中国人工砂生产技术的发展

中国人工砂生产技术的发展

0制砂工艺和技术经过中国水利水电第九研究所（以下简称水电九研究所）三代人的不断探索和工作，我们成功地走上了建设人工砂砂系统的独特道路。他从系统设计、施工到生产、运营和管理，以及人工砂砂开采和加工的技术和经验，创造了干砂开采和加工的技术和经验。建立了20年的干燥砂处理技术。借鉴和发展了湿砂处理第二版20年的技术。2003年，创造出第三、绿色环保半干旱处理技术，拥有自行的固定工具和多个实用发明，拥有中国制砂行业的第一部分技术方法。目前“九局环保砂石,中国品牌砂石”已为建筑业砂石骨料发展奠定了坚实的基础。本文将从水电九局50多年来在建筑用砂石发展中的研究与实践,描述砂石骨料与混凝土强度及耐久性等主要指标的关系,同时向业内推广低碳、节能、绿色环保的高品质人工砂石生产技术。1砂石料的选择建筑用砂石在上世纪初主要来源于大江大河和古河床滩地。上世纪50年代新中国成立后百废待兴,大兴土木需要大量使用砂石料,当时采用的砂石料是天然砂石料,基本没有破碎加工的工艺,天然砂石料主要依靠筛分来进行分级选用,部分使用的破碎加工技术及设备主要来源于前苏联;而在贵州,因河流河床深切、水流湍急,难以形成河床滩地,没有形成良好的天然砂石料场,所以贵州的建筑工程很少使用天然砂石料。当时用于制备混凝土的粗骨料主要依靠人工手持铁锤破碎新鲜的块石而成,石灰岩、白云岩强风化层岩石便是砂的主要来源,被称为自然山砂,山砂与人工锤制而成的碎石形成混凝土用砂石骨料。1.1中国第1代法定砂砂系统上世纪50年代末,贵州猫跳河三级修文水电站由于设计坝型为混凝土拱坝,因猫跳河没有足够的天然砂石料作为混凝土材料,同时也不具备远距离运输的能力,于是捷克专家要求将混凝土拱坝改为堆石坝,而苏联专家与贵州省水电厅、水电九局共同研究后认为,从坝址的地质与地形条件上分析,建设混凝土拱坝更为经济快捷。经过多次试验,最终用白云岩山砂与粗骨料拌制出了C17和C20混凝土,同时采用锤式制砂机制砂拌制出了C20和C27.5混凝土。砂石系统于1959年8月通过验收,砂石问题得到解决后才能确定三级修文水电站为混凝土拱坝(中国第1座厂顶溢流拱坝)。筑坝材料的解决大大加快了筑坝速度,仅用1年6个月就建成了1座49m高的混凝土拱坝,这在当时是一个奇迹。从1960—1962年,水电九局进行了大量的试验与研究,确定了中国第1代干式制砂工艺:2级破碎,生产能力为80t/h,一破粗碎采用250mm×500mm的颚式破碎机,二破细碎为400mm×600mm的锤磨机设备,锤磨机上设置筛条生产小石,设置铸铁圆孔板筛网生产砂。1963—1970年在猫跳河二级、四级水电站建设中,因石灰岩和白云岩含泥问题影响砂石质量,便开发出了3级破碎,生产能力为80t/h;“从开采面取得的石料经铁道(人工矿车)运至250mm×500mm的颚式破碎机粗碎,然后通过皮带机送到600mm×800mm带筛条(37mm×37mm)锤磨机,经筛分后小于5mm的颗粒送到砂料堆,5～10mm的颗粒进入螺旋洗石机清洗后送到小石堆,大于10mm的颗粒进入中石堆,部分进入400mm×600mm锤磨机锤磨(机上带铸铁圆孔板网)直接生产小于5mm的颗粒送到砂料堆”。1966—1974年在猫跳河五级、六级水电站分别建设了160t/h和200t/h的砂石系统。1978年水电九局的“用白云岩制水工混凝土的人工砂”技术荣获贵州省科学大会奖。上世纪90年代后,为了解决石粉含量问题,湖南江桠、广西百色水电站砂石系统采用了干式制砂工艺,虽然石粉含量有所提高,但相关指标极不稳定,石粉含量经常超标,原矿石中的杂质和泥土经加工进入砂中,造成石粉中小于0.08mm的粉泥无法分离,粗骨料裹粉严重,影响了混凝土的质量,加大了建设成本,且粉尘污染很严重。