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工程棄渣制備砂石骨料如何做?生產工藝流程及設備配置詳解

工程棄渣是指工程在建設過程中產生的廢棄土石料和其他固體廢棄物,如邊坡深挖、隧道(洞)暗挖產生的廢棄土石料等。

大量工程棄渣得不到合理利用,處理困難,直接廢棄嚴重影響工程區自然環境及生態平衡。同時,建設工程的結構物等所需砂石骨料量很大,但往往因交通不便,外購砂石骨料運距較遠,導致砂石骨料獲取難度大且成本較高,與建設生態、綠色工程的要求不相適應。

骨料設備

在工程建設中,為解決工程棄渣處理困難和緩解砂石骨料供需矛盾,以“就地取材,變廢為寶”為原則,充分利用滿足要求的工程棄渣,如硬質巖開挖棄料制備砂石骨料,使兩者之間平衡,從而提高資源綜合利用和經濟效益,對環境保護及可持續發展具有重要意義。

砂石骨料制備加工技術是決定工程棄渣能否成功利用的關鍵。其關鍵技術主要包括棄渣回采甄選、砂石骨料加工工藝、砂石加工系統選址與布置、廢水處理、粉塵與噪聲治理等。1.棄渣回采甄選礦山開采的石材巖性單一,性能穩定,質量差異小,有利于保證其制備砂石骨料的質量,利用工程棄渣與開采礦山制備砂石骨料不同,工程棄渣具有以下不同特點:(1)工程棄渣大都來自不同部位或單位,巖石特性會存在一定差異,其巖性、抗壓強度、風化程度等的波動性加大了母材的差異性和復雜性,難以保證母材的質量及其穩定性。

(2)工程棄渣夾土等雜質較多。相比于礦山開采的石料,工程棄渣潔凈度較低,棄渣的利用需采取適當的除雜去土措施。(3)工程棄渣來源廣,有明挖料、洞挖料或明挖與洞挖混合料。據調查統計,礦山開采的石料尺寸主要集中在400~1000mm,而隧道洞渣石料尺寸主要集中在200~650mm。

針對工程棄渣特點,若將工程棄渣全部混合堆放于渣場,勢必造成母材的不均一和不穩定,性能波動更加顯著,最終降低其制備砂石骨料的質量,因此需對棄渣進行初步甄別和分類,從源頭上最大限度降低母材的質量波動。

2.砂石骨料加工工藝砂石骨料生產分為破碎、篩分、制砂等主要環節,其加工工藝設計理念為“多碎少磨、以破代磨、破磨結合”。

根據加工料源的巖石性質、加工工藝重點進一步研究生產方法、破碎、篩分及制砂方式等。2.1生產方法砂石骨料生產方法包括干法、濕法和干濕法結合3種。粗骨料生產宜采用濕法生產,但濕法生產帶來廢水處理等冗余工序,目前通常采用干法生產;細骨料通常采用干濕法結合或干法生產。

2.2破碎破碎是砂石骨料制備的核心。破碎段數的選擇和破碎設備的配置需根據破碎巖石的巖性、硬度、給料粒徑、需要的處理能力并結合其他因素綜合分析確定。

對于難破碎、磨蝕性強的巖石,如玄武巖、花崗巖、流紋巖等,通常選用3段破碎,粗碎常選用顎式或旋回破碎機,中碎選用破碎比相對較大的中型圓錐破碎機,細碎選用短頭型圓錐破碎機。

對于中等可碎或易碎巖石,如石灰巖、大理巖等,可采用2段或3段破碎,粗碎常選用破碎比較大的反擊式或錘式破碎機,中、細碎選用反擊式或圓錐破碎機。

選用反擊式破碎機作為粗碎設備時,應進行粗骨料生產級配與使用級配的平衡復核;選用反擊式破碎機作為中、細碎設備時,應進行破碎試驗并根據試驗成果核算各級粗骨料中的中徑篩余。

破碎加工有開路、閉路和分段閉路3種形式,典型工藝流程見圖1。采用開路生產時,流程簡單,無循環負荷量,車間布置較為簡單,但級配調整靈活性差,平衡后可能有部分棄料;采用閉路生產時,骨料級配易調整,車間布置相對集中,但流程復雜,循環負荷量大,處理效率低;采用分段閉路生產時,骨料級配調節靈活,循環負荷量相對較小,但車間數量相對較多,運行管理相對復雜。

目前砂石加工系統通常采用分段閉路生產粗骨料,當采用立軸式破碎機(或制砂樓)制砂時,應與檢查篩分構成閉路生產。

2.3篩分篩分是控制砂石骨料粒徑的關鍵,原料經破碎后配置篩分設備進行篩分分級,目前常用的篩分設備有自定中心振動篩、重型振動篩、直線振動篩和高頻篩等。

振動篩的配置應根據原料的含泥量、可洗性、所需處理能力、篩分原料的級配曲線等確定,在計算篩分處理能力時,應計入給料量的波動,多層篩應逐層計算,按最不利層選擇型號并校核出料端的料層厚度,要求篩網出料端的料層厚度不大于篩孔尺寸的3~6倍(用于脫水時取小值)。

