干法制砂除粉技术及应用——科技大会论文精选

干法制砂除粉技术及应用——科技大会论文精选

 

编者按：

为加强我国砂石骨料行业同仁及上下游行业人员科学技术交流，推动砂石骨料行业科技进步和创新发展，中国砂石协会于2020年8月27-30日在河北省石家庄市举办“第七届全国砂石骨料行业科技大会”，并在行业广泛征集学术论文，编辑成《第七届全国砂石骨料行业科技大会论文集》。今天，中国砂石协会融媒体中心继续为大家推荐精彩论文——《干法制砂除粉技术及应用》。

干法制砂除粉技术及应用

晏宏、张万宾、李培主

（世邦工业科技集团股份有限公司,上海，201201）

摘要：机制砂中石粉含量的增加会显著影响混凝土的工作性能和力学性能，本文在分析石粉存在形态、含水量及黏土对除粉效率的影响基础上，综述了当前几种原料和成品料除粉技术。在含泥量大、含水量变化大的堆存围岩尾矿骨料项目中，VU系统除粉效果显著、产量高、级配达标，表现出了对恶劣物料工况下的良好适用性。

关键词: 机制砂；石粉；除粉技术；VU系统

1．引言

随着机制砂在建筑、道路、桥梁、水力等混凝土工程领域的普遍应用，人们对机制砂的质量提出了更高的要求，以往石粉含量超标的问题获得了更多的关注，石粉含量的增加会显著影响混凝土的工作性能和力学性能。虽然石粉在混凝土中参与的反应及所起的作用基本相同，但不同的定义方式，也造成了研究结果的差异。这一点也体现在了各国标准对含粉量的要求是不同的，例如美国标准规定石粉含量最高限值为5%~7%，日本为7%，澳大利亚为25%，英国为15%，法国12%~18%。

我国JGJ/T241-2011《人工砂混凝土应用技术规程》和GB/T 14684-2011《建设用砂》中对机制砂的石粉含量的规定如表1所示。

表1 不同标准对石粉含量的要求

绿色矿山干法制砂工艺在近年中应用逐渐普及，楼式制砂是目前干法制砂的最先进技术形态，具有机制砂细度模数、级配可控，节约水资源，不受干旱、寒冷季节的影响生产，运行成本较低等优点，同时为了使其对恶劣物料工况的适用性更广，业内各厂家纷纷投入技术力量，推动设备的升级换代，其中石粉的控制是决定机制砂成品质量及产量的重要方面。

2. 石粉特性

2.1 石粉存在形态

根据最新的研究，通过电镜扫描的试验结果，机制砂中的石粉有四种存在形式：

（1）游离粉：石粉微粒不相互黏结且不吸附于砂粒表面，可以在风力和重力的作用下自由运动。

（2）团块粉：石粉微粒紧紧的团聚在一起形成了较大粒径的石粉团块，微粒间相互黏着、聚合。此种形态的石粉聚合体，由于团块的粒径和质量较大，通过传统选粉设备很难去除。

（3）附着粉：在较大粒径的砂粒表面，附着有石粉微粒。当砂粒的表面较为光滑时，石粉微粒在机械作用力下易于除去，而当砂粒表面凹凸不平时，石粉微粒与砂粒紧紧地相互黏着，一般的机械方法难以分离。

（4）缝隙粉：砂粒表面常存在一些天然的或由于机械破碎作用产生的几十微米到上百微米宽的缝隙，这些缝隙常常充填有大量的石粉颗粒。这是一种最紧密的石粉黏着方式。

2.2 黏土的影响

机制砂的石粉中，既存在与母岩矿物化学成分一致的组分，也存在一部分黏土质微粒，这部分黏泥土质微粒主要来源于矿山剥离层和夹层中的泥质和黏土质矿物，它们的存在会导致机制砂亚甲蓝值升高。黏土矿物具有膨胀效应，其吸水性强，膨胀率高，充分吸水后体积会增大数倍甚至数十倍，当砂粒、石粉颗粒以及黏土矿物相互团聚在一起的时候，黏土矿物遇水发生膨胀，填充颗粒间的空隙，降低集料的孔隙度形成集合体，其具有较大的质量，风力选粉机较难有效地去除，从而导致测定的亚甲蓝值显著升高。

