论文部分内容阅读
摘要：简述了以中国水电九局有限公司在建的各行业的人工砂石骨料系统为依托进行的环保型半干式制砂技术的深化研究，水电、核电、公路、机场砼工程对优质人工砂石的不同需求，并就在建和已建的相关制砂系统工程进行了分析论证，提出了绿色环保高品质半干式制砂技术的关键控制技术和环保标准。
关键词：半干式制砂技术；高品质环保砂石；深化研究
中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：
1绿色环保及建筑市场的需要
绿色建造技术被列入了国家“十一五”的发展纲要中，国家重视绿色经济和循环经济的发展，绿色建造涵盖了产品生命周期从产品的规划、设计、施工生产、使用运行、废弃处置全过程各个环节的环境及资源所涉及的内容，主要包括绿色选址、绿色资源、绿色生产、绿色产品。所以在设计及施工阶段就必须从矿山开采、资源利用、能源消耗、粉尘、噪音、废水处理回收利用等多方面全方位进行绿色建造。
我国因环保与生态建设的需要，《中华人民共和国环境影响评价法》于2003年9月1日起施行，随着国家限制天然砂石料的开采使用，可供合法开采的天然砂越来越少，建筑业用砂需求有较大缺口，基本是靠小砂石加工厂生产，除水电、核电有专业的施工队伍负责设计、采购、建设、运行外，其他行业还没有形成专业化生产，而铁路、机场的主要结构部分的砼还依然采用天然砂石料，因受建筑工地及天然砂石开采的限制，往往1t天然砂运到建筑工地时，运费已是砂价的6～12倍。而我国天然砂的再生资源已远远不能满足于当地建筑市场的需求量，因供大于求，价格的快速增长，大大加重了建筑业生产成本。
而航空机场跑道、铁路及高速铁路工程、公路重要桥梁高性能砼的技术规范标准还没有放开对人工砂石的使用，就其原因是市场上缺乏高品质的人工砂石料，特别是对高品质砼的人工砂石需求更是建筑业界普遍关注的问题。
高品质的人工制砂绿色环保技术是指在提高生产效率或优化产品效果的同时，又能减少资源和能源消耗率，减轻污染环境质量，促进可持续发展的技术。
2水电与建筑业对人工砂石的品质要求
2.1 水电建设工程对人工砂石骨料的质量要求
水电工程用量较大的砼有大坝常态砼、大坝碾压砼、大坝反滤料、水工建筑物抗冲磨防空蚀砼等。其中大坝常态的碾压砼强度虽然不高，按建筑业用砂分属Ⅲ类，但因其水工建筑物的特性，即混凝土的和易性、保水性、密实性、抗渗性、防裂性、温度收缩、耐久性等力学指标，而大坝碾压砼中的石粉含量要求是没有一个天然砂场能满足要求的，大坝反滤料的连续级配Ⅰ反、Ⅱ反对砂的不同需要量等，都对人工砂提出了较高的品质要求，水电砼用细骨料（砂）试验指标与规范质量指标对比见表1。
2.2 建筑工程对高品质人工砂的质量需求
航空机场跑道、铁路及高速铁路工程、公路重要桥梁高性能砼是在原GB/T 14684-2001《建筑用砂规范》的基础上根据各行业设计要求的不同而调整了其中的指标。
表1水电砼用细骨料（砂）试验指标与规范质量指标对比表
2.3建筑工程对高品质人工骨料的需求
表2粗骨料的有害物质含量限值
粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜（应）小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融破坏环境条件下的混凝土应小于1%）。
不同行业对人工砂石骨料的技术质量要求也是不同的，主要表现在以下几个方面：①骨料分级不同；②对骨料中针片状含量的要求不同；③骨料中连续级配监测控制点不同。