2.4制砂制砂是砂石骨料制備的關鍵。從20世紀60年代以來我國經歷的主要制砂方式包括:棒磨機制砂、立軸式沖擊破碎機制砂、棒磨機與立軸式沖擊破碎機聯合制砂、2級立軸式沖擊破碎機聯合制砂(常速立軸式沖擊破碎機單獨制砂,高速立軸式沖擊破碎機整形配合調節),以及最新使用的塔式制砂樓系統制砂等,典型工藝流程見圖2。

(1)棒磨機制砂軟硬巖石均適用,是早期砂石加工系統的主要制砂方式,目前一般用于調節砂的石粉含量和細度模數,不作為主要制砂設備。

(2)立軸式沖擊破碎機制砂:一般當原料為難碎巖石、磨蝕性較強時,宜選用“石打石”立軸式沖擊破碎機;原料為中等可碎或易碎巖石、磨蝕中等或較弱時,宜選用“石打鐵”立軸式沖擊破碎機。

優點:處理能力大,噪聲小,單位能耗低。缺點:砂細度模數和石粉含量等參數不易調節和控制,如采用干法生產,石粉含量普遍偏高,如原料易碎,砂石粉含量一般偏高,細度模數偏低,若原料中等可碎或難碎則正好相反;級配不合理,粗顆粒偏多,需與檢查篩分構成閉路循環生產。

(3)棒磨機與立軸式沖擊破碎機聯合制砂是目前普遍采用的制砂方式。優點:可根據原料變化靈活調節砂的細度模數和石粉含量,保證成品砂質量。缺點:工藝流程較復雜、設備品種多,保留了棒磨機及其不足之處。(4)2級立軸式沖擊破碎機聯合制砂也是目前普遍采用的制砂方式。優點:解決了棒磨機制砂運行成本高、產能低等問題。缺點:流程復雜。(5)塔式制砂樓系統是最新使用的制砂方式,也是未來制砂方式發展趨勢。該制砂樓采用全封閉結構,完全與外界隔絕,噪聲低、無排放;采用了空氣篩,比一般制砂設備分級精度更細更準確,分離合格砂與石粉。

3.砂石加工系統選址與布置砂石加工系統形式主要有固定式和移動式2種,目前大中型系統普遍采用固定式,對于線性工程(如鐵路、公路等)等的小型砂石加工系統宜采用移動式。

移動式砂石加工系統采用模塊式組裝,將破碎、篩分和制砂等工藝環節由相關設備組合成一體,能夠隨料源工作面的推進而移動并進行現場破碎,且縮短了各流程間的運輸距離。

砂石加工系統布置應根據系統規模和形式、生產工藝、周邊環境等情況進行合理規劃,并滿足技術先進、施工方便、運行可靠、經濟良好、安全環保等要求。

4.廢水處理目前砂石加工系統廢水處理通常采用沉淀與固液分離相結合的方式,即先將一部分粗顆粒沉淀分離,細顆粒通過濃縮后再利用機械方式進行脫水。

這樣既可保證廢水處理系統的正常運行,又控制了成本。5.粉塵與噪聲治理砂石加工系統粉塵主要來源于破碎、篩分分級、物料轉送和輸料斜槽等環節。一般采取灑水噴霧降塵、生物納米技術抑塵和除塵設備收塵相結合的處理方式。砂石加工系統產生噪聲的環節主要有:破碎機運轉、破碎巖石、篩分機運轉、篩分石料、卸料溜槽與漏斗等。控制噪聲的主要措施有降低聲源級和控制噪聲外泄強度,如選擇低噪設備,降低噪聲強度;選擇合適的降噪材料,減弱噪聲;使用隔音材料,阻斷傳播途徑或在傳播過程中減弱噪聲強度;使用噪聲個體防護器材。

6.質量控制砂石骨料常見的質量問題有:砂石骨料分離、混雜、污染、軟弱顆粒含量超標等,粗骨料二次破碎、超遜徑、裹粉、針片狀等,細骨料含水率、細度模數和石粉含量等控制問題。

骨料設備

為保證砂石骨料質量,主要從母材質量控制、生產過程控制和成品檢查驗收3個方面加強質量控制。如母材方面,從源頭優選棄渣,對棄渣進行晾曬,并強化渣場排水系統等。工程建設開挖料常常作為廢渣丟棄,既占用土地資源又影響環境。利用工程棄渣制備砂石骨料,合理選擇砂石骨料加工工藝和設備等,既消耗了工程棄渣,又解決了工程建設用砂石骨料的難題,實現工程棄渣資源化利用,是建設綠色工程的必然趨勢。

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