石粉回收设备在马鞍山人工砂石加工系统中的应用

毕荣君，沈国毓

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 概述

混凝土工程施工在水利水电建设工程中占有重要地位，特别是以混凝土大坝为主体的枢纽工程，各种费用约占工程总投资的50%～70%。在对混凝土工程施工管理要求越来越高的情况下，对混凝土质量要求也在逐渐增加，混凝土骨料质量，尤其是细骨料质量也就成为重中之重。由于水利水电混凝土工程对细骨料的要求很严，要求具有稳定的质量、高强度、良好级配和粒型，而能满足其要求的天然砂数量越来越少，甚至没有。因此，寻找新的砂料迫在眉睫。2002年2月1日起实施的国标GB/T 14684—2001《建筑用砂》首次增加了人工砂种类[1]，最新的水工规范DL/T 5144—2001也对人工砂进行了详细要求。人工砂作为新的砂源，因质量稳定，性能优异，在混凝土生产中更容易控制，已经在水电建设行业中广泛应用。

根据水工规范DL/T 5144—2001对人工砂品质要求，石粉含量成为重要一项。人工砂石粉是指小于0.16mm的颗粒[2]。经过许多工程试验研究和实际应用证明，石粉含量为6%～18%时，不仅可改善混凝土和易性、抗分离性，还可提高混凝土抗压强度和抗渗能力，同时还能降低人工砂生产成本。

目前国内人工砂主要生产方式为湿法生产，而湿法生产存在石粉流失大、成品砂的石粉含量低的难题。石粉的高效回收，就可以成功解决这一难题。本文以重庆马鞍山人工砂石加工系统的石粉回收为工程原型，对石粉回收设备在人工砂石加工系统中的应用提出一些浅见。

2 工程简介

草街航电枢纽中马鞍山人工砂石加工系统位于嘉陵江左岸草街镇，场内布置1套700 t/h加工能力的骨料破碎、筛分系统。主要承担草街水电站船闸、厂房、5孔冲沙闸等部位混凝土所需骨料的生产任务，工程混凝土量180万m3，需碎石297万t，砂121万t，其中砂料细度模数要求2．4～2．8，石粉含量要求 12%～17%。

2.1 石粉回收设备选型及工艺

马鞍山人工砂石加工系统采用湿法生产，相应的加工过程中就存在着随水流失的细颗粒，主要成分为石屑和石粉。石粉回收的主要目的是最大限度地回收废水中的石屑和石粉，用于回掺细骨料，提高成品砂的质量，具有显著的经济价值，同时为下一阶段废水处理降低了细颗粒含量，减少了后续处理工程量，相应的减少了设备投入[3]。

2.2 细砂回收设备选型

目前，人工制砂工艺正日趋成熟，细砂及石粉回收的方法多种多样，有沉淀池沉淀回收法，刮砂机刮砂回收法，旋流器浓缩配以高频脱水筛脱水回收法等。沉淀池沉淀回收法工艺比较简单，回收的产品异类物质较多，质量难以保证；刮砂机刮砂回收法设备简单，投资少，但是，回收产品颗粒较粗，细颗粒及石粉相对较少，回收量小。旋流器浓缩配以高频脱水筛脱水回收法是近年来才应用的一种较新型的石粉回收方法，该套组合设备回收石粉量大，可达到15～50 t/h，回收的产品颗粒级配组成较好，含水率低，最小达20%，石粉添加可与系统生产同步进行，不需要另设堆料场地，车间结构紧凑，占地面积小，但是设备投入费用较高，能耗较大。

由于马鞍山砂石加工系统设计成品砂料生产能力为197 t/h，且成品砂的石粉含量较低，其中制砂车间生产砂的石粉含量为6．3%，棒磨机车间砂的石粉含量为14．1%。根据砂的质量控制技术标准，石粉含量控制范围为12%～17%，系统尚缺4.5%～9.5%的石粉，需在第三筛分、棒磨机车间排放的尾水中回收。经计算，系统需要补充9～18.7 t/h的石粉。

根据以上分析比较，由于马鞍山砂石加工系统的生产规模大，细骨料的生产量高，需用回收掺入的石粉量也大。因此，必须采用较先进的石粉回收设备与工艺，才能保证石粉的回收与掺入。据此，马鞍山砂石系统最初设计采用美国德瑞克公司生产的2E48-120W-4A型石粉回收装置。该套设备处理能力为25～30 t/h。其工作原理为：料浆池内的料浆由砂泵供给水砂分离旋流器，浓缩后，供给真空脱水筛脱水分级；脱水筛上最终产品满足含水量小于10%的要求。

2.3 石粉回收设备存在问题

经过一段时间的生产运行发现， 2E48-120W-4A型石粉回收装置生产情况并不理想，没有达到设计生产能力。由于德瑞克公司生产的2E48-120W-4A型石粉回收装置受到来料量、浆液浓度、来料颗粒等诸多因素的影响，使石粉回收控制环节较为复杂，系统运行时必须精细管理，否则石粉回收效果将大打折扣。

2.4 石粉回收改造及工艺

为了提高石粉产量，达到人工砂品质要求，结合马鞍山砂石加工系统生产规模、工艺流程及平面布置的特点，在系统后期改造过程中，经过仔细研究，在系统中新增了2座链式刮砂池，采用两种设备联合生产的方法，以达到合理的石粉回收工艺。

