金属矿山废石尾矿干式制砂难题及解决措施

郝志刚

（长沙深湘通用机器有限公司）

近年来，城市及基础建设需要大量的建筑用砂，原来主要依靠天然河砂，但随着天然河砂资源的枯竭和环境保护的日趋加强，建筑用砂已长期处于供不应求的状态。目前，国家15 个部委已发文鼓励金属矿山企业积极利用废石尾矿加工制备砂石，这对于金属矿山资源的综合利用和新的产业发展是极好的发展机遇［1-5］。但目前在利用废石尾矿干式制备机制砂时遇到了诸多难题，严重影响了企业的产业发展和经济效益。

1 金属矿山废石尾矿干式制砂存在的难题

金属矿山废石尾矿生产机制砂一般采用0～5 mm 或0～10 mm 的小颗粒，在传统机制砂行业中一般称该种颗粒为石屑。但采用金属矿山废石尾矿进行干式制备机制砂存在两个难题。

（1）利用含泥、含粉和含水高的石屑难以生产合格的机制砂。由于石屑含泥、含粉和含水高，如不能尽可能多的除去泥和粉，将致使机制砂质量不达标。当石屑中含水高时，又进一步增加了去泥、去粉的难度。传统机制砂装备一般采用筛分机、选粉机或抽粉装置等分离设备去除泥和粉，这对含泥、含水高的石屑来说，很难或根本无法处理。另外，传统装备一般采用冲击破碎，对于细小并带有大量粉末的石屑来说，其冲击力太小，对于石屑针片状的外形改变较少。粒形不佳和粒级分布改变不大的石屑机制砂的售价较低。

（2）利用硬质岩难以生产合格的机制砂。硬质岩一般是指花岗岩、石英、鹅卵石等，同时包括抗压强度高和硬度大的金属矿山废石及尾矿。采用硬质岩干式生产机制砂，一是其硬度大，致使细粒破碎机的磨损很大，从而难于正常使用；二是硬质岩的抗压强度大，难于破碎，产量很低。同时，利用硬质岩生产出来的机制砂质量较低，其粒级分布不合理，且粒形以针片状为主。

2 解决措施

（1）对于含泥、含粉和含水高的石屑单纯依靠传统的选粉机、负压吸粉装置等装备无法获得质量合格的机制砂。该种石屑必须依靠石屑间和石屑与设备间产生的反复多次地冲击、碰撞和摩擦，并在多次碾压和搓揉后，才能将各种赋存状态的泥变成单独的泥粉，并利用分选精度较高的分选机将其中的泥粉分离出来。这样才能获得粒形好，且粒级分布合理的优质机制砂。对于石屑颗粒较小无法获得有效破碎的问题，通过选择合适的破碎机即可解决。

（2）对于硬度高和抗压强度高的石屑，要解决破碎机磨损大和产量小的问题，应选择耐磨性高，且对小颗粒破碎性好的破碎机来处理。

3 深湘机制砂装备

长沙深湘通用机器有限公司研发的高效干式清洗砂石机、柱磨机、高效多级选砂机不但适用于软质岩（石灰石）的碎石制砂，而且适用于硬质岩的碎石制砂，且均可生产出优质机制砂。

3.1 高效干式砂石清洗机

高效干式砂石清洗机（图1）采用高速气体进行干式洗涤去除砂石中含有的泥和粉，不使用任何清洗水。其工作原理是将含有一定水分、泥和粉的石屑给入高效干式清洗砂石机，在机内被分散的石屑受到高速气体剧烈地冲刷和冲击，石屑颗粒间发生互相擦洗和碰撞，从而使绝大部分的泥和粉从砂粒中被清洗和剥离出来，分离后的泥和粉被大量气体带出机外由收尘装置收集；被大致清洗后的石屑继续在机中被粉碎，在粉碎过程中残余的泥土颗粒受到剧烈地刮擦与剥离，利用高速气体对多级选砂机中的砂和泥粉再一次进行清洗和分离。

3.2 柱磨机

柱磨机因具有高耐磨特征，是机制砂生产中应用范围最广的粉碎机。柱磨机（图2）是一种立式辊压粉碎机，采用连续反复料层辊压的粉碎原理，含泥高的石屑、废石或尾矿给入机内后，在加压的辊轮和立式环锥形衬板间受到从上至下的反复辊压、反复搓揉，可使各种赋存状况的泥土变为粉末，并使针片状颗粒被改变为近多边立方体，同时新产生的细粉很少。粉碎后石屑的泥粉被剥离，粒型好，粒级分布合理，一次出机的成品率高（一般为70%以上）且磨损极低（对于石灰石物料的易损件寿命可达3 a）。

3.3 高效多级选砂机

传统的筛分机在生产机制砂时，一般存在分离效率较低（40%～60%）、易堵塞、粉尘和噪音大、筛网更换频率高等问题。高效多级选砂机（图3）可用于粗细砂石的有效分离，其分离效率无论物料的粗细均可达80%～90%，即使物料含有一定的水分也能正常分离；其控粉能力强，一般可将机制砂的含粉量控制在2%以内；同时带有部分清洗功能，利用高速高压气体对破碎后的物料进行再次的冲击、摩擦和冲刷等，使部分仍未分离的泥粉再一次被清洗，并分选出合格的机制砂成品。由于高效多级选砂机机内无筛板并加装有超耐磨材料，其易损件寿命极长，一般使用5 a 以上也无须更换；另外由于物料是在密闭的机内和管道内运行，工作时无粉尘产生，且噪音较低。

