湖南某白云岩机制砂石骨料生产工艺及设备探讨

王志更

摘要：针对湖南某白云岩机制砂石骨料生产线，综合考虑原矿特性、产品种类及级配要求等因素，提出“颚式破碎机+反击式破碎机+柱碎机+一次圆振筛+多级选砂机”的工艺流程，尤其考虑到矿山排土场库容有限，制砂设备石粉产出量尽可能少的要求，对制砂环节选用适合本项目要求的柱碎机。通过优化设备选型及配置方案，提高了作业效率和产品质量，为绿色低碳砂石骨料生产提供借鉴。

关键词：白云岩；机制砂石；工艺设计

0   引言

砂石骨料是建筑、道路、交通、桥梁等基础设施建设领域用量最大、不可或缺的建筑原材料。根据中国砂石协会数据统计，2022年我国砂石骨料市场需求量为174.2亿t[1]，与2021年相比下降11.5%，我国砂石骨料市场需求已由增量市场转为存量市场。

目前，我国已采用灰岩、花岗岩、片麻岩、大理岩、辉绿岩、白云岩等多种材质的岩石，作为砂石骨料的主要来源[2]。按照国家矿山开采和砂石加工设计标准要求，充分考虑矿山的安全、环保、绿色、节能、智能化等要素，力求做到既要充分回收礦石资源，又要实施科学有序开采，对矿区及周边生态环境扰动控制在可一定范围内，实现环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、管理信息数字化和矿区社区和谐化的矿山建设目标[3]。本文针对湖南省某白云岩，进行原矿特性与工艺流程设计相关研究，为砂石骨料工艺流程优化和主要工艺设备选型提供参考。

1   原矿资源及供应情况

湖南某白云岩矿砂石加工项目，依托自有矿山为砂石骨料来源，该矿山保有资源储量为1734万t，矿山服务年限为18年，年生产100万t。原矿主要化学成分及物理性能如表1所示。由表1综合本矿区平均矿石物理化学性能可以看出，矿区矿石符合I类指标，矿石质量好。

2   工艺流程设计

2.1  工艺方案选择

根据本项目的实际情况，矿区无可用地表水作为生产用水，生活、消防用水只能依靠打井来取水。结合现场缺水的实际情况以及建设单位的要求，本项目采用干法生产工艺，即机制砂石骨料采用粗碎、中碎、 一级筛分、整形（制砂）、多级选砂除粉的工艺流程。

2.2  机制砂石骨料加工工艺

机制砂石骨料生产工艺流程如图1所示。机制砂石骨料加工系统采取干法生产工艺，系统主要车间及生产设施均采取全封闭措施，以满足相关环保要求。白云岩矿生产机制砂石骨料主要工艺流程如下。

2.2.1  粗碎、中碎、一级筛分工艺

粒径≤800mm原矿经颚式破碎机粗碎后，由带式输送机转运至中细碎车间反击式破碎机中碎，产品由下方带式输送机输送至筛分选粉车间进行一级筛分，筛分控制粒度<31.5mm，一级筛分出10～20mm、20～31.5mm两种粗、中骨料产品，<10mm物料全部进入后续整形工艺，筛上产品返回中碎闭路破碎。

2.2.2   整形工艺

经过中碎和一级筛分后<10mm的中间产品，由带式输送机输送至细碎前中间产品缓冲仓，经带式给料机给入柱碎机进行整形。

2.2.3   选粉工艺

整形后产品由带式输送机输送至筛分选粉车间的多级选砂机，选砂除粉得到5～10mm及0～5mm共两种产品，其中5～10mm的物料返回柱碎机继续制砂，分离出的石粉（0～0.075mm）经过螺旋输送机进入斗式提升机，再提升至石粉仓存储装车外运。

3   设备配置方案

3.1   主要设备选型原则

设备选型要符合高效、节能、运转可靠和易于操作的要求，上、下工序所选用的设备负荷率应比较协调、均衡，并适当兼顾物料的波动，预留一定的富余能力。宜选用与建厂规模相适应的大型设备，以降低基建投资和生产费用。对于同类设备，在满足工艺要求的前提下，尽量考虑型号的统一，以便于设备管理。优先考虑选择技术先进、效率高，易于实现自动化控制的现代化装备。尽量满足建设单位对设备的要求，设备需价格低、性价比高、适应性强[4]。

3.2   主要设备选型与应用

砂石骨料生产主要分为破碎、筛分及整形（制砂）几个环节，一般根据原料特性、系统规模、场地布置条件、系统工艺等进行设备选型，涉及的主要设备有破碎机、振动筛、制砂机，辅助设备有带式输送机、给料机、石粉回收设备、供水设备和除尘、抑尘设备等。根据白云岩矿机制砂石骨料加工系统的工艺设计与系统，综合考虑相关设备厂家提供的同类岩石的试验数据，选定主要设备如下。

3.2.1  粗碎设备

用于粗碎环节的破碎机主要有颚式破碎机、旋回破碎机、锤式破碎机。其中旋回破多用于小时破碎量在1500t及以上的大型项目中。锤式破碎机由于磨耗大，过粉碎现象严重，不宜选用。结合本项目矿山岩石特性以及生产规模，本项目采用颚式破碎机。其优点是构造简单、质量轻、价格低，便于安装和维修，对厂房高度要求低，工作可靠，排料口调节方便，作业时对于水分高粘性大的矿石不易堵塞；缺点是破碎比低，衬板易磨损，破碎产品粒度不均匀。

