骨料精加工系統(tǒng)的應(yīng)用及其核心技術(shù)的分析

彭建良，蘇志切，周而勤，史國成

（1. 漳州路橋翔通建材有限公司，福建 漳州 363006；2. 上海金路創(chuàng)展工程機(jī)械有限公司，上海 201201）

0 引言

目前作為預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的重要一環(huán)——骨料的供應(yīng)和質(zhì)量問題已日漸突出，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的蓬勃發(fā)展：首先，作為不可再生資源——天然砂隨著大規(guī)模的開采已日益枯竭，許多地方政府已頒布禁令，嚴(yán)禁開采；全國范圍的缺砂，砂價不穩(wěn)、質(zhì)量波動大等問題已經(jīng)成為常見的問題。其次，碎石加工環(huán)節(jié)，多數(shù)礦山是個體小規(guī)模經(jīng)營，生產(chǎn)工藝技術(shù)落后，供應(yīng)的碎石針片狀含量高（20%以上）、粒形差，用于大流態(tài)商品混凝土?xí)r和易性不佳、易泌水、不易泵送，也容易出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不合格和裂縫等質(zhì)量問題，給預(yù)拌混凝土生產(chǎn)帶來嚴(yán)重困擾。

怎樣有效地解決這個問題呢？預(yù)拌混凝土企業(yè)不妨換一個新的思路：大家都知道具有良好的粒形和級配的碎石（稱之為精品碎石），可以配制高性能的混凝土；而優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂，具有提高混凝土性能和降低水泥用量的優(yōu)點(diǎn)。那么商混站能否通過對那些令人頭痛的普通碎石進(jìn)行再加工，獲得質(zhì)量穩(wěn)定的精品碎石和優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂，這既解決了碎石質(zhì)量問題，也解決了天然河砂的匱乏問題，一舉兩得，何樂不為？基于這種思路，經(jīng)過長期的研究和實(shí)踐，筆者從骨料精加工系統(tǒng)的工藝選擇及其四個核心技術(shù)進(jìn)行探討分析，認(rèn)為應(yīng)該引進(jìn)骨料精加工系統(tǒng)來改造攪拌站骨料上料系統(tǒng)，一次性解決攪拌站骨料上料工藝和控制骨料質(zhì)量的問題，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高泵送效率、提高混凝土質(zhì)量的目的。

1 骨料精加工系統(tǒng)的工藝選擇

混凝土碎石的加工除巖石本身的材質(zhì)因素外，對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的因素突出表現(xiàn)在粒形和顆粒級配兩個方面。在同等材質(zhì)原料的情況下，不同的破碎設(shè)備產(chǎn)出的碎石，粒形和級配都不同。精品碎石的加工流程設(shè)計，需要結(jié)合設(shè)備的性能，和對碎石的質(zhì)量要求。混凝土攪拌站場地一般都較小，進(jìn)行碎石加工，需要實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，不能出現(xiàn)尾礦；混凝土的生產(chǎn)同時需要碎石和砂，碎石加工的生產(chǎn)線應(yīng)該能同時得到這兩種產(chǎn)品；預(yù)拌混凝土攪拌站一般在城區(qū)，或者距離居民區(qū)較近，加工骨料的生產(chǎn)線需要考慮對周圍環(huán)境的影響。因此適合混凝土攪拌站使用要求的骨料精加工系統(tǒng)，應(yīng)該滿足以下幾個具體要求：

1）生產(chǎn)線能夠同時生產(chǎn)出精品碎石和優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂，做到砂石聯(lián)產(chǎn)；

2）砂和石子的比例應(yīng)該可以調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)；

3）石子和砂的級配也可以調(diào)節(jié)；

4）生產(chǎn)線運(yùn)行時對周圍的環(huán)境影響最小。

事實(shí)上，現(xiàn)在許多混凝土攪拌站對機(jī)制砂的使用都有了很好的經(jīng)驗，這種機(jī)制砂的生產(chǎn)也大都是在礦山上以濕法生產(chǎn)為主，即通過水洗的方式來處理碎石加工所產(chǎn)生的細(xì)石粉難題。一般能做到1）和3）項要求，但就是2）和4）項要求很難做到。顯然，這種工藝不適宜在攪拌站骨料上料系統(tǒng)，因為處理不好均衡生產(chǎn)和環(huán)保的問題。這就需要生產(chǎn)線具有均衡生產(chǎn)的能力，而且需要采用干法生產(chǎn)工藝解決環(huán)保問題。干法工藝可以將細(xì)石粉從砂粉中分離出來，用粉罐收集儲存，只有這樣，才符合攪拌站的環(huán)保問題。