3.4 小型工业试验制砂楼

小型工业试验制砂楼（图4）配置了整套制砂设备，系统制备能力为2～10 t/h，该套装置可连续生产运行，可将各种物料制备成优质的机制砂。其生产工艺和设备可根据物料的不同和用户要求，进行多种工艺和制砂设备的变换，可用于各种石屑或固体废弃物、各种软硬质岩碎石的机制砂制备可行性工业试验研究。

利用小型工业试验制砂楼进行工业试验后，可获得采用不同型号制砂设备生产机制砂的产量、质量指标、机制砂吨电耗指标、易损件磨损寿命周期、机制砂成品率或成砂率等生产数据。其中质量指标包括机制砂的粒形、粒级分布数据及分布曲线、亚甲蓝数据，以及与标准河砂同等配比情况下混凝土的抗压强度的对比值的大小，可为投资者和生产商提前评估项目的真实经济效益、投资回报率和可行性，以保证投资。

小型工业试验制砂楼的特点：①可将各种石屑、软质岩、硬质岩的碎石制备成优质机制砂，在混凝土同等配比条件下，比优质河砂的抗压强度高20%～30%；②生产出的机制砂粒型好，其粒级分布达到国家标准中较理想的分布曲线，质量高于优质河砂，售价高；③实际产量高，实际产能可达传统设备的200%左右；④选砂机的分选精度高，新产生的细粉极少（一般为2%～5%），采用石屑或细粒的废石及尾矿制砂的成砂率一般为80%～90%（传统设备一般为40%～60%）；采用碎石制砂的成砂率一般可达100%（传统设备的成砂率一般为80%左右）；⑤节能降耗性能优越，比传统装备节电40%左右，主机易损件消耗节省50%以上；⑥系统中的核心主机柱磨机对金属矿石具备独有的单体解离效果，因此对金属矿山的废石及尾矿制成的机制砂进行选矿处理可获得高品位的粗精矿。

4 设备应用案例

4.1 陕西某砂石公司石屑机制砂项目

陕西某砂石公司利用白云岩生产砂石骨料500万t/a，其中石屑制砂产能要求350 t/h。白云岩抗压强度平均为110 MPa，石屑细度模数为3.5 左右，亚甲蓝值为4～6，细粉含量平均为14%，含水率≤4%。

该公司购入一套生产能力为350 t/h 的深湘机制砂楼，投入运行后，石屑处理能力最大为400 t/h，合格机制砂产量最大为350 t/h，亚甲蓝值为0.8～1，细度模数为2.4～2.6，机制砂的石粉含量为6%（干筛，其石粉含量最低可控制为1%），机制砂成砂率为89%，系统生产新生细粉含量＜3%。陕西某砂石公司石屑与机制砂对比见表1。

由表1可知，石屑制砂楼生产出来的精品机制砂完全符合国标二区的曲线要求；亚甲蓝系数由原来的4～6 降低到了0.8，完全符合机制砂国标二区对亚甲蓝系数≤1.4 的要求；细度模数由原来的3.5 降低到了2.57，完全符合机制砂国标二区对细度模数（2.3～3.0）的要求。

4.2 湖北某砂石公司石屑机制砂工业试验项目

湖北某砂石公司利用石灰石石屑生产机制，产量为180 t/h，石屑原料亚甲蓝值约为4，石粉含量约为16%，水份含量最大为4%。项目运行后产量达标，机制砂的亚甲蓝值为1～1.3，石粉含量约为6%。

2018 年1 月4 日，该公司对石屑制砂楼进行验收，在成品皮带上随机取样3kg，按照标准筛分流程筛分，筛分结果见表2。

注：亚甲蓝系数为1，细度模数为2.8。

由表2可知，随机样品筛分测试的亚甲蓝值为1，细度模数为2.8，满足合同要求；测试的粒度曲线分布完全符合机制砂国标二区要求。

5 结语

（1）金属矿山利用废石尾矿石屑（0～5 mm或0～10 mm）采用传统机制砂设备生产机制砂，主要存在采用高含泥、含粉和含水石屑难以生产合格机制砂和采用硬质岩难以生产合格机制砂的难题。长沙深湘通用机器有限公司研发的高效干式砂石清洗机、柱磨机、高效多级选砂机在利用废石尾矿生产机制砂方面具有独特的优势，可利用高含泥、含粉和含水石屑或硬质岩生产出优质机制砂。

（2）小型工业试验制砂楼可进行多种工艺和制砂设备的变换，可用于各种石屑或固体废弃物、各种软硬质岩碎石的机制砂制备可行性工业试验研究，可为投资者选择最佳的机制砂制备工艺及设备，为企业的投资创效提供可靠保证。