、不受季節(jié)影響	對(duì)原料要求高、砂表面感官性差、設(shè)備費(fèi)用高，污染環(huán)境、堆放、運(yùn)輸易造成機(jī)制砂離析
濕法除粉	螺旋式洗砂機(jī)	螺旋洗砂機(jī)是借助于固體粒大小不同，比重不同，在液體中的沉降速度不同的原理，細(xì)礦粒浮游在水中成溢流出，粗礦粒沉于槽底，由螺旋推向上部排出，細(xì)料從溢流管子排出。	結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、 操作方便	機(jī)制砂級(jí)配破壞嚴(yán)重、耗水量大、機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)大
	輪式洗砂機(jī)	砂石由給料槽進(jìn)入洗槽中，在葉輪的帶動(dòng)下翻滾，互相研磨，除去砂石表面的雜質(zhì); 同時(shí)加水，形成水流，將雜質(zhì)及比重小的異物帶走，從溢出口排出。干凈的砂石由葉片帶走，最后砂石從旋轉(zhuǎn)的葉輪倒入出料槽。	洗凈度高，結(jié)構(gòu)合理，處理量大，功率消耗小，洗砂過程中砂子流失少	機(jī)制砂級(jí)配稍有破壞、耗水量大、機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)大

         機(jī)制砂的除粉工藝是機(jī)制砂石粉含量控制的關(guān)鍵，既要機(jī)制砂中粉料含量滿足不同等級(jí)混凝土使用要求，又對(duì)級(jí)配影響較小，建議采用干法制砂分級(jí)機(jī)或輪式洗砂機(jī)除粉。北方天氣寒冷、干旱、水資源缺乏地區(qū)，應(yīng)多采用干法人工砂石料生產(chǎn)工藝。
 
        優(yōu)良的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝、合理的設(shè)備選擇是生產(chǎn)機(jī)制砂質(zhì)量的保 證，決定了機(jī)制砂混凝土的性能，是配置優(yōu)良機(jī)制砂混凝土的保證。通過機(jī)制砂生產(chǎn)工藝流程中礦山母巖的技術(shù)要求、振動(dòng)給料篩的技術(shù)要求、物料幾種破碎方法及 其機(jī)理、常用破碎機(jī)、制砂機(jī)、除粉設(shè)備的性能特點(diǎn)的綜合分析，為制備出級(jí)配優(yōu)良的機(jī)制砂，應(yīng)選取合格的母巖，根據(jù)母巖情況調(diào)整振動(dòng)給料篩尺寸，粗碎宜采用 顎式破碎機(jī)，中碎宜采用反擊式破碎機(jī)，制砂機(jī)宜采用立式?jīng)_擊式破碎機(jī)，除粉宜采用干法分級(jí)機(jī)除粉，如采用濕法除粉推薦采用輪式洗砂機(jī)。

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