1.2种制砂设备的研究1965—1966年,中国水电总局组织8家科研单位进行了棒磨机制砂试验,在四川映秀湾水电站投入试用;1972年将棒磨机正式应用于生产能力为500t/h的贵州乌江渡水电站人工砂石系统,便形成了全湿式制砂技术。上世纪80年代,水电九局采用全湿式制砂技术在贵州东风水电站建成了450t/h的人工砂石系统:粗碎为旋回破,中碎为反击破,制砂主要使用细圆锥加棒磨机。采用湿式制砂工艺,砂的脱水周期长,会影响成品砂的产量,需要的仓库较大,且砂的石粉流失量大、回收难,成品砂的石粉含量低,生产废水对环境造成的污染较大,水处理费用高,较难实现资源循环使用;含水率不易控制在6%以下。因此,1993年在贵州南盘江天生桥二级水电站450t/h白云砂石系统中,重点研究了制砂工艺的改进与创新,在国内首次引进美国NORDBERG公司生产的旋盘破碎机作为制砂的主要设备,棒磨机作为辅助制砂设备,形成湿式棒磨机与干式旋盘破碎机联合制砂,这是制砂的一种新尝试,无论是工艺技术还是设备配套都有了长足进步。对2种制砂设备进行了3个月的对比试验,因棒磨机产量低、钢棒消耗大、污染严重而没有再使用,只使用旋盘破碎机制砂。2种制砂设备比较见表1。旋盘破碎机进料为20～40mm时,石灰岩产砂率为70%,花岗岩为60%。1996年四川二滩水电站砂石系统被公认为当时最先进的工艺,岩石由70%的正长岩和30%的玄武岩组成,整个系统全部采用进口设备,分4段破碎、开路生产。该系统制砂采用了4台英国NORDBERG公司生产的CYRADLSC46型的旋回式细碎机,筛分后经水洗的砂和棒磨机生产的砂分为0～1.2mm的细砂和1.2～4.8mm的粗砂,粗砂经脱水后进入粗砂仓,细砂经LAMEX的真空脱水后进入细砂仓,2种砂混合后形成合格的人工砂。历时3年多共588组的质量检测,其细度模数FM=2.58～3.19,平均为2.86,负误差为0.28,正误差为0.33;其含水率细砂为8.3%～17%,平均为10%,粗砂为4%～6%,平均为5.4%,粗、细砂综合后平均含水率为8%。1.3半干旱砂处理技术1.3.1半干法砂系统2001年9月建设的贵州索风营水电站石灰岩砂石系统规模为850t/h,业主招标的文件是按原SL53—1994《水工碾压混凝土施工规范》拟定,砂的细度模数FM=2.2～3.0,砂中石粉(d<0.16mm的颗粒)含量以8%～17%的指标设计的。而开工建设时DL/T5112—2000《水工碾压混凝土施工规范》已开始实施,人工砂的细度模数FM=2.2～2.9,石粉含量为10%～22%,含水率小于6%,允许偏差0.5%;常态混凝土DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》人工砂的细度模数FM=2.4～2.8,石粉含量由原来的6%～12%放大到6%～18%,含水率小于6%。砂石系统要为水电站同时提供碾压混凝土和常态混凝土用砂,基于业主对索风营水电站建绿色水电公园的要求,水电九局总结和研究了干式和湿式制砂的优点及缺点,结合43年人工砂石制砂经验,研究出了绿色环保型半干式制砂工艺,其核心是“以破带磨、多破少磨、前湿后干、干湿结合、智能节能、绿色环保”。破碎采用粗、中、细3段破碎,其中粗碎采用开路生产,中、细碎采用闭路循环生产。工艺要解决的主要问题是毛料含泥的控制,半成品加工中的脱泥分级技术,制砂料源的含水率控制,立轴式制砂机产品两头大中间小的技术参数控制,骨料的连续级配、孔隙率、针片状含量、砂的细度模数、可调节的石粉含量、砂的含水率等问题。为此,粗碎、中碎采用反击破,细碎制砂采用立轴破。为了实现半干式制砂,在系统投产后分阶段根据毛料的改变及设备配套上的一些综合问题进行了工艺改进与调整;2003年7月至2004年1月生产砂石骨料29.3万m3,工艺改进主要解决了细度模数的稳定性及石粉含量相关指标问题。