从第三筛分、棒磨机车间螺旋洗砂机溢流的尾水，夹带着大量的≤5 mm颗粒汇流至石粉回收车间，尾水首先经过2台链条式刮砂机。链条式刮砂机又名石粉回收装置，其工作原理是将尾水由进料口向槽体给料，细砂在槽体中产生沉淀，通过刮板装置刮动物料向排料口运动，杂质随流水经排水口排出，从而实现物料的除杂和脱水，石粉得以回收利用。尾水在经过刮砂机的第1道回收后，再通过管道流入2E48-120W-4A型石粉回收装置再进行第2道石粉回收工艺。

3 设备回收效果

尾水在经过上述2道石粉回收处理后，尾水中石粉含量大幅减少，尾水中颗粒含量减少80%以上，石粉回掺后，成品砂细度模数也大幅改善。石粉回收处理前后尾水颗粒含量对比见表1，马鞍山砂石加工系统石粉回收设备运行前后砂子细度模数对比试验见表2。

表1 石粉回收处理前后尾水颗粒含量对比表Table 1 Contrastof the tailwater particle contentbefore and after powder recovery

表2 石粉回收设备运行前后砂子细度模数对比试验记录Table 2 Contrast testdata of sand finenessmodulusbefore and after theoperation of powder recovery equipment

4 石粉回收设备的应用体会

4.1 链条式刮砂机

链条式刮砂机对设备自身的安装调整要求较高，其安装质量直接关系到石粉的回收质量与产量。在系统调试过程中，经过多次对该设备的调整及反复摸索，为该套设备在砂石系统中使用积累了不少经验。

1）链条式刮砂机沉砂池坡度设计不易太陡，刮砂机脱水坡度太陡，刮起的石粉容易流失，不利于石粉回收。

2）链条式刮砂机待制砂系统停机后，刮砂机还需延长近2 h的运行时间（因沉砂和泥浆经沉淀后易板结，使刮砂机的刮板被埋没），否则容易造成刮砂机再次生产时无法启动。

3）尾水的含泥砂量大小直接影响链条式刮砂机的产量，因此可以在沉砂池中适量加入絮凝剂药液，加速细砂的沉淀，以提高设备回收效率。

链条式刮砂机在马鞍山砂石系统的应用是比较成功的，无论是回收产品的颗粒组成，还是产品的含水率都比较理想。刮砂机板块数多，刮板的移动速度慢，对尾水扰动小，有利于泥砂沉淀，并且设备中无重型结构部件及支撑件，设备能源消耗低。

4.2 德瑞克石粉回收设备

德瑞克石粉回收设备在初期的生产过程中并没有达到预期的生产效果，石粉回收控制环节较为复杂，回收产量达不到设计要求。该设备在后期经过不断摸索与总结，基本熟悉掌握了该设备的运行特性，获得了一些成功的使用经验。

4.3 来料浆液量

由于进渣浆泵的浆液量的波动对石粉回收效果的影响较大，因此系统中与石粉回收水力旋流器组配套设备为3台泥渣提升泵（2台运行，1台备用）。在系统进行石粉回收时，2台旋流器投入使用，渣浆泵需供浆液为300 m3/h，若来浆量达不到此要求，渣浆泵在运行时将产生真空现象。当浆液量不能满足渣浆泵的运行参数时，无论来料浓度高低，石粉回收效果是达不到设计要求的。

4.4 浆液浓度

由于浆液浓度的高低取决于尾水集流的浆源，而马鞍山砂石加工系统中可利用浆源为第三筛分、制砂车间及棒磨机车间排放的尾水。通过实验检测，当排浆沟槽的浆液浓度达11%以上时可以回收到石粉，在浆液浓度达15%以上时石粉回收设备可达到较满意的回收效果。通过长期的实验表明，一般情况下，浆液浓度越低，小于0.08 mm粒径石粉含量越高、成品石粉含水量也越高。浆液浓度越高，小于0.08 mm粒径石粉含量越低，成品石粉含水量也越低。

4.5 浆液粒度

马鞍山砂石系统由于尾水先通过链式刮砂机进行了一道细砂回收过程，从而较好地避免了旋流器出口堵塞问题。

5 结语

通过近4 a的生产运行，证明马鞍山石粉回收设备改造后在马鞍山砂石系统的应用是比较成功的，回收效果理想，回收的产品级配好，产量高、含水率低，设备检修及配件更换量少，经济效益明显，回收石粉量平均25 t/h，最高可达40 t/h，不仅提高了砂骨料质量，也节约了大量生产成本，而且环境污染小，现场文明生产形象好，回收的产品级配较好，改善了成品砂料的级配组成，保证了砂料的细度模数及石粉含量的要求。

[1]GB/T 14684—2001，建筑用砂[S].GB/T 14684—2001,Sand forbuilding[S].

[2]DL/T 5144—2001，水工混凝土施工规范[S].DL/T 5144—2001,Specifications for hydraulic concrete construction[S].

[3] 王永祥，王明清.大朝山水电站人工砂石料系统的石粉回收[J].水利发电，2001（12）：53-54，60.WANG Yong-xiang,WANG Ming-qing.The powder recovery of the artificial aggregate system of Dachaoshan Hydropower Station[J].Water power,2001(12):53-54,60.