河沙选矿机(「科普讲堂」机制砂生产中有关痛点的分析及诊治)

Posted 2023-05-31

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河沙选矿机(「科普讲堂」机制砂生产中有关痛点的分析及诊治)

编者按：

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经过全行业的上下努力，机制砂正在国内逐步大面积取代河砂，并已取得了许多成功的经验和收获。但对于一些生产机制砂的公司来说，仍然存在着各种问题或难于言说的痛点。

一、几类常见的痛点或问题

目前几乎所有传统的破碎机（除粗破外）和磨机均加入到生产机制砂的行业当中，每种粉碎设备都体现了各自不同的特点和优势。但即使如此，一些机制砂生产企业仍存在着以下几个常见的痛点或问题：

1、机制砂的产品合格，生产正常，但盈利低、甚至亏本。

2、当采用含泥含水份高的石屑（或废尾废石）制砂时不但产量低，而且质量难达标。

3、采用硬质岩制砂，其机制砂的质量往往不高、产量偏低和易损件损耗太快。

上述痛点或问题，国内不少企业尝试采用不同的粉碎设备和各种工艺进行改进，获得了一定的改观，但仍然不能根本地解决上述痛点或问题。

众所周知，传统的破碎设备一般适宜于将物料破碎至几十毫米，最小可破碎至10毫米以下。而对于机制砂来说要求在几毫米以下，其应用量最大的Ⅱ区砂要求其粒级分布主要集中在0.075～1.18mm之间，这使得传统的破碎机只能依靠显著增加破碎强度，以增加细粒的产率，但增加破碎强度的负效应是物料的细粉增加和易损件的磨损加快。另外传统的破碎机的破碎原理限制了物料一次入机的破碎机率一般只有1～2次左右，这样又造成了其成砂率较低，为了获得合格的机制砂，物料只能多次反复给入破碎机，物料循环次数太多，至少会显著增加系统其它设备的能耗。

如果采用磨机加工机制砂，其优点是台时产能高，但磨机主要是用于生产细粉，因此其缺点是细粉比破碎机更多和功耗较大。

二、新型机制砂装备和工艺简介

针对前述部分机制砂企业存在的痛点或问题，依靠传统技术进行破解，在实践上存在许多困难。长沙深湘通用机器有限公司长期研究并开发的深湘机制砂高端装备及工艺对各种砂石原料进行了大量的工业试验并应用于机制砂行业均取得成功获得了较为满意的效果，从而为前述的部分机制砂生产企业中存在的痛点或问题，有可能进行合理的破解。

十几年前，长沙深湘通用机器有限公司就已开始研究并开发机制砂高端装备的新型设备及工艺。当时在电厂存在着对生产脱硫机制砂的紧迫需求，其产品要求0～0.7mm、0～1mm、0～15mm（少数需求0～3mm），这些企业几乎试用过了国内外许多传统粉碎装备，一直不尽人意。

当深湘高端机制砂装备进入这个行业后，其独特而优越的性能逐步吸引了这个行业的关注和应用，以至于后来深湘机制砂高端装备几乎成为了国内外这一行业的唯一首选设备，并由此获得了国家电力行业的科技进步一等奖，目前运行于国内外电厂的一百多套脱硫机制砂的高端装备的每一家都可以成为成功运行的示范企业。

深湘机制砂高端装备及工艺不但适用于软质岩和硬质岩制砂，同时也适用于各种状况的石屑制砂。例如下面两项石屑制砂的案例简介如下：

陕西某砂石公司的石屑机制砂项目

该项目为年产500万吨砂石骨料，其中石屑制砂产能要求350t/h。其岩石为白云岩，抗压强度平均110MPA，石屑原料的细度模数3.5左右，亚甲蓝为4～6，细粉含量平均为14%，含水率≤4%。

该公司购入一套合同的生产能力为350t/h的深湘机制砂楼，投入运行后，其石屑原料的处理能力最大达400t/h，合格机制砂的产量最大为350t/h，亚甲蓝值为0.8-1，细度模数为2.4-2.6，机制砂的石粉含量6%（干筛，其石粉含量最低可控制为1%），机制砂的成砂率为89%，系统生产时新生的细粉仅3%左右。

湖北某砂石公司的石屑机制砂项目

该项目为时产180t/h的石屑制砂项目，其岩石为石灰石，石屑原料的亚甲蓝为4左右，石粉含量为16%左右，水份最大时为4%。运行后的产量达标，机制砂的亚甲蓝值为1-1.3，石粉含量为6%左右。

三、深湘机制高端装备中的核心主机介绍

核心主机之一——柱磨机

柱磨机是深湘机制砂装备的系统中应用范围最广的粉碎机，是目前国内外唯一可以生产出高品质的机制砂同时又针对硬质岩具有高耐磨特征的高端装备。其基本结构和工作原理由长沙深湘机器公司独创。一百多台套的柱磨机及系统的制砂装备多年以来一直应用于生产机制砂（以电厂居多）并享誉国内外。

