金屬礦山廢石尾礦干式制砂難題及解決措施

郝志剛

（長沙深湘通用機器有限公司）

近年來，城市及基礎建設需要大量的建筑用砂，原來主要依靠天然河砂，但隨著天然河砂資源的枯竭和環境保護的日趨加強，建筑用砂已長期處于供不應求的狀態。目前，國家15 個部委已發文鼓勵金屬礦山企業積極利用廢石尾礦加工制備砂石，這對于金屬礦山資源的綜合利用和新的產業發展是極好的發展機遇［1-5］。但目前在利用廢石尾礦干式制備機制砂時遇到了諸多難題，嚴重影響了企業的產業發展和經濟效益。

1 金屬礦山廢石尾礦干式制砂存在的難題

金屬礦山廢石尾礦生產機制砂一般采用0～5 mm 或0～10 mm 的小顆粒，在傳統機制砂行業中一般稱該種顆粒為石屑。但采用金屬礦山廢石尾礦進行干式制備機制砂存在兩個難題。

（1）利用含泥、含粉和含水高的石屑難以生產合格的機制砂。由于石屑含泥、含粉和含水高，如不能盡可能多的除去泥和粉，將致使機制砂質量不達標。當石屑中含水高時，又進一步增加了去泥、去粉的難度。傳統機制砂裝備一般采用篩分機、選粉機或抽粉裝置等分離設備去除泥和粉，這對含泥、含水高的石屑來說，很難或根本無法處理。另外，傳統裝備一般采用沖擊破碎，對于細小并帶有大量粉末的石屑來說，其沖擊力太小，對于石屑針片狀的外形改變較少。粒形不佳和粒級分布改變不大的石屑機制砂的售價較低。

（2）利用硬質巖難以生產合格的機制砂。硬質巖一般是指花崗巖、石英、鵝卵石等，同時包括抗壓強度高和硬度大的金屬礦山廢石及尾礦。采用硬質巖干式生產機制砂，一是其硬度大，致使細粒破碎機的磨損很大，從而難于正常使用；二是硬質巖的抗壓強度大，難于破碎，產量很低。同時，利用硬質巖生產出來的機制砂質量較低，其粒級分布不合理，且粒形以針片狀為主。

2 解決措施

（1）對于含泥、含粉和含水高的石屑單純依靠傳統的選粉機、負壓吸粉裝置等裝備無法獲得質量合格的機制砂。該種石屑必須依靠石屑間和石屑與設備間產生的反復多次地沖擊、碰撞和摩擦，并在多次碾壓和搓揉后，才能將各種賦存狀態的泥變成單獨的泥粉，并利用分選精度較高的分選機將其中的泥粉分離出來。這樣才能獲得粒形好，且粒級分布合理的優質機制砂。對于石屑顆粒較小無法獲得有效破碎的問題，通過選擇合適的破碎機即可解決。

（2）對于硬度高和抗壓強度高的石屑，要解決破碎機磨損大和產量小的問題，應選擇耐磨性高，且對小顆粒破碎性好的破碎機來處理。

3 深湘機制砂裝備

長沙深湘通用機器有限公司研發的高效干式清洗砂石機、柱磨機、高效多級選砂機不但適用于軟質巖（石灰石）的碎石制砂，而且適用于硬質巖的碎石制砂，且均可生產出優質機制砂。

3.1 高效干式砂石清洗機

高效干式砂石清洗機（圖1）采用高速氣體進行干式洗滌去除砂石中含有的泥和粉，不使用任何清洗水。其工作原理是將含有一定水分、泥和粉的石屑給入高效干式清洗砂石機，在機內被分散的石屑受到高速氣體劇烈地沖刷和沖擊，石屑顆粒間發生互相擦洗和碰撞，從而使絕大部分的泥和粉從砂粒中被清洗和剝離出來，分離后的泥和粉被大量氣體帶出機外由收塵裝置收集；被大致清洗后的石屑繼續在機中被粉碎，在粉碎過程中殘余的泥土顆粒受到劇烈地刮擦與剝離，利用高速氣體對多級選砂機中的砂和泥粉再一次進行清洗和分離。

3.2 柱磨機

柱磨機因具有高耐磨特征，是機制砂生產中應用范圍最廣的粉碎機。柱磨機（圖2）是一種立式輥壓粉碎機，采用連續反復料層輥壓的粉碎原理，含泥高的石屑、廢石或尾礦給入機內后，在加壓的輥輪和立式環錐形襯板間受到從上至下的反復輥壓、反復搓揉，可使各種賦存狀況的泥土變為粉末，并使針片狀顆粒被改變為近多邊立方體，同時新產生的細粉很少。粉碎后石屑的泥粉被剝離，粒型好，粒級分布合理，一次出機的成品率高（一般為70%以上）且磨損極低（對于石灰石物料的易損件壽命可達3 a）。