筆者提出了以下的具有砂石聯(lián)產(chǎn)、均衡生產(chǎn)和解決環(huán)保問題的生產(chǎn)破碎工藝流程模型：

該工藝流程模型具有以下的優(yōu)點(diǎn)：布局緊湊，可直接建在攪拌站內(nèi)；級配可調(diào)，精品石料、機(jī)制砂，自產(chǎn)自用，質(zhì)量穩(wěn)定，再不用為原材料質(zhì)量差、不穩(wěn)定的問題頭痛；自動控制，可以和攪拌設(shè)備的聯(lián)動控制，實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，不產(chǎn)生尾礦；環(huán)保，充分考慮了噪聲、大氣、固體廢棄物的影響，系統(tǒng)可以實(shí)行零污染、零排放。

2 骨料精加工系統(tǒng)核心技術(shù)分析

2.1 針片狀含量控制技術(shù)

大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，低針片狀含量（≤5%）精品碎石的主要生產(chǎn)設(shè)備是以沖擊破碎模式為主要工作原理的破碎設(shè)備。作為非固定礦山取材的混凝土企業(yè)，必須面對不斷變化的原材料。在做碎石精加工的時候，需要選擇適應(yīng)性廣的破碎設(shè)備。立軸沖擊破碎機(jī)對原料的適應(yīng)性最廣，產(chǎn)品粒形以近似方圓形立方多面體等優(yōu)良粒形為主。系統(tǒng)設(shè)計主機(jī)采用巴馬克原理制造，具有整形和制砂功能的立軸沖擊破碎機(jī)。

立軸沖擊破碎機(jī)由渦動破碎腔、進(jìn)料分料裝置、轉(zhuǎn)子、驅(qū)動裝置、機(jī)架等組成。石料通過可調(diào)節(jié)的給料裝置，分為中心料流和瀑落料流，中心料流進(jìn)入高速回轉(zhuǎn)（線速度50～85m/s）的轉(zhuǎn)子中心，石子在轉(zhuǎn)子中被加速后受離心力作用高速拋出，與另一部分以瀑落方式分流進(jìn)料的石子，在轉(zhuǎn)子周圍相碰擊而產(chǎn)生 “石打石”破碎，石料在相碰撞后，會在破碎腔內(nèi)再次作回彈的回流運(yùn)動，而形成多次“石打石”破碎（見圖2）。破碎過程,能量在物料顆粒之間傳遞,使激烈的沖擊運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬睾偷哪Σ吝\(yùn)動。物料在多次、多方位的碰撞中，將容易折斷的石子棱角切削、打磨掉，形成形態(tài)相對穩(wěn)定的方圓粒形。

2.2 生產(chǎn)均衡和顆粒級配調(diào)整技術(shù)

主機(jī)選擇了立軸沖擊式破碎機(jī)，需要對設(shè)備的產(chǎn)品粒度曲線進(jìn)行一些分析。通常采用典型粒度特性曲線，該曲線是由大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平均統(tǒng)計出來的（見圖3）。對比立軸沖擊式破碎機(jī)的典型粒徑曲線，和按照規(guī)范繪制的碎石級配曲線（見圖4），可以發(fā)現(xiàn)5～16mm粒徑范圍內(nèi)的碎石超出級配區(qū)域。而大量的實(shí)際調(diào)查也可以發(fā)現(xiàn)，碎石廠的尾礦主要成分為“山皮”、“石粉”（5mm以下的石屑）、5～16mm小碎石等，其中5～16mm碎石在尾礦中占有極高的比例。因此在設(shè)計精品碎石的生產(chǎn)流程中，篩除多余的5～16mm碎石是一個很重要的環(huán)節(jié)。

骨料精加工系統(tǒng)設(shè)計中，在篩分設(shè)備5～16mm出料區(qū)間設(shè)置可變流量調(diào)節(jié)裝置。通過對碎石流量的調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)線上即可進(jìn)行摻配，使系統(tǒng)一次生產(chǎn)出符合混凝土原料要求的連續(xù)級配的碎石，建立初步的生產(chǎn)流程模型 （見圖5）。該流程的建立，可以生產(chǎn)5～25mm或者5～31.5mm的連續(xù)級配碎石，同時能得到一定比例的機(jī)制砂。