柱磨机是一种立式辊压粉碎机，采用连续反复的料层辊压的粉碎原理，对于含泥高的石屑（或软质岩硬质岩的碎石）给入机内后，在立式环锥形衬板之上物料从上至下被加压的辊轮给予几十次的反复辊压、反复搓揉，可使各种赋存状况的泥土变为粉末，并使针片状颗粒（或碎石）被改变为接近多边立方体，同时新产生的细粉很少。粉碎后的机制砂的粒型好，粒级分布十分合理，一次出机的成品率高（一般为70%～80%），其碾压原理又使得其磨损极低（对于石灰石物料的易损件寿命可达3年）。

柱磨机

核心主机之二——高效多级选砂机

高效多级选砂机是深湘机制砂高端装备中用于砂石粗细分离的设备，完全采用气体进行粗细粒的分选，这完全打破了目前国内外各行业采用的筛分机分离粗细颗粒的常规工艺和方法。筛分机一般存在着分离效率较低（一般60%左右），当筛分粒度太小或物料水份高时筛网容易堵塞、筛分时粉尘和噪音大，筛网1～两个月后需更换等。而深湘公司独立研发的高效多级选砂机的分离效率可达80%～90%（无论物料的粗细），即使含一定的水份也能正常分离。其控粉能力强，一般可将机制砂的含粉量控制在2%以内。给入物料后高效多级选砂机选出泥粉，并分选出合格的机制砂产品。由于机内无筛板并加装有超耐磨的材料，因此易损件寿命极长（使用超过五年也无须更换易损件）；另外由于物料是在密闭的机内和管道内运行，因此工作时无粉尘和噪音较低。

高效多级选砂机

四、深湘机制砂高端装备的特点

长沙深湘通用机器有限公司独立研发的深湘机制砂装备在采用石屑，或软质岩或硬质岩的碎石制备机制砂时，均具备下述特征：

1. 各种物料均可制备成优质机制砂

深湘机制砂装备可将各种石屑、软质岩和硬质岩的碎石都制备成优质机制砂。在混凝土同等配比的条件下，比优质河砂的抗压强度还高20～30％。

2. 其质量优于河砂

由于深湘机制砂装备生产的机制砂具有粒型好，尤其是其粒级分布可达到国家标准中较理想的分布曲线，其质量高于优质河砂，因此其售价可显著高于普通机制砂。

3.性价比高

对比传统设备的实际产量实际只有合同产量的50%左右，深湘机制砂装备的实际产量一般≥合同产量，也即是不但能达产，还略有富余，因此其实际产能可达传统设备的200%左右。

4.一吨碎石可产一吨砂

由于深湘机制砂工艺系统中新产生的细粉极少（一般石屑为2%-5%，碎石为6%～10%左右，而传统装备一般为20%左右，）和选砂机的分选精度高，采用石屑制砂的成砂率一般为80%-90%（传统设备一般为40%-60%）；采用碎石制砂的成砂率一般可达100％（其机制砂的细粉含量为7～10%），而传统设备的成砂率一般为80％左右。

5.节能降耗达40%以上

比传统装备节电40%左右，主机易损件消耗节省50％以上。

6.可将尾矿废石中的金属高效富集成粗精矿粉

由于系统中的核心主机的柱磨机对金属矿石中的金属矿物具备独有的单体解离的效果，因此对金属矿山的废石及尾矿的碎石制成的机制砂进行选矿处理可获得高回收率和高品位的粗精矿。

7.经济效益极高

由于其机制砂的质量高于河砂，因此每吨砂的售价比普通机制砂高20元/吨以上；其成砂率一般可达100%，对比传统装备的80%的成砂率，这可大幅提高企业的纯利润；40%的节能降耗可为企业显著降低生产成本。

五、痛点的诊治

（一）诊治痛点1——生产机制砂赢利不高

有一部分生产和经营机制砂的企业盈利不高或持平甚至亏损。其机制砂的质量合格，其不盈利的大致情形是机制砂的价格不高，或者当地机制砂供大于求造成竞争加剧，或者当地仍有相当一部分河砂供应，或者该机制砂企业距市场较远造成运费较大而降低了售价等等。

分析这类企业的机制砂盈利小的主要原因是：

①、由于机制砂的质量低于河砂，因此其售价一般要低20～60元/t；

②、传统设备生产机制砂时，碎石制砂的成砂率一般为80%左右，其余20%大部分成为了废粉，如果是石屑制砂时，其成砂率一般仅为50～60%；

③、其电耗和易损件消耗较大，使生产成本增大。

如果采用深湘机制砂高端装备，其产生的积极效果是：

①、因为其生产的机制砂的质量较高，因此其机制砂的售价应当可以类似河砂，那么这样可提高机制砂的售价20元/t以上。

②、深湘机制砂高端转备对于碎石制砂可以达到一吨碎石生产一吨砂，对于石屑制砂来说可实现一吨石屑生产0.8～0.9t/h优质机制砂，由此可增加20～30%的机制砂，机制砂如果按100元/t计，此项可又增加20元/t以上。