2.3 水的影响

在干法制砂过程中，原料过高的含水率会导致成品机制砂的石粉含量偏高。其水分主要包括结合水、重力水以及毛细水，水的存在会加剧机制砂颗粒和石粉的黏着与团聚效应，降低传统工艺的除粉效率。研究表明，当原料含水率小于2.5%时，原料含水率越高，成品机制砂中的石粉含量越高；当含水率在2.5%-4.5%之间，机制砂的石粉含量保持在高位。

3. 石粉控制技术

3.1 给料振动蓖条筛

机制砂中的泥质含量升高会导致需水量加大，影响混凝土的强度，从而对其抗压能力造成一定影响。因此，原料在进入制砂工艺流程前，需除泥筛废，作弃料处理，此举可同时显著降低原料的含水率。根据不同的物料条件，选择合适的筛条间距，达到不同的除泥效果；对于山皮较厚、植被难以清除，山体风化较严重，夹层含泥量大，容易混入泥土的工况，加大筛条间距，可有效降低含泥量。

3.2 骨料溜道除粉装置

筛分机的某一规格骨料，筛分完后进入到骨料下料溜道，在骨料下料溜道的合适的地方布置有整体可拆卸的扩散布风室，鼓风机与扩散布风室相连，这样，骨料表面游离状态粉尘经过扩散布风室与集尘罩之间的溜道时，骨料表面粉尘被鼓风机吹起来，又在除尘器的吸风作用下，粉尘被集中收集到除尘器中；另外，通过调节管道调节阀，可以控制除尘器的吸风量；当鼓风机采取变频形式的情况下，通过鼓风机的变频控制和调节阀的调节，调节吹风和吸风的配比，实现对砂石骨料成品含粉量在一定范围内的连续控制。

采用在线吹粉除粉装置，让成品骨料在溜道内下溜并抛出时，由于鼓风机的作用，将掺杂在骨料里的游离状态的粉尘扬起，再由除尘器统一收集处理，有效降低骨料的石粉含量。

3.3 高频振动筛分预处理

其基本原理是通过高频振动对机制砂进行粉团分散、粉砂分离、粗细分级的预处理，然后通过风力除去所含石粉。具体为：物料经制砂机进行破碎后，在进入筛分模块时，可先通过散料器或螺旋拨料杆进行散料，这对团聚和黏附的石粉具有初步的分散作用，提高物料分布的均匀性，此时可通过风选装置对石粉进行初选。初选后物料进入振频60〜80 Hz、振幅0.15-2.4 mm的高频振动筛进行筛分：这种振动筛振动强度是普通振动筛的3.5-5倍，能产生较大的机械力，对团聚的石粉和表面黏附性石粉具有很好的分散、分离效果；同时，高效地实现机制砂的粗细分级。

与普通振动筛分相比，机制砂经过高频振动筛分后除粉效率显著提高，高频振动分散后的除粉效率能够提高40%左右，所需风量降低45%。

3.4 离心选粉机

选粉机是粉料分级设备，原主要用于水泥工业生产工艺，同时在化工、冶金等行业也有着广泛的应用。在制砂工艺中采用选粉机，其主要功能是分离出多余石粉和有用颗粒并分别进行回收。它的工作原理是：将气、粉混合,形成气固两相流，旋转的撒料盘和高速气流使含粉气流在旋转时获得离心力，不同粒径颗粒获得的离心力不同，从而实现粗细粉粒分离。同时，采用相应的方法对粗细粉粒分别进行回收。有用颗粒即为成品砂，无用细粉则为弃料。从选粉机在楼站安装的位置来看，分为原料选粉和成品料选粉工艺布置。选粉机对含水率有严格要求，进料含水率高于5%时，选粉机的除粉效率将严重降低。当进料含水率在2%时，选粉机能够较好地发挥其效率，成砂率在60%～70%之间。