3半干式制砂工艺的特点
半干式制砂技术是在整个工艺流程的生产过程中全面的考虑节能降耗、绿色环保、智能优质的设计理念。
3.1 以破代磨、多破少磨
半干式制砂工艺技术主张以破代磨，多破少磨的设计思路。通过应用半干式制砂工艺技术，在达到或优于人工制砂骨料质量要求的同时，摒弃或部分摒弃一些传统且高能耗的制砂设备。
对于岩石的磨蚀性偏低，功指数Wi适中的岩石，常采用三段破碎工艺。粗碎采用开路生产，常用的一次破碎设备有：旋回破碎机、反击式破碎机，采用开路生产。中碎采用闭路生产，常用的二次破碎设备有：反击式破碎机、圆锥破碎机；制砂三次破碎设备有石打铁立轴式破碎机，制砂环节配高频双层筛分机将3-5mm的粗粒料进入调整石打铁立轴式破碎机形成开路生产便可获得优质的成品砂。
3.2前湿后干、干湿混合
毛料含泥量大于2%的岩石，在中碎前的半成品料源须充分冲洗，使骨料中不含泥或其它有害物质，在中碎、细碎过程中采用半干式生产。
3.3智能节能
自动化控制是将其工艺流程控制与生产性试验调整修正的参数输入中控系统，中国水电九局研发的“半干式制砂智能化控制技术”，不仅可以使破碎设备处于最佳运行和自我保护状态，而且还可以和给料设备、给水、高频筛分连锁，使工艺流程中的设备总是处于满负荷运行。严格控制生产过程中各环节的用水需求，加入适量水可控制破碎过程中粉尘扬弃到大气中，节能重点是：水、电、磨耗件，设备满负荷运行及利用率。
实践经验表明，加和不加自动化控制系统，可以使破碎机的效率相差20%～30%。
3.4 绿色环保
砂石加工系统的绿色环保工程，根据不同岩性，在充分了解国际国内破碎加工设备的性能和优缺点及适应性后，采用较先进的优质设备配置，降低原材料的耗损量，保护生态环境。
从设计开始遵照“环境安全”的原则，从设计总图布置，单体造型，平面布置，给水排水，降噪、除尘、噪音小于80db，空气中粉尘全是小于30mg/m3，开发使用节能和环境友好的生产设备和生产工艺流程，工厂化生产、绿化空地、硬化通道，骨料和人工砂不需要二次脱水，便为合格产品，砂石含水率控制在3%～4%之间，骨料含水率小于1%，不产生粉尘，实现绿色的制造过程。
4半干式制砂工艺技术在国内水电市场的应用
4.1 半干式制砂技术建设的人工砂石系统统计表
半干式制砂技术建设的人工砂石系统统计表见表3。
4.2在建的沙沱水电站人工砂石系统
沙沱水电站是乌江干流梯级开发方案中的第九级，总装机容量1120MW；沙沱水电站大坝属碾压混凝土重力坝，工程总计有混凝土270.8万m3，其中常态混凝土119.73万m3，碾压混凝土151.07万m3，砂石加工系统设计规模为粗碎处理能力1500t/h，成品骨料生产能力为1150t/h，共需制备砂石骨料约595.76×104t，其中碎石（特大石、大石、中石、小石）387.24×104t，砂208.52×104t。满足沙沱水电站高峰月浇筑强度15万m³万混凝土所需的砂石骨料。
表3半干式制砂技術建设的人工砂石系统统计表
矿山岩石结构：茅口组O1h厚层、中厚层灰岩，含少量燧石结核和条带；O1t 地层中厚白云质灰岩，含少量燧石团块；岩石湿抗压强度为90～110MPa。岩层产状N50°E，NW∠7°～N30°W，NE∠10°。采料范围内包括f1、f2两条断层；夹层主要有J4，瘤状泥灰岩夹泥岩，厚1.8m；裂隙两组，以方解石脉胶结为主。溶蚀深度约8m，弱风化深度与强溶蚀底界相当。
4.2.1沙沱水电站砂石加工系统流程
