水洗、干法联合生产制砂

周思晴,何春华

 中铁十局集团第三建设有限公司     安徽省合肥 230000

摘要：

随着国家建设的逐步深入，天然砂前景堪忧：基建行业的不断发展致使需要用的砂量急剧上涨，但因天然砂存量有限，随着境内天然砂、河砂等资源的不断枯竭和政府对开采管控力度加大，不少地区已出现无砂可采的情况，这样不仅会造成资源环境循环链的不完整，还会影响工程建设的进展。因此，市场急需开发研制出一类可用于替代天然砂石骨料的材料，来补充砂石市场的刚性需求。

这样机制砂应运而生。

关键词：机制砂；水洗工艺；生产

一、原料来源

机制砂势在必行的缘由：①、机制砂设备适用范围较广，各种碎石、石屑、尾矿，甚至说部分建筑垃圾等也都可通过机制砂设备制成再生骨料，这样既可减少环境污染，又可缓解天然砂供应不足的窘况；②、机制砂设备处理能力较强，可为各种基建项目，如：铁路、公路、桥梁、高楼修建等提供不同规格的人工沙，远比天然砂的选用更方便，所以总的来说，机制砂替代天然砂已成为行业发展必行趋势。

二、工艺设计

目前机制砂的生产工艺普遍为干法生产和湿法生产两种，本项目隧道较多，洞渣充足，为节约成本，减少征地，建设了四个砂石料加工厂，均为全水洗生产设备。生产能力如下：机制砂60吨/小时，5-10碎石45吨/小时，10-20碎石35吨/小时，,16-31.5碎石40吨/小时。随着工程进度的推进，慢慢发现我们的机制砂产能不足，5-10碎石和16-31.5碎石产能过剩。为了充分解决这一问题，我们进行了多种尝试，最终采用干、湿两条生产线并行运转，交叉作业，及解决了机制砂短缺，又解决了碎石偏多的问题。

前期用水洗法加工，母岩选择路隧道开挖中的三四级围岩的洞渣，制砂生产线主 要由振动给料机、鄂式破碎机、圆锥式破碎机、振动筛、皮带运输机、集中电控、高效制砂机、洗砂池、沉淀池，泥沙分离机、水净化循环系统等设备设施组成。

如下图生产工艺布设：

1. 原材料选取

本项目位于福建龙岩，隧道工程地质情况为花岗岩，经检测母岩强度为100-180MPa，其强度满足《TB 10424-2018 铁路混凝土工程施工质量验收标准》、《TBT 3275-2018 铁路混凝土》，母岩经爆破后运至弃渣场，然后用挖机筛选50-800㎜的块石，大石块用破碎锤破碎，用运输车辆运至加工平台，用装载机上料到喂料机机口。

2.块石破碎

石料经喂料机进入鄂式破碎机破碎成130㎜以下颗粒，经传送皮带，运至圆锥破破碎成40㎜以下颗粒。由于隧道洞渣内含有导爆线、钢筋、钢铁制品等，在传送皮带上方安装超强磁铁进行分拣，防止其流入圆锥机中破坏设备。

3.震动筛分

将圆锥破破碎的颗粒经过30毫米的筛网筛分成两部分，一部分大于31.5㎜的颗粒重新回炉到圆锥破破碎成30毫米以下的颗粒，另一部分经传送皮带进入高效制砂机

4. 二次制砂

   小于31.5毫米的颗粒经皮带传送到高效制砂机，进行研磨整形制砂，由于圆锥破破碎的颗粒棱角分明、正片状较多，不能满足混凝土泵送要求，必须研磨棱角使其具有强度高、形态圆润、质量及产量稳定的。

5. 水洗筛分

   将经过高效制砂机的料经皮带输送到振动筛上（三层筛网），经筛网上层的多组高压水流冲洗筛分，可形成 16- 31.5mm、10-20mm、5-10mm、0-5mm 四个档位，将16- 31.5mm、10-20mm、5-10mm三档碎石用传送皮带运至对应的成品料仓，0-5㎜的经溜槽运至洗砂机。

6. 机制砂淘洗

   0-5㎜的料经洗砂机搅拌冲洗，将机制砂中的泥沙和石粉水洗分离后，经捞砂筛捞至脱水筛，脱水后用皮带运至成品料仓，泥水部分进入污水处理系统。

7. 污水处理系统

   洗砂和碎石的泥水集中回收至泥水池中，在泥水中加入絮凝剂，用泥浆泵抽至压泥机，让泥和水分离，泥压榨成泥块运至弃渣场掩埋做无害话处理，压榨出来的水流至清水池，做循环水接着清洗碎石机制砂。

生产系统安装完成后要先进行了设备联合调试，进行试验性生产，验证各系统工作性能是否符合要求，逐个检查验收，生产的成品机制砂经试验检测合格，才能进行正式成产。

三、改进工艺设计

随着工程进度的推进，慢慢发现我们的机制砂产能不足，5-10碎石和16-31.5碎石产能过剩。为了充分解决这一问题，我们进行了多种尝试，最终采用干、湿两条生产线并行运转，交叉作业，及解决了机制砂短缺，又解决了碎石偏多的问题。

改进后的生产工艺：

 

其该生产线的控制核心是

1. 干法生产线双轴对辊机的压力和碎石输送量的控制；

对辊机的压力和碎石量影响着机制砂的产量和颗粒研磨程度。

2. 水洗筛网和干法筛网的大小控制；

通过两套筛网控制机制砂的颗粒级配范围。

3. 干法生产线成品机制砂加水量的控制；

干法生产线的成品机制砂由于经过对辊机的研磨，产生的高温使其含水率只有3%~5%，状态干燥，产生大量粉尘，于是我们在辊磨机下方皮带加喷淋和成品出料加水，水量的大小根据水洗生产线成品机制砂含率来调整。

4. 搅拌装置的转速控制

搅拌装置的作用是将干法、水洗两条生产线的机制砂搅拌混合均匀，打散干法生产的机制砂因加水产生的粉团，使成品机制砂的含水率保持一致，转速过大会导致机制砂粗细颗粒分离，转速过小，机制砂搅拌不均匀。一般转速控制在80-90r/min。

机制砂的检测

   根据机制砂生产线每日抽检，随机取改造前一个月和改造后的一个月数据对比，发现机制砂的细度模数升高0.3左右，MB值比改造前低，含分量提高了2%。对比搅拌站使用情况发现，改造后生产的机制砂生产的混凝土和易性更好。统计强度发现，在其他材料不变的情况下普遍高2-3Mpa。

四、技术总结：

通过试验数据分析，水洗法生产的机制砂和改造后生产的机制砂质量均可靠、稳定，能用于混凝土实体工程，经本项目实体验证，其各项指标、性能于河砂差别不大。生产加运输成本仅三十多元，远远低于当地河砂价格，产生了可观的经济效益。同时隧道洞渣的利用，节约了大量的弃渣征地费用。机制砂生产为零排放，符合现在环保理念，值得大面积推广。

参考文献：

［1］《铁路混凝土》，TB/T 3275-2018，中国铁道出版社，2018.

［2］《建设用砂》，GB/T 14684-2022，中国标准出版社，2022.