1人工砂生产工艺流程及关键设备选型
1 1人工砂加工能力分析
岩门人工砂石加工系统承担大坝工程106 25万m3混凝土浇筑所需的砂石骨料，生产总量虽不大，但大坝混凝土高峰月浇筑强度达14 69万m 3（系统高峰期生产强度较大的有2个月），故各年、月人工砂的生产强度极不均衡。因此，砂石加工系统规模设计是在按高峰月浇筑混凝土强度设计的基础上考虑了一定的不均衡系数。
高峰月混凝土浇筑14 69万m3对应的成品砂石料需要量为Q c= 14 69 2 31= 33 934 （万t/月）式中：系数2 31为每m3混凝土中的砂石料用量。
大坝工程混凝土的综合配比为大石19 56%、中石26 06%、小石19 56%、成品砂34 82% ，故高峰月对成品砂生产能力的需求为Q = 33 934 34 82% = 11 815 8（万t/月）
1 2砂石加工系统工艺及主要设备
砂石骨料加工系统（见1）由粗碎车间、中碎车间、预筛分车间、筛分车间、制砂车间和制砂筛分车间等组成，加工工艺流程设计综合考虑了工程大坝碾压混凝土和常态混凝土所需人工砂石料的各种级配要求，即既要满足高峰生产强度的需要，又要考虑低峰时段生产运行的经济性和生产控制的灵活性。鉴于大坝混凝土浇筑安排使该系统的生产强度不均衡，因此配置系统各破碎设备时考虑了一定的富裕量，在粗、中碎车间各选用了2台破碎机，制砂车间选用了4台立轴式冲击破制砂机，低峰时单线生产、高峰时双线生产（主要设备配置见表1）。经车间流程计算，制砂筛分车间处理能力为475 6 t/h，成品砂生产能力为235 7 t/h，可满足混凝土高峰月浇筑强度15万m3的人工砂需求。
1 2 1破碎工艺及设备
破碎采用粗碎、中碎、立轴式冲击破三段破碎工艺。其中粗碎和中碎采用开路生产工艺，细碎与相应的筛分车间形成闭路循环的生产工艺。
粗碎设备选用美国METSO （美卓）公司生产的NP1313型反击式破碎机，用于处理采石场开采的粒径小于750 mm的毛料。粗碎后的小于250 mm的半成品经预筛分后进入中碎车间再次破碎。
中碎设备选用美国TR IO （杰弗朗）公司生产的APS5160型反击式破碎机，用于处理80 250 mm和预筛分车间分级平衡后多余的40 80 mm粒径的石料。
制砂车间立轴式冲击破设备选用成智公司生产的PL- 9500型立轴冲击式破碎机和RSM 122立轴式冲击破（ BHS），用于处理筛分车间和制砂筛分分级平衡后多余的20 40mm、5 20mm和部分3 5mm粒径的石料。
1 2 2筛分工艺及设备
本砂石加工系统共设预筛分、筛分、制砂筛分及冲洗筛分4种筛分工艺。
预筛分车间并排布置2组2YKH1845型重型圆振动筛，筛子共设2层筛网，筛孔尺寸分别为80 mm 80 mm及40 mm 40mm.石料送至预筛分车间分级后，一部分运到成品大石仓堆存；大于80 mm的超径石和满足成品需求后多余的部分大石进入中碎破碎；小于40 mm的混合料进入CXK8324槽式洗石机，经过洗泥后送至筛分料仓。
筛分车间布置3组3YKR2460型圆振动筛，为半干式生产，振动筛设3层筛网，筛孔尺寸分别为20 mm 20mm、5mm 5m和3 3mm，经筛分分级后，中石（ 20 40 mm ）运至ZKR1437直线筛冲洗后进入成品中石仓；小石（ 5 20 mm ）运至ZKR1437直线筛冲洗后进入成品小石仓，小于5 mm的砂进入成品砂仓堆存，多余中石、小石和部分3 5 mm的石料运送至制砂料仓。
制砂筛分车间共布置了4组3YKR1867型圆振动筛。筛子设置了3层筛网，筛孔尺寸分别为20 mm 20 mm、5 mm 5 mm、3 mm 3 mm.经筛分分级后，满足成品需要的部分粗砂（ 3 5 mm）和全部细砂（ 3 0 16 mm ），大于5 mm的混合石料和部分3 5 mm的石料返回制砂料仓进行闭路。
1 2 3冲洗工艺及设备
