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采石場廢石屑可以再利用嗎?廢石屑生產機制砂工藝流程解析

石屑作為廢棄物,既占用場地又污染環境,目前多用于道路填方,利用價值低。如果將廢石屑適當分選和加工制成機制砂,取代河砂用于配制混凝土和砂漿,這樣既解決了建筑用砂短缺和廢石屑污染環境問題,又提高了資源利用率,社會綜合效益顯著,具有極大的推廣意義。

01.廢石屑制砂的現存問題對于廢石屑制砂生產混凝土,國內已有較多研究,但其在實際工程中的應用仍較少。究其原因有以下幾個方面:①不同來源的廢石屑,其巖性不同、開采和破碎工藝不同,物理性質差異很大,目前對石屑性能的系統性研究還不足,對石屑的質量以及其對混凝土性能影響的規律掌握不足。

②低質的石屑含粉量大,表面粗糙,棱角尖銳,除泥、整形技術難,投資大;除泥、整形問題不解決,又對混凝土和易性不利,增加水泥用量,市場接受度差。

③對不同種類廢石屑,需要有針對性的制砂工藝,同時制成的機制砂性能也有所不同,故對制砂的生產和機制砂的使用有較高的管理與監控要求,現階段企業對此還認識不到位,只想簡單的處理一下就應用,導致預想的經濟效益和環境效益沒有實現,企業就失去了實踐的動力和決心。

本文對廣東省廢石屑的產量及利用情況、廢石屑的特性進行調研分析,在此基礎上,提出適用于廢石屑制砂的生產工藝。

02.廣東省廢石屑的產量及利用情況調研表明,據2013年的不完全統計,廣東全省有近2400家采石場,雖然近些年由于環保相關政策,廣東關閉了千余家采石場,但目前仍有采石場千家以上。

對廣州周邊采石場進行調研,結果如表1。由表1可見,開采的巖石種類不同、破碎工藝不同,產生的廢石屑數量有所不同。對花崗巖、砂巖開采,廢石屑的產出量占采石量的30%到40%不等。現場調研結果也表明,二破為反擊破的破碎工藝,產生的廢石屑會比二破為圓錐破的略高;開采花崗巖的廢石屑比開采砂巖的略高。

據估算,僅珠三角地區每年廢石屑產量都達2000萬噸(約1400萬立方米)。2017年廣東省預拌混凝土總產量為16013.77萬立方米(不含交通、水利、能源三大系統),需要使用砂約7000~8000萬立方米,還不包括各類建筑砂漿的用砂量,可見廣東省對建筑用砂的需求量非常大。

而根據廣東省水利廳關于2018年度河砂開采計劃為393.4萬立方米,遠遠低于需求量,故導致盜采河砂嚴重,水洗砂大量應用,甚至外省長距離供砂,仍是供不應求,而且價格高漲。

而珠三角地區廢石屑產量為全省河砂計劃開采量的3.5倍,占全省預拌混凝土用砂量的20%,因此,廣東省采石場廢石屑產量大,利用廢石屑生產機制砂可以較大程度上解決建筑用砂短缺問題。

目前廢石屑主要用于路基填充材料,利用價值很低。若建筑石料采石場將開采制備混凝土用粗骨料-碎石和制備建筑細骨料-機制砂一體化生產,就沒有了廢石屑,既節約了資源又降低了生產成本,而且經專門制砂設備加工后保證了建筑用砂的質量。

以清遠市清城區某石場為例,其開采巖石種類為砂巖,采用回旋破粗破、圓錐破細破生產碎石,可得到1~3石(10~30mm)占23~25%、1~2石(10~20mm)占30%~35%,即10mm以上比例約為53%~60%;0~5石(5~10mm)比例約為12%~15%,0~5mm石粉占30%~35%。

1)一般大于10mm上的作為碎石直接使用;5~10mm的既可以作為瓜米石直接使用,也可以進入棒磨機(濕法)制成砂使用,根據市場需求而定;通常情況下小于5mm的直接水洗,篩分出來做砂(這部分占小于5mm的約30%,占總石料量的約8%~12%),但有些粒形不好的小于5mm的,也要再過棒磨機。