结合类似砂石生产线的生产实例，参考国内一线品牌的破碎机生产厂家选型技术手册，选用1台欧版鄂破碎机，入料口尺寸为850mm×1100mm，排放口尺寸为70～200mm，出口最大粒度在250mm 以内，单机处理能力为486t/h，设备负荷率为72%。

3.2.2   中碎设备

中细碎常用的破碎机形式有圆锥式破碎机、反击式破碎机和锤式破碎机。圆锥式破碎机主要适宜破碎硬度、磨蚀性指数较高的岩石，其优点是破碎力大，工作较平稳；缺点是设备投资大，破碎比小。闭路生产时需再配一台三段圆锥破碎机，产品粒型可较反击破差些。

反击式破碎机主要适宜破碎硬度、磨蚀性指数中等的岩石，其优点是结构简单、体积小、破碎比大、产品粒度均匀且多呈立方体状，闭路生产时二、三段破碎可合用一台反击破。缺点是设备板锤和衬板磨损较快，粉状料较圆锥破多一些。锤式破碎机与反击式破碎机相似，但粒形不如反击式破碎机。

结合本项目岩石情况，经综合比较，中细碎系统设计选用1台反击式破碎机。反击破碎机选型结合类似矿山的生产实例，国内主流设备制造商提供的设备样本参数，以及设备制造商提供的选型模拟计算结果。拟选用1台1520型反击破碎机作为中细碎设备，其允许最大给料粒度为300mm，单机处理能力可达350～450t/h，设备负荷率为80%。

3.2.3   制砂設备与选粉设备

对于整形环节，国内现有的设备类型主要有立轴冲击式破碎机、柱碎机、球磨机、棒磨机。其中球磨机和棒磨机主要用于湿法生产，本项目采用干法生产工艺，故本次仅比较立轴冲击式破碎机和柱碎机。

对于选粉环节，国内现有的设备类型有双转子选粉机、复合选粉机、高效多级选砂机，其中复合选粉机多用于入料量200t/h以上的较大项目。本项目选砂除粉选用柱碎机配套的高效多级选砂机，多级选砂机采用静态风力分选和动态风力分选相结合的二级风力分选。其中一级风力风选选用能耗低、处理量大的水平流静态风力分选，二级分选采用分选精度高的转子式动态风力分选，一级分选可对原料进行初步分选，将大部分的机制砂分选出来，从而减少转子式选粉机的处理量，提高二级风力分选的效率。

整形+选粉设备配套如下：方案一为立轴冲击式破碎机+圆振动筛+双转子选粉机；方案二为柱碎机+高效多级选砂机。根据本项目的入料粒度≤10mm的特点，下面对另外几种设备进行对比选择。干法生产整形（制砂）+选粉设备比选详见表2。

经过综合比选可知，方案一适用性较好，应用案例多，设备一次性投资较低，但设备成粉率较高，出砂率较低；方案二仅适用于软岩和中硬岩石，应用案例较少，设备一次性投资较高，但设备成粉率较低，成砂率较高。本项目服务年限较长，结合长期的经济效益建议选择方案二。

结合本项目岩石情况，经综合比较，整形系统设计选用1台柱碎机。柱碎机选型结合类似矿山的生产实例，国内主流设备制造商提供的设备样本参数，以及设备制造商提供的选型模拟计算的结果，拟选用柱碎机1台200型作为整形设备。其设备允许最大给料粒度为10mm，单机处理能力可达350～380t/h，设备负荷率为80%。

4   结束语

机制砂石是我国基础设施建设用量最大、不可替代的原材料。随着环境保护力度的加大，绿色低碳化已成为砂石行业的主要发展方向，以“绿色矿山、绿色工厂、绿色基地”为特色的中国砂石行业绿色低碳管理体系正在构建[5]。本文针对湖南省某白云岩砂石骨料生产线的原料特性、运行要求等给出了一条“颚式破碎机+反击式破碎机+柱碎机+一次圆振筛+多级选砂机”的破碎筛分工艺流程，实现了白云岩的破碎筛分，且成品机制砂石骨料中石粉含量低。通过本项目的设计和设备选型探讨，可为机制砂石骨料加工工艺设计与设备选型优化提供参考。

参考文献

[1] 2022年中国砂石行业运行报告[R].北京：中国砂石协会，2023．

[2] 孙明俊，李兆峰．我国砂石骨料工艺现状研究[J].中国矿山工程，2022，51（2）：84-87．

[3] 张凌云，赵永芳，赵勤正.山西省绿色矿山建设发展之探讨[J].华北自然资源，2021（1）：131-132．

[4] 韩雨，付小洁，穆平.苏阿皮蒂项目特大型人工砂石系统破碎设备选型与应用[J].水电与新能源，2029（7）：56-58．

[5] 陈燕珠，姜俊雄，乐声滨.广东省某花岗岩工艺流程方案设计[C].武汉：第九届全国砂石骨料行业科技大会论文集，2022：25-30．