2004年5—12月完成了半干式制砂技术的研究,调整了部分工艺,增加了1台高速立轴破,解决了立轴破生产砂中大于2.5mm以上颗粒的再破碎问题;同时回收了中碎洗石过程中流失的粉砂,解决了立轴破生产砂中细度模数大、石粉含量低的问题。经过8个月生产82.5万m3砂石骨料的生产性试验,成品砂的各项指标均已稳定,176组试验检测平均含水率为3.8%,细度模数FM=2.73～2.91,平均细度模数为2.78,石粉含量为17%～21%,平均石粉含量为18.73%,见表2。在2004年全国首届砂石生产技术交流会上公布了半干式制砂技术,2005年经贵州省科技厅组织的国内专家组验收,评定为国内领先水平,同年获贵州省科技进步奖。1.3.2半干法制砂成功案例2006年,水电九局承建的云南苏家河口砂石系统岩石为粗粒花岗岩,平均抗压强度为144MPa,规模为660t/h,粗碎为C100开路生产,中碎为闭路生产,设置1台S380圆锥破和1台CF250反击破,制砂为立轴破。同时生产反滤料和混凝土用砂石骨料180万t,满足了苏家河口水电站堆石坝用反滤料和松山河口碾压坝用砂石骨料的要求,经过5年的生产证明,其产品质量稳定,半干式制砂技术应用于硬岩制砂是成功的。2007—2011年,水电九局承建的云南李仙江流域石门坎水电站工人砂石系统规模为450t/h,为双曲拱坝提供砂石骨料,粗碎为CF900×1200颚破,中碎为S380圆锥破,制砂为石打石PL-850和S1000立轴破,共生产大、中、小石、砂共126万t,系统运行可靠,成品质量稳定。骨料针片状含量小于6.5%,砂的细度模数FM=2.55～2.79,石粉含量13.5%～15.3%,这是半干式制砂技术应用砂岩的一个成功案例。2007—2011年,在贵州沙沱水电站1500t/h的石灰岩人工砂石系统工程中,完善了半干式制砂工艺,采用了“两端开路、中间闭路”的破碎流程,粗碎3台反击破开路生产、中碎4台反击破闭路生产,制砂4台立轴破与1台高速立轴破形成联合开路制砂,同时在国内率先采用了美国进口的高频筛分设备进行砂的细度模数调整,2010年全年的检测结果如下:砂总量82.3万t,碾压混凝土共取样234组,最大细度模数FM=2.88,最小FM=2.62,平均FM=2.79,石粉含量17.6%,含水率4.1%,波动小于1,级配连续均匀,孔隙率36%,被业内专家评为最优质的人工砂。1.4骨料质量分析2008—2011年,水电九局承建了广东台山核电厂花岗岩人工砂石系统,其原石料属中粗粒或中粒似斑状花岗岩,主要由长石晶体和石英晶体镶嵌构造而成,含有约5%的云母和2%的绿泥石。石料的抗压强度为120～235MPa,密度约为2.6～2.7g/cm3,松散堆积密度约为1.35～1.45g/cm3,松散堆积空隙率约为47%。该砂石加工系统设计处理规模为440t/h,成品骨料生产能力为350t/h(其中砂150t/h、骨料200t/h)。根据料源岩石岩性和核电高标号混凝土对骨料的需求等情况,采用“3段破碎”工艺:粗碎选用颚式破碎机,中碎选用圆锥式破碎机,细碎选用立轴式破碎机,螺旋洗砂机洗去部分立轴破制干砂中的石粉。粗骨料成品生产采用“末级出成品”方案,经细碎车间立轴式破碎机整形后的成品的中、小石骨料粒形及针片状含量均满足规范要求;采用“3级筛分”工艺,有效调节粗骨料颗粒级配连续,月供应量骨料为5.7万t。在设计时采用了以破代磨、多破少磨的思路,应中国广东核电公司的要求,预留了2台棒磨机的位置,安装1台棒磨机仅进行了试运行,实际运行中因工艺先进可靠、石料破碎较充分、立轴破运行成砂率高,2010年3月,完全不用棒磨机就生产出了高标号混凝土C80用优质人工砂石骨料。砂的取样结果见表3。2010年1—10月,用同一矿山的花岗岩分别在“YJ”核电站的全湿式砂石系统生产砂石骨料与台山核电厂半干式砂石系统生产砂石骨料做了C60～C75混凝土对比试验,结论为台山核电厂生产的砂石成品质量优于“YJ”核电厂生产的成品质量,每方混凝土可节约水泥用量7.69%(25kg)。