系统配有洗泥车间，对小于40 mm粒径的石料进行洗泥，并在粗骨料入仓前加冲洗筛用水冲洗，保证粗骨料表面干净。所用洗泥机为在乌江渡使用过的经改进优化搓洗效果较好的CXK8324槽式洗泥机；成品骨料冲洗选用ZKR1437型直线振动筛。
2人工砂一次筛分成形的质量控制
人工砂的质量控制是整个砂石系统生产的重点和难点。对本工程大坝碾压混凝土而言，砂石加工系统必须能够同时生产不同质量要求的常态混凝土用砂和碾压混凝土用砂，故人工砂的质量控制有一定的难度。为此，思林水电站岩门人工砂石加工系统根据碾压混凝土坝对砂的细度模数、含水率、石粉含量等指标的特殊要求，并针对石灰岩的特性，采用了立轴式制砂机一次筛分成形的半干法制砂工艺。
2 1碾压混凝土用砂的质量控制标准
成品砂应满足水工混凝土施工规范（ SDJ207 - 82）及相关设计文件要求，具体要求如下：（ 1）成品砂应质地坚硬、清洁、级配良好；细度模数均匀稳定，细度模数控制在2 5 2 9范围内。
（ 2）成品砂中石粉含量均匀稳定，要求常态混凝土用砂的石粉含量为12% 18% ，碾压混凝土用砂的石粉含量为16% 20%.
（ 3）含水率均匀稳定，且小于6%.
2 2制砂料仓中制砂骨料的质量控制根据岩门人工砂石系统工艺流程并结合制砂车间制砂设备的性能，分析得出制砂料仓骨料的级配、含水率和含泥量是保证成品砂含水率、细度模数和石粉含量的重要控制工艺。
2 2 1制砂骨料的级配控制
本系统使用3台套PL- 9500立轴式冲击破和1台套RSM 122立轴式冲击破（ BHS）制砂，此立轴式冲击破利用旋冲盘加速骨料，将骨料按一定角度甩向壁上的铁砧上，通过石打铁、石打石混合破碎的制砂原理制砂。骨料通过旋冲盘加速而获得速度相同时，与铁砧相撞质量较大的骨料极易破碎而质量较轻的骨料在破碎腔内风的作用下不易破碎或不破碎，即制砂源料中若细骨料含量越多则生产出的砂越粗，相反粗骨料含量较多时则生产出的砂越细。
要使骨料破碎后各级颗粒级配合理，就要求制砂源骨料中必须含有一定比例的粗细骨料，这点在乌江流域梯级开发中的构皮滩水电站烂泥沟砂石系统、索风营水电站砂石系统及思林水电站冉家坨砂石系统等工程实践中都得以验证。
粗碎、中碎是制砂骨料加工的**道工序，根据岩门料场石灰岩硬度中偏低、易破碎的特点，所选的NP1313、APS5160型反击式破碎机具有破碎性能优越、产量高、粒形好、针片状含量少等优点。根据工艺流程经粗碎、中碎后只有中石、小石和部分3 5mm的石料以及制砂筛分车间中大于5 mm、部分3 5mm的闭路石料经过胶带机运送至制砂料仓作为制砂骨料；在系统生产时根据制砂筛分车间闭路回料量的多少，由皮带下料段头的分料隔板来调节筛分车间送往制砂料仓各级配骨料的含量，可使制砂料仓的骨料级配确定在中石40 20 mm占40% 30%、小石20 5 mm占40% 30%和细骨料3 5 mm占20% 40%的范围内，方能生产级配合格的成品砂。
2 2 2制砂骨料含泥量和含水率控制
对制砂骨料含泥量的控制，主要是减少成品砂中小于0 08 mm粉尘含量。为*大限度减少制砂骨料的含泥量，本系统采取了预筛湿式筛分作业加洗泥的综合处理措施，并设置了专门的洗泥车间。
另外，在料场开采取料时对参夹在石料场中局部含泥较大的溶蚀影响带要预先进行清除，同时在料场装车时清除大于50 mm的散落泥团。含泥料经粗碎进入预筛分前要用大于0 25M Pa加压水冲洗后随小于40 mm的混和料一起进入洗泥车间，经CXK8324槽式洗石机搓洗后大部分粗碎产生的石粉、泥粉将随污水一同进入高效污水澄清器进行沉淀处理，使洗石机出口混合骨料仅在表明粘附少量泥（岩）粉。*后利用ZKR1437型直线振动筛冲洗并脱水，筛除部分小于3 mm的岩粉及含泥料，冲洗时采用0 1 0 15M Pa加压水边振动边冲洗，冲掉混和骨料表面粘附的少量泥（岩）粉。经以上洗泥、脱水工序后，制砂骨料含泥量为0% 0 7%.
