绿色矿山的干法制砂工艺分析

代青龙

（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100）

0 引言

中国砂石骨料年消耗量超过200亿吨，是建筑、道路、桥梁、水力等基础设施主要原材料。砂石工业由粗放式发展逐步转向绿色发展方向[1]。当前河砂限采，机制砂石需求旺盛，由于大型矿山开采量大，所以环境影响较大。为此，同时满足矿石资源开采和兼顾环境保护，发展绿色矿山势在必行。随着绿色矿山建设由“试点探索”阶段转入“全面推进”阶段，从中央到各省市相继发布了绿色矿山建设规划[2]。目前，我国绿色矿山存在区位布局不协调、评价体系不健全等问题，通过政府监管等多种方式正逐步提高绿色矿山的数量和质量[3]。绿色矿山建设是我国实现经济发展方式转变、推进生态文明建设的迫切需要[4]。在绿色矿山建设样板工程方面，运用先进的环保技术打造“长九样本”，实践推广干法制砂工艺，实现生态保护与经济发展的协调平衡发展[5]。

1 干法制砂工艺的国内外研究现状

日本寿技研V7砂石加工系统的工艺原理是采取空气筛分与负压除尘收粉，V7干法制砂工艺非常成熟，早已成为日本制砂主流工艺[6]。随着我国引进德国制砂技术，德国Barmac（巴马克）作为一种新型的立轴冲击式制砂破碎设备，广泛应用于各种软硬岩石制砂工艺中。在小湾孔雀沟砂石加工系统中，使用巴马克干法制砂设备，推广巴马克干法制砂工艺，制砂效果良好[7]。

上世纪我国主要采用湿法制砂工艺。随着环保要求的提高，干法制砂工艺逐步成为水利工程施工的重要技术手段[8]。国外大型水利工程早已推广干法制砂生产，近年来我国部分水力工程也采用这种先进生产工艺[9]。锦屏水电站工程制砂料源主要采用大理岩，由于锦屏工程大理岩抗压强度较低，软化系数大，锤击易成粉的特性，该工程制砂工艺主要采用了全干法制砂工艺，即立轴制砂机+选粉机制砂工艺，成功解决了锦屏工程机制砂级配差和石粉含量高的问题。该工艺相比湿法工艺用水量大幅度降低，不需修建污水处理设施，不排放大量废水[10]。在贵州省水电工程中，人工制砂技术实践应用较多，工艺差异性也大[11]。根据《建设砂石开采准入条件》和《关于促进机制砂石行业发展指导意见》，到2020年，有条件的城市均应建立本地区稳定的砂石供应基地，分别创建10个国家性示范砂石基地和10个国家级绿色砂石矿山[12]。绿色矿山干法制砂工艺在近年中应用逐渐普及，干法制砂工艺在国内外都无统一定义的标准工艺流程。

2 干法制砂工艺的差异性分析

近年来，机制砂生产线主流布置有楼式和平面式两种。图1-图5介绍了楼式干法制砂工艺并分析工艺差异性。

图1 干法制砂工艺一

1）从制砂机在楼站安装位置分为楼顶和地面布置。

图1表示制砂机安装在主楼上，主楼钢结构要求高，一般只布置1台制砂机，主流厂家有日本寿技研、南方路机、铁建重工、上海世邦等。

图2 干法制砂工艺二

图3 干法制砂工艺三

图4 干法制砂工艺四

图5 干法制砂工艺五

图2表示制砂机布置安装在地面上，不影响主楼钢结构，方便布置1台或2台制砂机，主流厂家有中联重科、郑州一帆、成智重工、上海安姆普客等。

2）从选粉机在楼站安装位置分为原料选粉和成品料选粉工艺布置，在产量较大且采用选粉工艺时，一般将制砂机布置在地面上。

图3表示选粉机布置在制砂机进料位置，先选粉再破碎制砂，主流厂家有郑州一帆、江苏山宝等。图4表示选粉机布置在制砂机出料位置，先破碎和筛分再选粉出砂，主流应用单位有中联水泥等。图5表示选粉机布置在制砂机出料位置，无振动筛分工序，利用选粉机进行除粉和出砂，主流厂家有江苏吉能达等。

3 干法制砂工艺生产效果的影响因素

选择合理的设备配置和布设，采用合适的干法制砂工艺流程，全面地考虑各种因素，才能够确保制砂生产系统的稳定、高效[13]。通过两种制砂工艺和三种母岩岩性对比分析，才能够找到机制砂质量的工艺影响因素[14]。研究了不同生产工艺机制砂对混凝土坍落度、抗压强度等主要指标的影响，干法制砂工艺机制砂配制的混凝土性能优于普通工艺[15]。因为干法制砂工艺存在着差异性，所以在应用该工艺技术生产机制砂时会出现质量、产量等结果指标的不同。

通过经验总结，影响干法制砂工艺生产效果的主要因素有以下方面：

1）原料工况。从岩石特性抗压强度考虑是软岩还是硬岩，设计工艺和设备选型；从原料含水率大小考虑，含水率低于2%的原料才适合干法制砂工艺。

2）工艺设计。研究工法才能够设计出比较合理的工艺，一般干法工艺的进料条件要求相对苛刻，粒径要求偏小，含水率较低。一般粒径处于0-15mm范围比较合适，如果粒径达到0-50mm，则会增大返回处理量，降低产量，增大磨损。

3）技术指标。细度模数、含粉量、MB值等质量指标符合国家或行业标准。

4）设备布置。布置分为楼式（楼站式或塔楼式）和平面式。

5）设备选型。是否选用选粉机除粉，选用圆振筛、直线筛、椭圆筛等筛分设备，选择制砂机“石打铁”“石打石”模式适应软岩、硬岩，以及考虑关键设备性能参数。

6）核心技术。从除粉技术、耐磨技术、级配调节技术、智能控制技术和环保技术等方面考虑优化制砂工艺。

4 干法制砂工艺应用实例分析

安徽神山矿山是典型的绿色矿山，拥有灰岩矿总量约19亿吨，抗压强度均值为64.9MPa，项目一期生产线时产约5000吨。由于该矿山周围缺水，所以项目采取干法制砂工艺，将原料0-7mm石屑经过制砂设备处理成机制砂和石粉。由于矿区雨季时间较多，矿山溜井内石料含水多，经过筛分后的石屑并非完全干态，导致混合石屑实际含水率偏高时平均达到3%～4%，因此这会影响干法制砂生产效果，甚至会影响机制砂亚甲蓝、含粉量等指标。

在原料含水量大、干湿混合的工况情况下，现场制砂设备采取了如图1和图3所示的两种干法制砂工艺来适应实际生产情况。

工艺生产效果各有特点，图1工艺生产的机制砂细度模数偏小，石粉级配偏小，由于无预选粉，所以除尘系统的除粉处理能力要求大；而图3工艺生产的机制砂细度模数偏大，石粉级配偏大，由于选粉机预先除粉，所以除尘系统的除粉处理能力要求小。因此，即使同样类别的原料，也可以采取不一样的干法制砂工艺，只是侧重生产效果不同而已。

5 总结

在绿色发展理念的指导下，开采绿色矿山，应用干法制砂工艺，最大程度地实现经济效益和环境保护的双赢效果。在国内外，干法制砂工艺无标准化流程，以楼式机制砂生产线为对象，重点分析了该工艺差异性及特点。本文总结分析了干法制砂工艺生产效果的影响因素，并通过应用案例分析了干法制砂工艺生产应用差异特点，在建设绿色矿山方面为应用干法制砂工艺技术提供了实践经验和相关指导。