1.5半干法智能化控制检测2008—2011年,水电九局承建的当今世界最大的金沙江观音岩水电站人工砂石系统是集水电九局50多年经验与技术建成的一座“智能节能、低碳环保”的巨型人工砂石系统。观音岩水电站砂石系统岩性为二叠系下统茅口组灰岩,湿抗压强度平均为107.3MPa,系统设计处理能力为3300t/h,设计成品产量为2700t/h。根据半干式制砂的工艺技术特点,采用了3段破碎工艺,粗碎为开路生产,4台反击破碎机联合生产半成品石料;中碎4台反击破闭路循环生产,以适应各种级配混凝土用骨料需求量的变化要求;细碎为闭路循环,主要采用8台立轴式破碎机制砂。该系统工艺采用了“智能化半干式制砂工艺”专利技术,系统在设计时采用以环形冗余光纤以太网作为主干通讯网络,将各配电室信息管理系统、上位机监控系统、PLC控制系统、工业电视监控系统、语音通讯系统、智能仪表采集装置、噪音监测、粉尘监测、大屏幕显示系统有机结合成一体,通过1根光纤取代大量的电缆将各种信息传输到中央控制室集中处理,中央控制室同时也将有关信息反馈到各配电室,中央控制室实现了一人便可进行系统运行的操作控制,同时不管你远在外地任何地方,只要能上网便可查看施工运行的同步工况。半干式智能化控制的主要特点是工艺流程稳定可靠、设备能力得到最大限度发挥,按工艺流程的最优设定控制设备的给料、给水量,可以使设备处于满负荷运行。骨料质量在PCL的控制中稳定可靠,达到了环保节能的目的。大石、中石、小石的生产工艺均为反击破加工,粗碎前经棒条给料机一次弃泥、一筛冲洗筛分后出大石成品,中石送至制砂车间作砂的主要加工料源,小于20mm的经洗石机去泥脱水后的50%送到制砂车间,一筛后大于80mm的石料送入中碎加工,主要生产中石成品和50%的小石成品,中石在进入成品料仓前再经中径检测筛分冲洗。经2级反击破生产的中石、小石粒形方正,基本无针状偏平体。2010-01-01—2011-4-15成品料针片状含量统计质量指标见表4。从表4可知,针片状含量最大值仅为1.21%,规范规定为≤15%,说明质量控制较好。砂的质量控制单元可自动调整控制砂的细度模数,生产2种不同石粉含量的碾压混凝土用砂和常态混凝土用砂,砂的含水率为3.5%～4.5%,砂在18m高下落的堆料过程中,1m以外不扬起粉尘,同时在堆料过程中不产生分离和翻滚,形成坍塌式“无离析堆存”。无论在砂堆的任一点取样,其质量指标是一致的,砂的级配连续,堆积密度最大。运用过程能力指数CP反应质量控制公差偏离情形,以实测常态砂的细度模数绘制控制图分析。X¯¯¯−RX¯-R控制图列表见表5。2009年11月至2011年4月系统运行共18个月,每月均值为X¯¯¯X¯,极差为R,m为样本组数目,总平均值=2.73,平均级差=0.091,则均值上线UCLX¯¯¯=2.73+0.373×0.091=2.76X¯=2.73+0.373×0.091=2.76,均值中线CLX¯¯¯=2.74X¯=2.74,均值下线LCLX¯¯¯=2.73−0.373×0.091=2.70X¯=2.73-0.373×0.091=2.70。与规范进行比较,细度模数FM最大值TL=2.80、最小值TU=2.40,利用R和X¯¯¯X¯计算CP⋅σ=R¯¯¯/d2=0.091/2.326=0.039,σCΡ⋅σ=R¯/d2=0.091/2.326=0.039,σ为质量特性值的总体标准差,对于高质量、高可靠性的“6σ控制原则”检查质量情况,CP=(TU-TL)/6σ=(2.8-2.4)/6×0.039=1.70>1.67,说明常态砂的过程加工质量能力过高。从表5中查出级差较大月在2010年4月,为0.17,而当月均值为2.71,2010年6月以后极差均小于±0.1,说明砂的质量优良,运行稳定可靠。