初步設(shè)計的生產(chǎn)流程生產(chǎn)的機(jī)制砂會存在一些問題：立軸沖擊破碎機(jī)的一個共性是開路生產(chǎn)出的砂中大于2.5mm粗顆粒和小于0.315mm的細(xì)顆粒含量偏高，細(xì)度模數(shù)過大，砂級配多數(shù)在三區(qū)，這一點(diǎn)可以通過對立軸沖擊破的典型粒度曲線（見圖3）和合格的機(jī)制砂粒度曲線（見圖6）進(jìn)行對照分析。如只用篩分系統(tǒng)來調(diào)節(jié)成品砂的細(xì)度模數(shù)，則可能出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：粗顆粒篩出過多，則產(chǎn)砂率下降、細(xì)度模數(shù)越小、石粉含量就越高；反之，粗顆粒篩出少，則產(chǎn)砂率高、細(xì)度模數(shù)越大、石粉含量越低。因此，如何找到產(chǎn)砂率、石粉含量和細(xì)度模數(shù)之間的平衡點(diǎn)，是一次篩分成形干法制砂工藝的主要難點(diǎn)。

分析初步生產(chǎn)流程的兩個問題：（1）生產(chǎn)的精品碎石5～16mm小碎石會超量，產(chǎn)生棄石；（2）生產(chǎn)的機(jī)制砂級配不良，0.315～2.5mm區(qū)間顆粒含量不足。兩個問題可以簡化為如何把5～16mm碎石加工成2.5mm以下顆粒的問題。將16mm以下顆粒加工成2.5mm以下顆粒，屬于細(xì)碎加工。因此選擇采用靜壓破碎理論，生產(chǎn)細(xì)粒產(chǎn)品的級配調(diào)整機(jī)。級配調(diào)整機(jī)，通過雙輥之間的擠壓將石料直接破碎，通過調(diào)整排料口的尺寸（本系統(tǒng)可以調(diào)整成2.5mm）控制產(chǎn)品粒度。級配調(diào)整機(jī)是一種采用雙輥靜壓模式工作的破碎機(jī)，它的破碎機(jī)構(gòu)是一對互相平行、水平安裝在機(jī)架上的光面圓柱形輥?zhàn)印ｋp輥工作相向旋轉(zhuǎn)，物料通過給料裝置，均勻落在轉(zhuǎn)輥的上面，物料在輥?zhàn)颖砻婺Σ亮Φ淖饔孟拢怀哆M(jìn)轉(zhuǎn)輥之間，受到輥?zhàn)拥臄D壓而破碎。破碎后的物料被轉(zhuǎn)輥推出，向下卸落。因此，破碎機(jī)是連續(xù)操作的，且有強(qiáng)制卸料的作用，不易堵料（見圖7）。雙輥之間的間隙可以調(diào)節(jié)（即排料口尺寸）。

級配調(diào)整機(jī)具有一次獲得所需粒度砂的巨大優(yōu)勢，存在的問題是：產(chǎn)品的顆粒粒形不佳，針片狀含量會超標(biāo)。要獲得優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂，就需要對這部分砂再進(jìn)行一次整形加工，在系統(tǒng)的設(shè)計中，可以將這部分砂通過輸送帶返回到立軸沖擊破碎機(jī)中，利用沖擊破碎機(jī)的整形功能對這部分砂進(jìn)行整形。最后和其他原料一起混合后從排料口排出，進(jìn)入篩分設(shè)備篩分。這樣就可以將初步生產(chǎn)流程模型，完善為具有砂石聯(lián)產(chǎn)均衡生產(chǎn)能力的生產(chǎn)流程模型（見圖8）。

2.3 機(jī)制砂含粉量的控制技術(shù)

破碎加工過程的完善，已經(jīng)可以獲得精品碎石和機(jī)制砂，但是機(jī)制砂要達(dá)到現(xiàn)行國家的標(biāo)準(zhǔn)還需要做一些后繼的處理。以加工石灰?guī)r為例，經(jīng)大量實(shí)測砂中<0.075mm的石粉，當(dāng)細(xì)度模數(shù)大于3時，石粉含量在17%左右 ；當(dāng)細(xì)度模數(shù)小于2.8時，石粉含量在20%左右。這樣的石粉含量和目前的國家規(guī)范不符合，需要分離出去。系統(tǒng)采用干法生產(chǎn)，適合采用以空氣為介質(zhì)的干法分離設(shè)備，因此采用具有含粉量調(diào)節(jié)功能的砂石粉分離機(jī)，對機(jī)制砂中超標(biāo)的石粉進(jìn)行分離。