选粉机的主要工作参数为：进料流量、供风量、撒料盘（主轴）转速。目前大多使用的选粉机并非定型的专用制砂设备，选粉机自带风机的供风量的调节范围小且不能随原状砂来料量的变化随时进行调节。只要原状砂的来料流量、石粉含量、含水率发生变化，则该机的处理能力和选粉效果均会随之发生变化，这是成品砂生产质量波动的重要原因。

针对上述问题，认识到选粉机采用传统的电磁调速电机存在如电磁离合器本身滑差大，最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，电能损耗大，调速范围小，调速控制不稳定等不足，将电磁调速电机改为变频电机+变频器控制的变频调速装置，在该控制方式下，选粉机具有良好的人机操作界面和启动性能，可以方便地进行电机转速的频繁调整，实现了选粉机转速稳定、精确的控制，其故障率低，维护工作量小，保证了恶劣工况条件下设备的正常运行，提高了产品质量及设备保障率。

3.5 V型静态分级机+动态高效选粉机

制砂原料喂入立轴式整形制砂机，经振动筛分后，粗粉回至整形制砂机，细粉输送至由 V型静态分级机与动态高效选粉机组合型式分级机。经过物料分布器均化后，进入分级系统，粗颗粒入成品库，微细颗粒和微粉随气流进入动态分级机，通过调节动态选粉机的转速，调节砂石分级，合格品经粗粉管排出进入成品库；调节成品颗粒级配，微粉随气流经旋风收尘器收集，收集的细粉入石粉库，气流经循环风机进入V型进风口。该系统用 V型静态分级机与高效选粉机组合型式作为砂石分选的主机设备，分级机控制精度高，对成品颗粒级配可以调节，产品可以保证合格，废弃粉料内成品颗粒含量可得到有效控制。

3.6 空气筛

空气筛在振动筛分的基础之上结合了风力分离技术，实现粒度调整、分级、筛分三大功能于一体。其工作原理：物料在空气筛分散装置作用下被均匀摊开，并被鼓风机鼓吹到风选室的不同位置，物料越轻（即粒径越小），被吹离的位置越远，筛分距离则越长；重量最轻的石粉，将被吹至粉料出口位置，被除尘器引风机吸附，最终集中在粉罐当中；同时粒度调整板通过自动调整返回物料的比例，对成品砂的细度模数进行微调，从而保证成品砂细度模数的稳定。

使用空气筛的干式制砂系统，原材料需要控制其含水率在1.6%（表面含水率 0.6%）以下，不含泥，入料粒径为0～25mm 且级配连续，如果原材料发生改变，系统产能会因此发生改变。如果原材料含泥、或石粉含量过多，需在前段采用选粉机或者除粉设备等分离工艺。

4. 案例介绍

案例一：首钢迁安铁尾矿干法制砂项目

河北迁安首钢围岩尾矿骨料项目（两套VUS450并装），该项目为首钢集团在环境治理废矿资源再利用方面的干法生产线试点，系统流程为：堆存围岩铁尾矿挖采后装车进给料点，给料机棒条下物料经过筛分进行除土，筛上料和颚破破碎后料通过两段圆锥破碎和成品筛分分为12石子成品和0-10mm物料，0-10mm再通过VUS骨料优化系统进行整形、风选和筛分后成为精品砂。

现场岩种为片麻岩，为花岗岩受高温高压后变质而成，岩石密度为2.7，散密度1.6，抗压强度为200-300MPa，破碎指数为16±4，磨蚀系数为0.5±0.1。是中等易碎、高磨蚀的结晶岩岩种。原料含泥量大，受季节、天气影响大，根据天气与堆存深度，含水量0.5%-6%不等，因资源非洞采或开山爆破，含水量不稳定、不易控制。