沙沱水电站砂石加工系统工艺流程简图见图1。
图1沙沱水电站砂石加工系统流程简图
4.2.2沙沱砂石系统的成品砂石质量指标
沙沱水电站砂石加工系统2007年4月投产，现正利用坝肩开挖料进行生产，经过多次调试，系统成品骨料质量已趋于稳定，主要技术指标见表4。
表4成品粗骨料主要技术指标
4.2.7绿色环保、节能降耗的实测指标
沙沱水电站砂石系统采用的是半干式制砂工艺，生产废水的排放指标SS≤150mg/L，回收率≥85%，生产噪音≤85dB，空气中的粉尘含量≤28mg/m3。
5结语
防止施工用水污染原河流势在必行。湿法制砂沿用棒磨机制砂所排放的大量粉泥会导致河流的严重环境污染，要解决粉泥污染投入的费用很大；而干法制砂，当系统规模大于200t/h时，粉尘污染环境的治理费用往往将大于制砂成本。故砂石系统需要对制砂工艺进行研究，采用先进的制砂工艺解决砂石骨料加工中的资源利用、能源消耗、粉尘、噪音、人工砂分级、细度模数及石粉含量问题；粉砂、废水的回收利用及粉砂的脱水问题；砂石生产的粉尘控制问题；同时，进一步研究新的石粉回收工艺，提高石粉的回收率，既要改善碾压混凝土性能，达到节能降耗，又要解决环境保护问题,
半干式制砂技术应用于石灰岩、玄武岩、砂岩已有成功事例，说明应用范围较广，近几年来我公司结合工程实例作了大量的工艺试验与砂石品质试验研究工作，认为要实现节能降耗、绿色环保应首选半干式制砂工艺技术，特别是在沙沱水电站曾对石灰岩进行的“半干式制砂智能化控制技术”的深化研究取得实效性成果，为高品质人工砂石生产提供了较充分的理论基础依据。
在石门坎砂岩砂石系统、苏家河花岗岩砂石系统的成功应用证明：不用棒磨机也能生产优质的人工砂石料，半干式制砂工艺 “以破代磨、多破少磨”这一技术正式运用于广东台山核电站砂石系统。
作者简介：魏苏清(1964-)，女，江苏省镇江市人，工程师，从事水利水电建设施工管理工作。
关键词：半干式制砂技术；高品质环保砂石；深化研究
中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：
1绿色环保及建筑市场的需要
绿色建造技术被列入了国家“十一五”的发展纲要中，国家重视绿色经济和循环经济的发展，绿色建造涵盖了产品生命周期从产品的规划、设计、施工生产、使用运行、废弃处置全过程各个环节的环境及资源所涉及的内容，主要包括绿色选址、绿色资源、绿色生产、绿色产品。所以在设计及施工阶段就必须从矿山开采、资源利用、能源消耗、粉尘、噪音、废水处理回收利用等多方面全方位进行绿色建造。
我国因环保与生态建设的需要，《中华人民共和国环境影响评价法》于2003年9月1日起施行，随着国家限制天然砂石料的开采使用，可供合法开采的天然砂越来越少，建筑业用砂需求有较大缺口，基本是靠小砂石加工厂生产，除水电、核电有专业的施工队伍负责设计、采购、建设、运行外，其他行业还没有形成专业化生产，而铁路、机场的主要结构部分的砼还依然采用天然砂石料，因受建筑工地及天然砂石开采的限制，往往1t天然砂运到建筑工地时，运费已是砂价的6～12倍。而我国天然砂的再生资源已远远不能满足于当地建筑市场的需求量，因供大于求，价格的快速增长，大大加重了建筑业生产成本。
而航空机场跑道、铁路及高速铁路工程、公路重要桥梁高性能砼的技术规范标准还没有放开对人工砂石的使用，就其原因是市场上缺乏高品质的人工砂石料，特别是对高品质砼的人工砂石需求更是建筑业界普遍关注的问题。
