綠色礦山的機制砂生產工藝分析

代青龍

中國鐵建重工集團股份有限公司

1 機制砂生產工藝的國內外研究現狀

近幾年，國內天然砂開采量受限，機制砂逐漸成為替代品滿足建設用砂需求，其發展已引起政府部門高度重視。在大力倡導綠色發展理念下，推廣機制砂應用的呼聲已上升到2018年兩會提案，同濟大學張雄教授提交了《關于促進機制砂生態環保產業健康發展的建議》，該提案期望完善機制砂行業標準，建立綠色建材評估體系，出臺鼓勵發展機制砂市場的政策。從目前地方政策來看，已有貴州、湖南、安徽等省部門提出了綠色礦山建設發展規劃。自然資源部以促進資源合理利用、節能減排、保護生態環境和礦地和諧為主要目標，發布了DZ/T 0316—2018《砂石行業綠色礦山建設規范》?？偟膩碚f，新政策有利于發展機制砂產業，推動生產機制砂走綠色發展之路。

在國外，日本政府從2006年起全面禁止了海沙的開采，機制砂已成為主要工程建設原材料。日本擁有先進的制砂工藝技術，尤其壽技研公司制砂設備質量優良。在機制砂生產工藝中，國外標準對機制砂石粉含量及粒徑的界定存在差異。石粉粒徑界定方面：美國、日本、澳大利亞等國石粉界定粒徑為0.075mm，英國、法國等國則為0.063mm；石粉含量方面：美國標準規定石粉含量最高限值為5%～7%；日本則為7%；澳大利亞則為25%;英國則為15%；法國則12%～18%，可見各國標準差異較大。

2 機制砂生產工藝的比較分析

2.1 常見機制砂生產工藝

當前，各地紛紛規劃綠色礦山產業項目，生產砂石500t/h～3000t/h的大產量項目越來越多，機制砂工藝中已不可避免要環保。機制砂生產工藝流程多種多樣，不管規模多大，其基本生產流程一般可分為以下幾個階段:原料→粗碎→中碎→粗篩→細碎→細篩→機制砂。

近年來，在機制砂的生產過程中，由于石料本身有一定的含土量和偏濕，使得機制砂中含有泥粉，進而影響亞甲藍（MB 值）指標。目前，機制砂生產工藝常見有濕法制砂工藝（圖1）和干法制砂工藝（圖2）兩類，這兩種方法都是用于去除機制砂中石粉和泥粉，使得機制砂質量指標滿足國家標準。

圖1 濕法制砂工藝流程圖

圖2 干法制砂工藝流程圖

2.2 濕法工藝與干法工藝的對比分析

2.2.1 工藝相同點

兩種生產工藝方法是相似的，都需要先破碎后篩分。兩者的主要生產設備是基本相同的，即以粗破碎機、細破碎機和高效制砂機、篩分機為主體設備。兩者的生產目的也是相同的，都是為了生產機制砂符合工程用砂的使用要求。不管采用那種機制砂工藝路線，生產出的成品機制砂都應該符合國家標準或行業標準，例如GB/T 14684—2011《建筑用砂》、GB/T 14685—2001《建筑用卵石、碎石》、TB 10424—2010《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》等。綠色礦山建設，推動環保發展，不論哪種機制砂工藝都要考慮環保設施和環保指標達標。

2.2.2 工藝不同點

（1）工作原理不同。濕法制砂是應用洗砂機的水洗制砂模式，借助水力方式除粉，通過水洗大量去除砂粒中泥粉含量，實現機制砂含粉量較低。干法制砂是采用除塵箱負壓除粉、或選粉機正壓除粉或兩者相結合方式，借助風力方式除粉，通過風力達到砂粉高效分離，最終選出品質優良的建筑用砂，粉塵也會被收集作為副產品。

（2）適用場合不同。濕法制砂適用于多水地區，距離水源地較近的地方。濕法制砂可以建立沉淀池和采用壓濾設備凈化污水，來達到零排放和水資源循環利用的目的。同時也可以配置細砂回收設備，來收集污水中的細砂。干法制砂適用在嚴重缺水的地區，不用大量消耗水就可利用設備自身除粉設備來除粉。

（3）原料含水不同。濕法制砂工藝對原料含水情況基本沒特殊要求，而干法制砂工藝對原料含水情況要求很高，原料含水越小，越有利于發揮干法制砂工藝優勢，尤其是原料含水率低于2%時。

（4）生產成本不同。濕法制砂工藝消耗大量水，1t砂石料需耗水約2m3～3.5m3。相比濕法而言，干法制砂生產成本會相對較低，但投資成本較大。干法制砂借助風力方式高效分離砂粉，生產過程中不需要加大量水清洗，也不用藥劑絮凝處理污水。

（5）發展階段不同。推廣干法制砂技術明顯晚于濕法制砂技術發展，是在傳統濕法制砂出產線的基礎上進一步發展的新技術。這種干法技術相比于濕法制砂而言，在砂子除粉的過程中不需要大量用水，主要利用風力方式的作用來除粉。

2.2.3 比較工藝優劣勢

到底選擇濕法制砂還是干法制砂，取決于所處的地區和水資源情況、原料含水量情況，機制砂石粉含量、投資和成本考慮的具體要求，應依據自身生產情況綜合考慮選擇工藝（見表1）。

表1

3 機制砂工藝應用實例分析

安徽神山灰巖礦位于安徽省池州市西南方向約37km處，離長江有較一段距離，礦山周圍缺水，所以礦石加工系統采取干法生產模式。采用露天開采方式，礦山原料運輸采取溜井內部平混凝土與公路外部運輸的聯合方式。開采礦種為水泥用灰巖，總量約19億噸，一期生產能力為3500萬噸/年，一期生產線時產約5000t。礦石自然類型主要為泥晶灰巖，抗壓強度均值為64.9MPa，礦石硬度f系數為8～12，密度為2.68g/cm3。神山礦石加工生產線的干法工藝流程如圖3 所示，該流程中將所有7mm 以內的石屑都經過干法制砂樓處理成機制砂和石粉，干法制砂樓是制砂核心設備。

圖3 礦山生產線干法工藝流程

在選擇干法制砂工藝時，重點考慮了礦山現場水源嚴重缺乏情況。在應用干法制砂工藝時，由于現場雨季時間較多，所以經過篩分后的石屑并非完全干態，導致石屑實際含水率平均達到3%～4%，這就無法滿足感法制砂工藝要求含水率低于2%使用條件，因此這會影響干法制砂效果，甚至會影響機制砂亞甲藍、含粉量等指標?？梢?，并非所有因素都是最佳情況后才會選擇干法制砂工藝。

面對日益嚴苛的環保政策，該神山礦石加工生產線在環保設施方面投資較大，皮帶機輸送全封閉，半成品車間安裝了霧炮，篩分車間安裝了云塵封，制砂樓采取負壓方式除粉除塵，可知，發展機制砂工藝也全面適應環?；l展趨勢。

4 總結與展望

適應綠色礦山發展形勢，濕法工藝和干法工藝各有優劣和適用場合，無法相互替代，因地制宜，都要朝向環?；较虬l展?？偟膩碚f，發展機制砂工藝的主要優勢有：（1）礦山料源來源廣泛，大批量化生產，機制砂成品質量相對穩定。（2）獲得良好的級配、可控的細度模數、以及優質粒形。（3）替代部分天然砂石，減輕天然砂開采力度和降低消耗量，保護母親河流。（4）開發大型礦山和重復利用隧道洞渣等資源大量生產機制砂，環保設施不可少，有利于環境保護。