针对如此恶劣工况，在前端充分除泥筛废的基础上，结合现场特点，利用筛上风选室一道选粉、筛下落料二道瀑落选粉、旋风筒三道除粉的工艺设计，在单套VUS450给料150TPH，含水率1~3%变化的情况下，可获得高品质成品砂115TPH，经测试石粉含量低于3%，细度模数2.8-3.0，成功实现了产线的连续稳定生产。

图1 河北迁安首钢围岩尾矿骨料项目

图2 河北迁安首钢围岩尾矿骨料项目

图3 河北迁安首钢围岩尾矿骨料项目

VU系统包含VU冲击破、模控筛、粒优机、加湿搅拌器、除尘器、中央控制系统、钢结构等设备和模块，是一套完整的干式制砂生产解决方案。15mm以下的原料（可以是石屑、瓜米石、石粉等廉价易得的原料）经过VU冲击破破碎整型后，在模控筛和除尘模块作用下分成三路：石粉、返料和准成品砂。石粉通过除尘模块后统一储存在粉矿仓中，准成品砂进入粒优机进一步整型，经加湿搅拌后完成加工过程。原料经过VU系统合理高效的加工处理后，产出级配合理、粒型圆润、含粉量可控的精品机制砂，以及干燥洁净、可进行统一回收利用的精品石粉（根据原料决定可应用范围）。VUS450技术参数见表2。

表2 VUS450主要性能参数

案例二：涞源奥威矿业尾矿干法制砂项目

河北保定涞源奥威矿业尾矿干法制砂项目（VU300），该项目利用铁矿抛尾弃料进行砂石骨料加工，生产线工艺为干法生产。系统流程为：堆存的抛尾料由挖机、铲车推铲至进料点，经过一段圆锥破碎和检查筛分后，0-31.5mm进冲击破进行整形，后再经一道成品筛分，分为20-31.5mm、10-20mm精品骨料，0-10mm进VU300骨料优化系统进行精品砂加工，最终精品砂满足：细度模数Mx=2.7±0.2，含粉量＜5%，级配满足二区中砂的一类优质砂标准。

现场岩种为汐卡岩，是一种主要由富镁的硅酸盐矿物组成的变质岩，岩石密度为2.7，散密度1.6，岩种特性为极易破碎和经破碎后极易产生石粉。原料因堆存关系，受季节、天气影响大，岩石本身的吸水性也强，根据天气与堆存深度，含水量0.5%-6%不等，因资源非洞采或开山爆破，含水量不稳定、不易控制。

针对现场含水量不易控制的特殊工况，在前段原料环节提出原料筛废工艺改造建议，目的为模糊筛分筛除部分0-2mm物料，因水更多的参杂在粉料和细料中，经过头段筛废工艺技改后，进VU300制砂楼的料含水量平均降低1.44%（为0.86%），含粉率平均降低1.93%（为7.37%）。结合VU300骨料优化系统风选筛分模块强大的粉砂分离能力和收尘模块强大的收尘、收粉能力，最终整个塔楼系统实现了当含水量在1%内，来料含粉小于10%，成品砂满足含粉小于5%，细度模数满足2.7±0.2时，系统整体产能达到280TPH，成功实现了产线的连续稳定生产。

图4 涞源奥威矿业尾矿干法制砂项目

图5 涞源奥威矿业尾矿干法制砂项目

图6 涞源奥威矿业尾矿干法制砂项目 VU300骨料优化系统

表3 VU300主要性​能参数

4 结语

面对市场传统机制砂石级配不合理，含粉，含泥量过高，粒型不达标等问题，研发团队开创了楼站式VU高品质机制砂石成套加工系统，攻克了优化工艺中破、磨、选的难题。生产的成品砂石品质符合国家标准，且生产过程零淤泥，零废水，无扬尘，完全符合国家环保要求，为砂石、干混、商混、管桩、水泥制品等行业带来了巨大的效益和发展机会。

本文通过分析石粉控制中存在的技术难点，综述了当前干法制砂工艺中使用的除粉技术，促进楼式制砂系统的进一步推广应用。

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（原文略有改动）

来源：中国砂石协会融媒体中心