高品质的人工制砂绿色环保技术是指在提高生产效率或优化产品效果的同时，又能减少资源和能源消耗率，减轻污染环境质量，促进可持续发展的技术。
2水电与建筑业对人工砂石的品质要求
2.1 水电建设工程对人工砂石骨料的质量要求
水电工程用量较大的砼有大坝常态砼、大坝碾压砼、大坝反滤料、水工建筑物抗冲磨防空蚀砼等。其中大坝常态的碾压砼强度虽然不高，按建筑业用砂分属Ⅲ类，但因其水工建筑物的特性，即混凝土的和易性、保水性、密实性、抗渗性、防裂性、温度收缩、耐久性等力学指标，而大坝碾压砼中的石粉含量要求是没有一个天然砂场能满足要求的，大坝反滤料的连续级配Ⅰ反、Ⅱ反对砂的不同需要量等，都对人工砂提出了较高的品质要求，水电砼用细骨料（砂）试验指标与规范质量指标对比见表1。
2.2 建筑工程对高品质人工砂的质量需求
航空机场跑道、铁路及高速铁路工程、公路重要桥梁高性能砼是在原GB/T 14684-2001《建筑用砂规范》的基础上根据各行业设计要求的不同而调整了其中的指标。
表1水电砼用细骨料（砂）试验指标与规范质量指标对比表
2.3建筑工程对高品质人工骨料的需求
表2粗骨料的有害物质含量限值
粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜（应）小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融破坏环境条件下的混凝土应小于1%）。
不同行业对人工砂石骨料的技术质量要求也是不同的，主要表现在以下几个方面：①骨料分级不同；②对骨料中针片状含量的要求不同；③骨料中连续级配监测控制点不同。
3半干式制砂工艺的特点
半干式制砂技术是在整个工艺流程的生产过程中全面的考虑节能降耗、绿色环保、智能优质的设计理念。
3.1 以破代磨、多破少磨
半干式制砂工艺技术主张以破代磨，多破少磨的设计思路。通过应用半干式制砂工艺技术，在达到或优于人工制砂骨料质量要求的同时，摒弃或部分摒弃一些传统且高能耗的制砂设备。
对于岩石的磨蚀性偏低，功指数Wi适中的岩石，常采用三段破碎工艺。粗碎采用开路生产，常用的一次破碎设备有：旋回破碎机、反击式破碎机，采用开路生产。中碎采用闭路生产，常用的二次破碎设备有：反击式破碎机、圆锥破碎机；制砂三次破碎设备有石打铁立轴式破碎机，制砂环节配高频双层筛分机将3-5mm的粗粒料进入调整石打铁立轴式破碎机形成开路生产便可获得优质的成品砂。
3.2前湿后干、干湿混合
毛料含泥量大于2%的岩石，在中碎前的半成品料源须充分冲洗，使骨料中不含泥或其它有害物质，在中碎、细碎过程中采用半干式生产。
3.3智能节能
自动化控制是将其工艺流程控制与生产性试验调整修正的参数输入中控系统，中国水电九局研发的“半干式制砂智能化控制技术”，不仅可以使破碎设备处于最佳运行和自我保护状态，而且还可以和给料设备、给水、高频筛分连锁，使工艺流程中的设备总是处于满负荷运行。严格控制生产过程中各环节的用水需求，加入适量水可控制破碎过程中粉尘扬弃到大气中，节能重点是：水、电、磨耗件，设备满负荷运行及利用率。
实践经验表明，加和不加自动化控制系统，可以使破碎机的效率相差20%～30%。
3.4 绿色环保
砂石加工系统的绿色环保工程，根据不同岩性，在充分了解国际国内破碎加工设备的性能和优缺点及适应性后，采用较先进的优质设备配置，降低原材料的耗损量，保护生态环境。
