石屑和废弃石粉深加工制备人工砂的研究与实践

石屑和废弃石粉深加工制备人工砂的研究与实践
摘要：适应天然砂的限采政策，实现露天碎石矿绿色生产，提高矿产资料综合利用水平和经济效益。

本文围绕石屑和石粉深加工制备人工砂问题，以湖州新开元碎石公司为例，重点分析了人工砂的相关参数，并引用JGJ52-2006标准，说明了人工砂的宜用性；基于湿法破碎工艺和无尘无尾矿技术，给出了人工砂的生产工艺。

研究和实践结果表明石屑制备人工砂能够创造良好的社会和经济效益。

关键字：可行性；制备工艺；应用效果
前言
我国建筑用矿石资源储量大、分布广，非常适合露天开采，但和国际先进水平相比，由于技术限制，中国露天矿石资源综合利用水平尤其是石粉利用上整体上仍然存在一定的差距[1][2]。

随着我国对露天开采过程环保政策的完善以及矿产资源综合利用技术的推广，露天碎石矿必须对矿石资源绿色加工和综合利用进行深入研究，实现低能耗的无尘无尾矿生产工艺体系[3]。

作为国内碎石行业有一定影响力的企业，湖州新开元碎石有限公司（简称新开元）适应国家天然砂限采政策，对石屑完全回收工艺和制备人工砂工艺进行研究和实践，取得良好的业绩。

1．问题分析
碎石生产工艺主要有两类，即干法还是湿法，这两类工艺均会产生大量石屑和微细石粉（<0.075mm），新开元采用湿法工艺，长期生产统计结果表明：年产0.075-5mm石屑110余万吨，其单吨利润（2010年，售价平均30元/吨，单吨毛利润约7.5元）较普通石料（2010年平均售价38元/吨，单吨毛利润约15元）低50%，同时由于产量大而滞销，进一步影响企业产能发挥；粒径小于150微米尤其是小于0.075mm的石粉年流失量约1.5万吨（注：我矿原矿石和成品发售环节均建立了完善的电子计量系统），进一步造成资源浪费和环境污染。

2．石粉、石屑制备人工砂研究
（1）基本参数
注：（1）以上资料参考普通混凝土用砂石标准(JGJ52-2006)；
（2）石粉和泥块含量均按质量百分比计量；
（3）石粉含量控制在8%-10%时，对各种强度要求的混凝土都能起好的作用，不是混凝土强度等级高就必须减少石粉用量，对水泥含量低的普通混凝土，石粉含量可以用到15%或更多些，关键在于控制好亚甲蓝MB值，使用亚甲蓝MB值小于0.5的石粉，效果最好；
（4）石粉完整的微级配、粗糙的表面、较高的表面能和亲水性在混凝土的界面起到很好的填充效应、晶核效应、活性效应、保水效应和润滑效应。

它使浆体密实，孔隙率减小；使水化物结晶颗粒尺寸变小，取向程度下降；降低了骨料周围浆体的实际水灰比；改善了混凝土的和易性。

新开元主要为安山岩，是优质的高规格混凝土砂石料生产原料，对石屑制备人工砂的采样检测主要参数：①石粉含量≤7%；②亚甲蓝MB值≤1.0；③粒形优秀，针片状颗粒含量≤5%；④粒径范围0.0003-6mm，连续级配。

对照表1标准，新开元制备人工砂可以替代天然砂作为不同强度混凝土原料。

表2为替代天然砂和粉煤灰进行混凝土砌块试样的实验参数。

因此，新开元制备人工砂完全可以替代天然砂制备高规格混凝土产品[4][5]。

（2）石粉回收和石屑制备人工砂工艺
基于湿法生产[6][7][8]，主要工艺改造如下：①对破碎系统进行封闭，并在主要粉尘溢出点进行雾化除尘；②石屑在破碎整形机上深加工，改善粒形，并进行分级，形成3-6mm和0.075-3mm两个规格产品；③对湿法筛分水冲工艺所产生的含石粉污水，进行水砂分离，并通过压滤去水回收<0.075mm的细石粉。

以上工艺改造完全回收石粉，以最低的能耗实现了破碎系统无尘化，同时，将石屑加工成符合标准的人工砂。

以上工艺所形成的无尘破碎及石屑制备人工砂的湿法工艺图如图2所示。

3．应用效果
为实现无尘无尾矿生产工艺，从2010年初起，湖州新开元碎石有限公司累计投入了1200余万元进行了生产系统封闭，并在主要粉尘溢出点进行了雾化收尘改造，进一步围绕美卓矿机巴马克B9100VSI立轴冲击式破碎机完善了人工砂制备和分级工艺，同时，增加用于水实时净化处理和中水循环工艺的压滤系统一套，回收细石粉，并按标准添加到细砂中。

以上工艺改造，完全回收了岩石破碎过程中的粉尘，石屑单吨利润由原来的7.5元提高到12元，实现了低价值及废弃资源的高附加值利用，统计显示2011年上半年石屑、石粉高效利用为公司增效益达350余万元。

4．结论
新开元石屑制备人工砂的发展思路主要从低能耗绿色生产技术、人工砂替代天然砂的可行性分析、国家最新普通混凝土用砂石标准符合性三各个方面展开，通过实验、技术改造等手段，新开元成功实现了石屑资源的高附加值利用，提高了矿产资源综合利用水平，同时，为探索人工砂大规模替代天然砂提供了一个可行的解决方案。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。