砂石粉分離機(jī)，是一種利用空氣作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)顆粒分級或者不同比重物質(zhì)分離的設(shè)備。它主要由風(fēng)機(jī)、分選室、集塵錐筒、進(jìn)風(fēng)管、出風(fēng)管、回風(fēng)管、調(diào)節(jié)閥等部件組成（見圖9）。分選室是一個用鋼板制成的圓柱形外殼。在分選室內(nèi)部，有小風(fēng)葉和撒料盤等撒料裝置，小風(fēng)葉和撒料盤一起固定在垂直軸上。由電動機(jī)經(jīng)過膠帶傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，在分級室中形成強(qiáng)大的離心力。進(jìn)入到分選室中的砂石粉混合物在離心力的作用下，大或重的顆粒受離心作用力大，故被甩至分選室四周邊緣，并不再受離心力的影響，自然下落，便被收集下來，之后作為粗粉經(jīng)粗粉管排出；小或輕的物料受離心力作用小，在分選室內(nèi)部懸停，受氣流影響被帶至高處，順管道運(yùn)動到集塵錐筒內(nèi)被收集。機(jī)制砂經(jīng)過石粉分離處理，含粉量達(dá)到規(guī)范指標(biāo)，即為合格產(chǎn)品。

2.4 機(jī)制砂含水控制技術(shù)

干法生產(chǎn)系統(tǒng)獲得的機(jī)制砂幾乎不含水，如果用于制作干混砂漿可以不經(jīng)過烘干直接進(jìn)行生產(chǎn)，這是一個巨大的優(yōu)勢。用于制作混凝土的時候，采用干砂生產(chǎn)，為了使混凝土達(dá)到適當(dāng)?shù)墓ぷ餍阅埽瑫霈F(xiàn)需水量增加、減水劑增加的現(xiàn)象，不利于成本控制和生產(chǎn)技術(shù)控制。用于生產(chǎn)混凝土的砂，最佳狀態(tài)是飽和面干狀態(tài)，最佳含水率4%左右。因此對砂進(jìn)行加濕，使砂達(dá)到最佳含水率。加濕技術(shù)的關(guān)鍵是均勻加水?dāng)嚢瑁到y(tǒng)選擇在成品砂的末端出料環(huán)節(jié)設(shè)置具有均勻加水功能的拌濕機(jī)，使進(jìn)入到料倉的成品機(jī)制砂達(dá)到飽和面干狀態(tài)。

拌濕機(jī)由供料、筒體輸料、混合轉(zhuǎn)動加濕、減速器等四部分組成，并配以專用減速機(jī)和供水系統(tǒng)。設(shè)備整體固定在底座上，筒體由底座和支架支撐，通過減速裝置，整機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，筒體作高頻振動，使砂粉均勻摻和，并隨筒體轉(zhuǎn)動，達(dá)到控制供水恒濕運(yùn)行的目的。

3 環(huán)境問題治理措施

在攪拌站改造碎石精加工系統(tǒng)，對周圍環(huán)境會產(chǎn)生重大的影響，主要有三個方面：揚(yáng)塵對大氣環(huán)境的污染；噪聲對周圍環(huán)境的污染；系統(tǒng)收集的固體廢棄物。因此，需要采取措施進(jìn)行處理。

3.1 大氣環(huán)境的影響處理

干法生產(chǎn)線，揚(yáng)塵是一個無法回避的問題。一般情況下?lián)P塵粒徑分布中0.02～0.25μm占80%，幾乎100%的揚(yáng)塵均為可吸入顆粒物，可經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體肺部危害人體身心健康，影響周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量。按照本系統(tǒng)零排放的環(huán)境設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，除塵方法適合采用過濾收集的方式，設(shè)備選用脈沖袋式除塵器。該類除塵器技術(shù)先進(jìn)，除塵效率高，排放濃度完全可以滿足＜50mg/nm3的要求。設(shè)備占地面積小，對于老線改造特別有利，是砂石料加工過程揚(yáng)塵收集的首選除塵設(shè)備。