从设计开始遵照“环境安全”的原则，从设计总图布置，单体造型，平面布置，给水排水，降噪、除尘、噪音小于80db，空气中粉尘全是小于30mg/m3，开发使用节能和环境友好的生产设备和生产工艺流程，工厂化生产、绿化空地、硬化通道，骨料和人工砂不需要二次脱水，便为合格产品，砂石含水率控制在3%～4%之间，骨料含水率小于1%，不产生粉尘，实现绿色的制造过程。
4半干式制砂工艺技术在国内水电市场的应用
4.1 半干式制砂技术建设的人工砂石系统统计表
半干式制砂技术建设的人工砂石系统统计表见表3。
4.2在建的沙沱水电站人工砂石系统
沙沱水电站是乌江干流梯级开发方案中的第九级，总装机容量1120MW；沙沱水电站大坝属碾压混凝土重力坝，工程总计有混凝土270.8万m3，其中常态混凝土119.73万m3，碾压混凝土151.07万m3，砂石加工系统设计规模为粗碎处理能力1500t/h，成品骨料生产能力为1150t/h，共需制备砂石骨料约595.76×104t，其中碎石（特大石、大石、中石、小石）387.24×104t，砂208.52×104t。满足沙沱水电站高峰月浇筑强度15万m³万混凝土所需的砂石骨料。
表3半干式制砂技術建设的人工砂石系统统计表
矿山岩石结构：茅口组O1h厚层、中厚层灰岩，含少量燧石结核和条带；O1t 地层中厚白云质灰岩，含少量燧石团块；岩石湿抗压强度为90～110MPa。岩层产状N50°E，NW∠7°～N30°W，NE∠10°。采料范围内包括f1、f2两条断层；夹层主要有J4，瘤状泥灰岩夹泥岩，厚1.8m；裂隙两组，以方解石脉胶结为主。溶蚀深度约8m，弱风化深度与强溶蚀底界相当。
4.2.1沙沱水电站砂石加工系统流程
沙沱水电站砂石加工系统工艺流程简图见图1。
图1沙沱水电站砂石加工系统流程简图
4.2.2沙沱砂石系统的成品砂石质量指标
沙沱水电站砂石加工系统2007年4月投产，现正利用坝肩开挖料进行生产，经过多次调试，系统成品骨料质量已趋于稳定，主要技术指标见表4。
表4成品粗骨料主要技术指标
4.2.7绿色环保、节能降耗的实测指标
沙沱水电站砂石系统采用的是半干式制砂工艺，生产废水的排放指标SS≤150mg/L，回收率≥85%，生产噪音≤85dB，空气中的粉尘含量≤28mg/m3。
5结语
防止施工用水污染原河流势在必行。湿法制砂沿用棒磨机制砂所排放的大量粉泥会导致河流的严重环境污染，要解决粉泥污染投入的费用很大；而干法制砂，当系统规模大于200t/h时，粉尘污染环境的治理费用往往将大于制砂成本。故砂石系统需要对制砂工艺进行研究，采用先进的制砂工艺解决砂石骨料加工中的资源利用、能源消耗、粉尘、噪音、人工砂分级、细度模数及石粉含量问题；粉砂、废水的回收利用及粉砂的脱水问题；砂石生产的粉尘控制问题；同时，进一步研究新的石粉回收工艺，提高石粉的回收率，既要改善碾压混凝土性能，达到节能降耗，又要解决环境保护问题,
半干式制砂技术应用于石灰岩、玄武岩、砂岩已有成功事例，说明应用范围较广，近几年来我公司结合工程实例作了大量的工艺试验与砂石品质试验研究工作，认为要实现节能降耗、绿色环保应首选半干式制砂工艺技术，特别是在沙沱水电站曾对石灰岩进行的“半干式制砂智能化控制技术”的深化研究取得实效性成果，为高品质人工砂石生产提供了较充分的理论基础依据。
在石门坎砂岩砂石系统、苏家河花岗岩砂石系统的成功应用证明：不用棒磨机也能生产优质的人工砂石料，半干式制砂工艺 “以破代磨、多破少磨”这一技术正式运用于广东台山核电站砂石系统。
作者简介：魏苏清(1964-)，女，江苏省镇江市人，工程师，从事水利水电建设施工管理工作。