由立轴破制砂机的制砂原理可知，该机对骨料的含水率有特定的要求：当含水率大于6%时，35mm的细骨料受含水的影响不容易破碎，且破碎产生的石粉在水的作用下结块造成破碎机堵塞，产砂率和石粉含量降低；当含水率小于2%时，骨料破碎过度石粉含量过高且扬尘污染严重。结合PL- 9500立轴破碎机的工程实践经验，制砂骨料的含水率宜控制在2% 6%内。在系统投产后，为保证制砂料仓中制砂骨料含水率在（ 4 2% ）波动范围，又在每个筛分地弄的取料漏斗处新增设一ZKR1437型直线振动脱水筛，以调节制砂料仓骨料含水率。在实际的生产运行中，经检测制砂料仓骨料含水率为3% 5% ，在允许范围内。
2 2 3成品砂细度模数及石粉含量控制
立轴式制砂机的一个共性是生产出的砂中大于2 5mm粗颗粒和小于0 315 mm的细颗粒含量偏高，细度模数过大。如只用筛分系统来调节成品砂的细度模数，则可能出现2种现象：若粗颗粒筛出过多，则产砂率下降、细度模数越小、石粉含量就越高；反之，若粗颗粒筛出少，则产砂率高、细度模数越大、石粉含量越低。经实测当石粉含量小于17%时，细度模数大于3；当石粉含量大于20%时，细度模数小于2 8.因此，如何找到产砂率、石粉含量和细度模数之间的平衡点，是一次筛分成形半干法制砂工艺的主要难点。
据PL9500破碎曲线（同类岩石）计算，其产砂的细度模数约为3 1左右，主要是砂中2 5 5 mm粗颗粒含量大于砂的累计筛余量的6% 10% ；而粗碎、中碎产砂经水洗并脱水后的细度模数更大，在3 3 4 0之间，这是由于3 5 mm颗粒偏多所引起。此时，要降低人工砂的细度模数有两种方式：一是提高小于2 5mm的粉砂含量，这就要充分注重粗、中反击破产生的小于2 5 mm粉砂回收，但该部分粉砂混在含泥较重的骨料冲洗废水中，必须单独设计一套粉砂回收系统，这不仅回收难度大，也会增加运行成本；二是本系统所采用降低2 5 5 mm粗颗粒含量，以产砂率换细度模数的方式来解决，损失掉的产砂率可通过提高制砂车间设备负荷率、控制制砂料仓骨料级配和含水率等综合措施使之减少*低。
在本系统制砂工艺设计时，制砂车间破碎设备的生产能力留有一定富裕，配置有3台PL9500制砂机（单机理论破碎能力250 t/h、产砂率49 5% 55% ）和1台RSM 122（ BHS）制砂机（单机理论破碎能力110 t/h、产砂率50% 60% ），当制砂车间设备负荷率为55 6%，即可满足大坝浇筑高峰成品砂235 7 t/h的需求。因此，可通过合理设置筛网孔径，使制砂机产生的3 5 mm的粗砂不全部直接进入成品砂仓以减少粗颗粒含量，即适当降低制砂机产砂率而达到保证其细度模数达到要求。根据本系统调试运行情况，将制砂筛分车间的下层筛网分上中下部设置为3 5 mm、4 mm和5 mm的不同孔径后，把实测制砂车间设备负荷率提高至61 2% ，则制砂机的综合产砂率为46% 55%，制砂能力240 1 287 8 t/h，细度模数为2 21 2 96，仍然满足高峰砂235 7 t/h的生产需求。