3.3 高效多級選砂機

傳統的篩分機在生產機制砂時，一般存在分離效率較低（40%～60%）、易堵塞、粉塵和噪音大、篩網更換頻率高等問題。高效多級選砂機（圖3）可用于粗細砂石的有效分離，其分離效率無論物料的粗細均可達80%～90%，即使物料含有一定的水分也能正常分離；其控粉能力強，一般可將機制砂的含粉量控制在2%以內；同時帶有部分清洗功能，利用高速高壓氣體對破碎后的物料進行再次的沖擊、摩擦和沖刷等，使部分仍未分離的泥粉再一次被清洗，并分選出合格的機制砂成品。由于高效多級選砂機機內無篩板并加裝有超耐磨材料，其易損件壽命極長，一般使用5 a 以上也無須更換；另外由于物料是在密閉的機內和管道內運行，工作時無粉塵產生，且噪音較低。

3.4 小型工業試驗制砂樓

小型工業試驗制砂樓（圖4）配置了整套制砂設備，系統制備能力為2～10 t/h，該套裝置可連續生產運行，可將各種物料制備成優質的機制砂。其生產工藝和設備可根據物料的不同和用戶要求，進行多種工藝和制砂設備的變換，可用于各種石屑或固體廢棄物、各種軟硬質巖碎石的機制砂制備可行性工業試驗研究。

利用小型工業試驗制砂樓進行工業試驗后，可獲得采用不同型號制砂設備生產機制砂的產量、質量指標、機制砂噸電耗指標、易損件磨損壽命周期、機制砂成品率或成砂率等生產數據。其中質量指標包括機制砂的粒形、粒級分布數據及分布曲線、亞甲藍數據，以及與標準河砂同等配比情況下混凝土的抗壓強度的對比值的大小，可為投資者和生產商提前評估項目的真實經濟效益、投資回報率和可行性，以保證投資。

小型工業試驗制砂樓的特點：①可將各種石屑、軟質巖、硬質巖的碎石制備成優質機制砂，在混凝土同等配比條件下，比優質河砂的抗壓強度高20%～30%；②生產出的機制砂粒型好，其粒級分布達到國家標準中較理想的分布曲線，質量高于優質河砂，售價高；③實際產量高，實際產能可達傳統設備的200%左右；④選砂機的分選精度高，新產生的細粉極少（一般為2%～5%），采用石屑或細粒的廢石及尾礦制砂的成砂率一般為80%～90%（傳統設備一般為40%～60%）；采用碎石制砂的成砂率一般可達100%（傳統設備的成砂率一般為80%左右）；⑤節能降耗性能優越，比傳統裝備節電40%左右，主機易損件消耗節省50%以上；⑥系統中的核心主機柱磨機對金屬礦石具備獨有的單體解離效果，因此對金屬礦山的廢石及尾礦制成的機制砂進行選礦處理可獲得高品位的粗精礦。

4 設備應用案例

4.1 陜西某砂石公司石屑機制砂項目

陜西某砂石公司利用白云巖生產砂石骨料500萬t/a，其中石屑制砂產能要求350 t/h。白云巖抗壓強度平均為110 MPa，石屑細度模數為3.5 左右，亞甲藍值為4～6，細粉含量平均為14%，含水率≤4%。

該公司購入一套生產能力為350 t/h 的深湘機制砂樓，投入運行后，石屑處理能力最大為400 t/h，合格機制砂產量最大為350 t/h，亞甲藍值為0.8～1，細度模數為2.4～2.6，機制砂的石粉含量為6%（干篩，其石粉含量最低可控制為1%），機制砂成砂率為89%，系統生產新生細粉含量＜3%。陜西某砂石公司石屑與機制砂對比見表1。

由表1可知，石屑制砂樓生產出來的精品機制砂完全符合國標二區的曲線要求；亞甲藍系數由原來的4～6 降低到了0.8，完全符合機制砂國標二區對亞甲藍系數≤1.4 的要求；細度模數由原來的3.5 降低到了2.57，完全符合機制砂國標二區對細度模數（2.3～3.0）的要求。

4.2 湖北某砂石公司石屑機制砂工業試驗項目

湖北某砂石公司利用石灰石石屑生產機制，產量為180 t/h，石屑原料亞甲藍值約為4，石粉含量約為16%，水份含量最大為4%。項目運行后產量達標，機制砂的亞甲藍值為1～1.3，石粉含量約為6%。

2018 年1 月4 日，該公司對石屑制砂樓進行驗收，在成品皮帶上隨機取樣3kg，按照標準篩分流程篩分，篩分結果見表2。

注：亞甲藍系數為1，細度模數為2.8。

由表2可知，隨機樣品篩分測試的亞甲藍值為1，細度模數為2.8，滿足合同要求；測試的粒度曲線分布完全符合機制砂國標二區要求。

5 結語

（1）金屬礦山利用廢石尾礦石屑（0～5 mm或0～10 mm）采用傳統機制砂設備生產機制砂，主要存在采用高含泥、含粉和含水石屑難以生產合格機制砂和采用硬質巖難以生產合格機制砂的難題。長沙深湘通用機器有限公司研發的高效干式砂石清洗機、柱磨機、高效多級選砂機在利用廢石尾礦生產機制砂方面具有獨特的優勢，可利用高含泥、含粉和含水石屑或硬質巖生產出優質機制砂。

（2）小型工業試驗制砂樓可進行多種工藝和制砂設備的變換，可用于各種石屑或固體廢棄物、各種軟硬質巖碎石的機制砂制備可行性工業試驗研究，可為投資者選擇最佳的機制砂制備工藝及設備，為企業的投資創效提供可靠保證。