2)小于5mm的水洗篩分的另約70%為損耗在廢漿廢水中,廢漿廢水進行沉降壓濾成泥餅,泥餅可以用作陶瓷原料或者填埋。

根據市場需求,小于5mm的也可以不經加工處理直接作為石粉產品進入市場。由此可見,這種一體化生產線模式,不僅可以實現資源的100%利用,同時還可以根據市場需求調整生產的產品類型:不同粒級石子、瓜米石、機制砂、石粉、陶瓷原料用泥餅等,機動靈活,適應性強。

03.廢石屑的特性巖石種類不同、破碎工藝不同,廢石屑的物理性質也有所不同。由于石灰巖開采的廢石屑更多的被加工為附加值更高的石灰石粉使用,在此只探討花崗巖、砂巖廢石屑的物理性質。由此可以預見,直接以廢石屑用作砂,一方面,大于1.18mm的粗顆粒偏多,石粉的含量偏多,在礦山表土去除較徹底的情況下,泥塊含量并不高。

機制砂

因此也可以得出,有必要對廢石屑進行加工處理,才能作為建設用砂;也可以預見,加工處理后機制砂的粒形、級配、石粉含量等顆粒特性仍將是影響混凝土性能的主要因素。

04.廢石屑制砂生產工藝調研發現,一些混凝土攪拌站在直接將廢石屑當作砂使用時,先對廢石屑進行檢測,將廢石屑中大于5mm的當作一部分粗骨料,相應減少配料中粗骨料的用量,將廢石屑中小于0.075mm的一部分當作摻合料,相應減少配料中粉煤灰或石粉摻合料的用量,砂的不足部分可以用河砂補充或相應增加廢石屑用量。

實際上,這是一種簡單可行的完全利用廢石屑的方法。為了保證混凝土的質量,還是需要對廢石屑進行加工處理制成機制砂。廢石屑制砂,是將大于5mm的篩分出來進制砂機;小于0.75mm的篩分出來,保留一部分在砂中,過多的一部分作為石粉產品或適合的話作為摻合料進行使用。

這與礦山開采“專門”生產機制砂還是有所不同,其需要使用經前一級破碎至5~16mm的顆粒進制砂機。因此,廢石屑制砂的生產工藝與“專門”生產機制砂有所不同。通過調研對比不同的生產工藝,包括專門開采巖石生產機制砂的各種生產工藝及相應的生產設備,分析了廢石屑制砂與其的不同之處,提出了一種適用于廢石屑進行加工處理制備機制砂的生產工藝,如圖1。

圖1廢石屑加工處理制備機制砂的生產工藝首先將廢石屑進行篩分,對大于5mm的顆粒(準確說是篩孔邊長為4.75mm方孔篩的篩上部分),采用立軸沖擊式破碎機進行破碎,同時具有整形作用,出破碎機后通過風選(空氣篩分),大于0.075mm的顆粒作為機制砂的一部分。

對廢石屑進行篩分,對小于5mm的顆粒進行風選,其中大于0.075mm的顆粒,通過對其粒形進行判斷,若粒形較好,直接作為機制砂的一部分;若粒徑不佳,還是需要經過立軸沖擊式破碎機進行整形,再進行風選,大于0.075mm的顆粒作為機制砂的一部分。

對廢石屑風選及經破碎機后風選的小于0.075mm的顆粒,根據機制砂對石粉含量的要求,一部分可以作為機制砂中石粉的需要,一部分可以作為石粉產品出售。

采石場廢石屑產量大,利用價值低,在對不同巖石種類和破碎工藝的廢石屑物理性質充分了解的基礎上,采用適宜的生產工藝對采石場廢石屑進行加工處理制成機制砂,取代河砂用于配制混凝土和砂漿,既可以解決建設用砂短缺問題和廢石屑污染環境問題,又提高了資源利用率,社會綜合效益顯著,值得嘗試。

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