绿色矿山的机制砂生产工艺分析

代青龙

中国铁建重工集团股份有限公司

1 机制砂生产工艺的国内外研究现状

近几年，国内天然砂开采量受限，机制砂逐渐成为替代品满足建设用砂需求，其发展已引起政府部门高度重视。在大力倡导绿色发展理念下，推广机制砂应用的呼声已上升到2018年两会提案，同济大学张雄教授提交了《关于促进机制砂生态环保产业健康发展的建议》，该提案期望完善机制砂行业标准，建立绿色建材评估体系，出台鼓励发展机制砂市场的政策。从目前地方政策来看，已有贵州、湖南、安徽等省部门提出了绿色矿山建设发展规划。自然资源部以促进资源合理利用、节能减排、保护生态环境和矿地和谐为主要目标，发布了DZ/T 0316—2018《砂石行业绿色矿山建设规范》。总的来说，新政策有利于发展机制砂产业，推动生产机制砂走绿色发展之路。

在国外，日本政府从2006年起全面禁止了海沙的开采，机制砂已成为主要工程建设原材料。日本拥有先进的制砂工艺技术，尤其寿技研公司制砂设备质量优良。在机制砂生产工艺中，国外标准对机制砂石粉含量及粒径的界定存在差异。石粉粒径界定方面：美国、日本、澳大利亚等国石粉界定粒径为0.075mm，英国、法国等国则为0.063mm；石粉含量方面：美国标准规定石粉含量最高限值为5%～7%；日本则为7%；澳大利亚则为25%;英国则为15%；法国则12%～18%，可见各国标准差异较大。

2 机制砂生产工艺的比较分析

2.1 常见机制砂生产工艺

当前，各地纷纷规划绿色矿山产业项目，生产砂石500t/h～3000t/h的大产量项目越来越多，机制砂工艺中已不可避免要环保。机制砂生产工艺流程多种多样，不管规模多大，其基本生产流程一般可分为以下几个阶段:原料→粗碎→中碎→粗筛→细碎→细筛→机制砂。

近年来，在机制砂的生产过程中，由于石料本身有一定的含土量和偏湿，使得机制砂中含有泥粉，进而影响亚甲蓝（MB 值）指标。目前，机制砂生产工艺常见有湿法制砂工艺（图1）和干法制砂工艺（图2）两类，这两种方法都是用于去除机制砂中石粉和泥粉，使得机制砂质量指标满足国家标准。

图1 湿法制砂工艺流程图

图2 干法制砂工艺流程图

2.2 湿法工艺与干法工艺的对比分析

2.2.1 工艺相同点

两种生产工艺方法是相似的，都需要先破碎后筛分。两者的主要生产设备是基本相同的，即以粗破碎机、细破碎机和高效制砂机、筛分机为主体设备。两者的生产目的也是相同的，都是为了生产机制砂符合工程用砂的使用要求。不管采用那种机制砂工艺路线，生产出的成品机制砂都应该符合国家标准或行业标准，例如GB/T 14684—2011《建筑用砂》、GB/T 14685—2001《建筑用卵石、碎石》、TB 10424—2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》等。绿色矿山建设，推动环保发展，不论哪种机制砂工艺都要考虑环保设施和环保指标达标。

2.2.2 工艺不同点

（1）工作原理不同。湿法制砂是应用洗砂机的水洗制砂模式，借助水力方式除粉，通过水洗大量去除砂粒中泥粉含量，实现机制砂含粉量较低。干法制砂是采用除尘箱负压除粉、或选粉机正压除粉或两者相结合方式，借助风力方式除粉，通过风力达到砂粉高效分离，最终选出品质优良的建筑用砂，粉尘也会被收集作为副产品。

（2）适用场合不同。湿法制砂适用于多水地区，距离水源地较近的地方。湿法制砂可以建立沉淀池和采用压滤设备净化污水，来达到零排放和水资源循环利用的目的。同时也可以配置细砂回收设备，来收集污水中的细砂。干法制砂适用在严重缺水的地区，不用大量消耗水就可利用设备自身除粉设备来除粉。

（3）原料含水不同。湿法制砂工艺对原料含水情况基本没特殊要求，而干法制砂工艺对原料含水情况要求很高，原料含水越小，越有利于发挥干法制砂工艺优势，尤其是原料含水率低于2%时。

（4）生产成本不同。湿法制砂工艺消耗大量水，1t砂石料需耗水约2m3～3.5m3。相比湿法而言，干法制砂生产成本会相对较低，但投资成本较大。干法制砂借助风力方式高效分离砂粉，生产过程中不需要加大量水清洗，也不用药剂絮凝处理污水。

（5）发展阶段不同。推广干法制砂技术明显晚于湿法制砂技术发展，是在传统湿法制砂出产线的基础上进一步发展的新技术。这种干法技术相比于湿法制砂而言，在砂子除粉的过程中不需要大量用水，主要利用风力方式的作用来除粉。

2.2.3 比较工艺优劣势

到底选择湿法制砂还是干法制砂，取决于所处的地区和水资源情况、原料含水量情况，机制砂石粉含量、投资和成本考虑的具体要求，应依据自身生产情况综合考虑选择工艺（见表1）。

表1

3 机制砂工艺应用实例分析

安徽神山灰岩矿位于安徽省池州市西南方向约37km处，离长江有较一段距离，矿山周围缺水，所以矿石加工系统采取干法生产模式。采用露天开采方式，矿山原料运输采取溜井内部平混凝土与公路外部运输的联合方式。开采矿种为水泥用灰岩，总量约19亿吨，一期生产能力为3500万吨/年，一期生产线时产约5000t。矿石自然类型主要为泥晶灰岩，抗压强度均值为64.9MPa，矿石硬度f系数为8～12，密度为2.68g/cm3。神山矿石加工生产线的干法工艺流程如图3 所示，该流程中将所有7mm 以内的石屑都经过干法制砂楼处理成机制砂和石粉，干法制砂楼是制砂核心设备。

图3 矿山生产线干法工艺流程

在选择干法制砂工艺时，重点考虑了矿山现场水源严重缺乏情况。在应用干法制砂工艺时，由于现场雨季时间较多，所以经过筛分后的石屑并非完全干态，导致石屑实际含水率平均达到3%～4%，这就无法满足感法制砂工艺要求含水率低于2%使用条件，因此这会影响干法制砂效果，甚至会影响机制砂亚甲蓝、含粉量等指标。可见，并非所有因素都是最佳情况后才会选择干法制砂工艺。

面对日益严苛的环保政策，该神山矿石加工生产线在环保设施方面投资较大，皮带机输送全封闭，半成品车间安装了雾炮，筛分车间安装了云尘封，制砂楼采取负压方式除粉除尘，可知，发展机制砂工艺也全面适应环保化发展趋势。

4 总结与展望

适应绿色矿山发展形势，湿法工艺和干法工艺各有优劣和适用场合，无法相互替代，因地制宜，都要朝向环保化方向发展。总的来说，发展机制砂工艺的主要优势有：（1）矿山料源来源广泛，大批量化生产，机制砂成品质量相对稳定。（2）获得良好的级配、可控的细度模数、以及优质粒形。（3）替代部分天然砂石，减轻天然砂开采力度和降低消耗量，保护母亲河流。（4）开发大型矿山和重复利用隧道洞渣等资源大量生产机制砂，环保设施不可少，有利于环境保护。