对石粉含量的控制，采取降低级配两头粗细颗粒的含量来解决，即在制砂筛分车间筛出部分粗颗粒，并在进砂仓前加石粉处理筛再筛出多余石粉。
本系统投产后，经检测石粉中小于0 08 mm的颗粒含量为11% 17%.为使小于0 08 mm的颗粒含量约占石粉的50%，在制砂骨料的洗泥工序中加强冲洗，减少成品砂中泥粉含量以降低小于0 08 mm的颗粒含量；并对制砂料仓制砂骨料的级配和含水率进行控制，以减少骨料过度破碎，使制砂机的破碎粒度特性达到*佳，从而提高破碎骨料中0 315 2 5 mm的颗粒含量并进一步降低小于0 08 mm的颗粒含量。经以上措施后，生产的砂可不经石粉处理筛处理，直接与粗碎、中碎生产砂相混后即可满足常态混凝土砂石粉含量小于18%、碾压混凝土砂石粉含量小于20%的要求，且石粉中小于0 08 mm的颗粒含量为8% 10 7% ，能够满足专家组对碾压混凝土砂石粉中小于0 08 mm的颗粒含量要求。
3废水处理及回收
人工砂石系统生产排放出来的废水，先通过高效污水处理器处理，经其处理后再自流进入清水池回收；泥和细砂（石粉）则排至污泥池干化车间，利用机械分离干化工艺进行干化和脱水处理后用装载机或挖掘机装车运至弃碴场堆存。本系统各生产车间排放的废水均利用废水处理系统全部进行了回收处理，并达到废水回收利用率不低于70%、排放悬浮物浓度低于150 mg/L的环保要求，且筛出的部分粗碎、中碎产生的石粉、泥也均得以妥善处理，整个制砂工艺达到环保要求。
4结语思林水电站岩门人工砂石系统于2006年8月投产运行，在生产过程中采取控制制砂骨料的级配、含泥量和含水率及调整筛网孔径等综合措施，使成品砂的质量得到有效控制：含水率在2% 3%之间，平均含水率为2 3% ；细度模数在2 6 2 9之间，平均细度模数为2 72；石粉含量在13 1% 19 7%之间，平均石粉含量为16 6%.整个系统运行的情况表明其不仅能够满足大坝混凝土浇筑要求，而且在制砂工艺上也**特点：
（ 1）该系统在人工砂的生产上采用了一次筛分成形的半干法制砂工艺，解决了以往半干法制砂需棒磨机湿法制砂或另设细骨料回收装置来补充中间颗粒含量使细度模数和石粉含量达标的这一难题，因而制砂系统的设备少、结构简单、投资和运行成本低，现已取得明显的经济效益。
（ 2）该系统采用的无石粉回收、一次筛分成形的半干法制砂工艺，制砂工序较少；在生产过程中无回收的石粉或棒磨机制砂的掺入，故影响成品砂细度模数及石粉含量的因素较少，易采取针对性的控制措施使细度模数和石粉含量波动较小，故成品砂质量稳定。
（ 3）一次筛分成形的半干法制砂工艺通过筛分成形，能够生产出细度模数和石粉含量都满足要求的人工砂，因此在废水回收处理上，仅对废水中粗碎、中碎产生的石粉、泥进行简单的脱水干化处理后弃至渣场，既满足环保要求又降低了运行成本。
（ 4）该系统中主要的制砂设备PL- 9500立轴式制砂机为国产，其备品、备件价格便宜，易采购且时间短，制砂效果也好，有利于破碎机半干法制砂的进一步推广及应用。
网友评论
共有0条评论