③、由于其节能降耗可比传统设备降低40%左右，因此该项使每生产一吨机制砂又可节省3～5元。

此三项相加，每生产一吨机制砂可节省或多赢利43元以上。对于一套台时200t/h的机制砂系统，如果每年生产250天，每天工作20h，那么这套深湘高端机制砂系统一年即可多创利润43元/t*250天*20h*200t/h=0.43亿元。这样不但对解决上述痛点应当会有较好的效果，而且对现有一定盈利的机制砂生产企业也可以创造更好的经济效益。

（二）诊治痛点2——含泥含水分高的石屑（或金属矿的尾矿废石）制砂的产量低和质量不易达标

当石屑（或尾矿废石）含泥量较高时，传统设备一般难于采用干法制砂，如果同时含水分偏高，那样更难于加工，这首先是因为泥在石屑中的赋存状态并非以单独的泥粉存在，其有4种赋存状态：

1、游离粉；

2、团块粉，或泥块；

3、附着粉，粘附在砂粒外表面；

4、缝隙粉，分布在砂粒的缝隙中，或相互镶嵌成为连生体。

仅依靠简单的冲击、筛分和选粉是较难于将泥从石屑砂中分离的。如果这种石屑中再出现较高的水分，甚至水分高至将石屑粘成一团（比如当水分＞4%），这时采用传统装备进行干式制砂更是十分勉为其难。

但是，采用深湘机制砂高端装备用于加工上述高含泥或高含泥高含水分的石屑（例如石屑原料的亚甲蓝达6，水分达3～4%）时，不但机制砂产品合格并属于优质机制砂，同时其产砂率仍可达80～90%。上述效果不管是在为客户的实验中，还是在几家实际客户的应用中，都已反复予以证明。

其原因，是在于石屑在深湘机制砂高端装备的系统内受到了反复的揉搓，不断地受到料层碾压，冲击和碰撞，各种赋存状态下的泥全部转变成了独立的泥粉，这种状态下的泥粉很容易被分离。而对于近似于泥浆状的高水份的石屑是不可能被任何传统设备进行泥砂分离的。

而深湘制砂系统中的柱磨机，作为一种具有独特性能的粗磨设备对于含泥的石屑，其采用的辊轮对翻滚的石屑的料层进行反复的碾压，这不但对针片状的石屑进行了更好的粉碎和整形，而使机制砂的粒形和粒级分布处于更理想的状态，同时也将各种赋存状态的泥变成了独立的泥粉而便于分离。

而对于高含泥高水分的石屑，同样通过辊轮对石屑的料层进行独特的低中压力的反复碾压，使得石屑的颗粒得到了充分的破碎和整形（但新增的细粉却极少），这使石屑砂增加了大量的新生表面积，而原有的水分必然被分配至大量的新生表面积之上，这造成的极大变化就是原来粘湿可以成团的石屑变成了相对干燥并充分分散的石屑砂，这种充分分散的颗粒和泥粉当然在揉搓、碰撞及擦洗的气体干式砂石清洗机和空气多级选砂机中获得了更充分的分离，并由此获得高质量的机制砂，从而使这一痛点和问题得到很好的诊治。

（三）诊治痛点3——硬质岩制砂磨损打和质量差

硬质岩一般是指硬度高和抗压强度高的花岗岩、鹅卵石、玄武岩等（不包括风化岩），采用这些硬质岩生产机制砂时，很多企业都遇到了破碎机的易损件磨损剧烈，机制砂粒形差和粒级分布呈两头多，中间少和细粉多，此外产量也较低。出现这些情况的原因较为简单，即石头的硬度大会使得易损件磨损加快。其抗压强度高使其不容易破碎、产量低、及粒形和粒级分布差。

目前在机制砂应用较多的立轴式冲击破碎机在用于石灰石制砂时，其易损件的寿命一般为半个月至一个月。而深湘机制砂高端装备中的柱磨机采用石灰石生产机制砂的易损件寿命一般为3年。此外，柱磨机的工作原理和基本结构是采用多个辊轮在倒锥形衬板内反复碾压，物料从倒锥形衬板的最顶部流入，被施以中低压力的多个辊轮进行几十次的料层粉碎。这样使得坚硬物料不仅受到充分的破碎（一次成砂率70～80%），同时粉末却很少，由此而获得优质的硬质岩机制砂，从而可以很好地诊治机制砂生产中的痛点3。