脈沖袋式除塵器的氣體凈化方式為外濾式，含塵氣體由分風(fēng)管進(jìn)入各單元過濾室并通過設(shè)備于灰斗中的煙氣導(dǎo)流裝置；氣流通過適當(dāng)導(dǎo)流和自然流向分布，達(dá)到整個過濾室內(nèi)氣流分布均勻；含塵氣體中的顆粒粉塵通過自然沉降分離后直接落入灰斗、其余粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下，隨氣流進(jìn)入中箱體過濾區(qū)，吸附在濾袋外表面。過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體由排風(fēng)管排出。濾袋外表面的粉塵清除后，落入灰斗中的粉塵經(jīng)由卸灰閥排出后，由輸灰系統(tǒng)輸出，集中進(jìn)入到儲存系統(tǒng)中。

3.2 噪聲的影響處理

骨料精加工系統(tǒng)噪聲主要包括氣體流動過程中產(chǎn)生的空氣動力學(xué)噪聲，物料輸送過程中撞擊的噪音、電機(jī)機(jī)殼受激振動輻射的噪聲和機(jī)座因振動激勵的噪聲等組成。據(jù)以往經(jīng)驗，單機(jī)噪聲級達(dá)72 dB以上，骨料精加工系統(tǒng)內(nèi)多臺設(shè)備（立軸沖擊破、級配調(diào)整機(jī)和振動篩）總噪聲可達(dá)90dB以上。

控制噪聲傳播途徑的核心，是利用聲波在傳播中自然衰減的作用去縮小噪聲的污染面。具體措施有以下幾種：吸聲、隔聲及改變噪聲傳播方向。基于這些降噪原理的分析，生產(chǎn)線的設(shè)計中，立軸沖擊破、級配調(diào)整機(jī)和振動篩可以選擇具有減震裝置，低噪音的驅(qū)動設(shè)備。在投資預(yù)算比較充足的情況下，可以給系統(tǒng)中噪聲比較大的設(shè)備安裝隔聲罩，或者將設(shè)備安置在室內(nèi)。根據(jù)具體的環(huán)境，結(jié)合降噪的幾種措施，進(jìn)行噪聲的治理。

3.3 回收粉塵的再利用

揚(yáng)塵治理回收的粉塵和從機(jī)制砂中分離出來的石粉，是整個生產(chǎn)線中唯一的副產(chǎn)品。和礦山生產(chǎn)碎石的副產(chǎn)品石粉（其實(shí)是石屑）不同，本設(shè)計中系統(tǒng)的副產(chǎn)品是平均粒度<0.075mm的粉體。根據(jù)加工原材料材質(zhì)的不同，粉體的用途極為廣泛。幾乎所有種類的巖石加工產(chǎn)生的粉體，在加氣混凝土、免燒磚、人造石等建材生產(chǎn)領(lǐng)域，都是重要的原料；如果是含鈣量較高的石灰?guī)r類原料產(chǎn)生的粉體，可以用來作為火電行業(yè)的脫硫劑使用，也可作為瀝青混凝土的鈣質(zhì)礦粉使用；而在混凝土領(lǐng)域，石粉作為填料替代部分粉煤灰，超細(xì)石灰石粉在混凝土中的應(yīng)用等新技術(shù)的研究如火如荼，有大量的技術(shù)文獻(xiàn)可以參考。

4 結(jié)語

預(yù)拌混凝土攪拌站應(yīng)該從以前購買碎石和河砂兩個環(huán)節(jié)改變?yōu)閱我毁徺I碎石環(huán)節(jié)。該碎石質(zhì)量并不嚴(yán)格要求，通過骨料精加工系統(tǒng)進(jìn)行加工，經(jīng)過多道規(guī)格的篩分獲得質(zhì)量優(yōu)良和穩(wěn)定的砂石，直接通過膠帶輸送機(jī)送到攪拌樓空中料倉，與水泥等膠凝材料、水、外加劑等一起經(jīng)過嚴(yán)格計量和攪拌，形成質(zhì)量穩(wěn)定的混凝土拌合物。如果實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想，無疑將為這一行業(yè)節(jié)省管理控制環(huán)節(jié)、節(jié)省成本、提高質(zhì)量、提高效率帶來福音。

本文探討的骨料精加工系統(tǒng)，可以毫無疑問地說適用在混凝土攪拌站骨料上料系統(tǒng)的改造，或者取而代之。該系統(tǒng)設(shè)備占地面積小，原材料儲存不需要像傳統(tǒng)攪拌站一樣設(shè)置多個不同規(guī)格的砂石料倉，料倉單一，減少傳統(tǒng)攪拌站利用高低差或者挖地三尺來設(shè)置骨料上料系統(tǒng)，采用自動化與攪拌樓實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制，布局緊湊，自產(chǎn)自用，級配可調(diào)，實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零污染、零排放。

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