碾压砂的细度模数FM=2.64,发生最大值月份的当月最大值为2.77,当月最小值为2.61,上下限极差为0.16;发生最小值月份的当月最大值为2.66,当月最小值为2.48,上下限极差为0.12。碾压砂成品质量统计见表6。以16个月的统计数据分析绘出均值控制图,以中线FM=2.64观察217个点,其中有4个点在2.74以外,有7个点在2.54以外,94.9%的点均落在±0.10的区域内,这一指标高于规范的±0.2的控制标准,砂的级配连续稳定,从未发生过两头大中间小的情况。经控制图分析计算,碾压砂的CP=1.65,引入规范“当1.67>CP≥1.33,说明过程能力充分,表示技术管理能力已很好”。2人工砂石系统研究的重要因素2.1粗颗粒研制砂及湿式制砂石粉质量检测研究针对碾压混凝土对砂石骨料质量的特殊要求,砂的含水率波动在碾压混凝土中影响VC值,含水率过高影响温控混凝土加冰,对于温控要求高的大体积混凝土,当砂的含水率达到规范上限6%时,往往加冰较为困难。含水率波动直接带来混凝土水灰比的波动,从而影响混凝土的强度,所以砂的含水率要求在小于6%的同时,其波动值小于1%,这个指标在全湿式制砂系统很难做到。湿式制砂入仓含水率为12%～17%,含水率要7d以上才能降低到7%,当玄武岩在含火山角砾熔岩及凝灰岩时在长达45d脱水后其含水率才能稳定在10%左右。砂中粗颗粒裹粉问题:实测7d脱水后的砂,其粗颗粒(1.25～4.75mm)表面包裹1层小于0.045的粉末,在混凝土的拌制过程中不能完全从砂的粗颗粒上剥离开,造成水泥与砂的粗颗粒结合黏连性差,按2.5～4.75mm的粗颗粒占砂的18%计,如果其中50%被包裹,混凝土试验结果其强度会降低4%。另外湿式制砂的石粉主要由棒磨机生产,必须另增加收回设备回收石粉,回收投入较大,且回收小于0.075的石粉较为困难。经统计,国内湿式制砂工艺生产的石粉含量能回收利用的最大才16%。当然以上这两大问题在干式制砂中都不存在,但干式制砂的问题主要是干式制砂过程中粉尘污染严重,砂下落堆存过程中易产生分离,常发生砂料堆上部的细度模数小于2.3、下部细度模数大于3.3的现象,使用过程中因取料点的不同而造成细度模数的变化较大,影响混凝土生产的均匀性;湿式制砂也有同样的问题,只是离散性小一些。大量试验表明,当砂的细度模数为2.5～2.7、含水率为3.5%～4.5%时,以上问题均不会发生,在18m高的砂堆上任何一点取样,细度模数波动值均小于0.12,7d堆存后砂中粗颗粒表面无裹粉板结现象。2.2砂与混凝土的关系2.2.1优质配合比确定早在1962—1964年,水电九局在贵州猫跳河的二级和四级水电站建设中作了西南三省天然砂与人工砂的对比研究(人工砂石粉与混凝土抗压强度的关系)后得出结论:骨料中石粉对混凝土性能有影响,当FM=2.5、石粉含量达15%时抗拉与抗压强度均最大。其后在水工混凝土应用人工砂石大量的工程实践证明,骨料中的石粉能提高碾压混凝土密实性,改善混凝土抗渗性能、变形性能和施工和易性;石粉可作水泥掺合料,替代部分粉煤灰;还能增大混凝土中浆体材料含量,从而使振压后层面容易泛浆,改善了层面结合质量。2001年1月1日开始实施的DL/T5112—2000《水工碾压混凝土施工规范》就将小于0.16mm的石粉含量由17%扩大到22%,其最优石粉含量为16%～22%;DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》将小于0.16mm的石粉含量由12%扩大到18%,试验表明砂中小于0.08mm的石粉含量应达到8%～10%为宜。成品砂中粒度小于0.16mm的石粉在碾压混凝土中的作用越来越被重视,甚至成为碾压混凝土不可缺少的组成部分,以改善碾压混凝土的抗分离性能。在碾压混凝土拱坝施工中,天然砂石料缺少石粉,如福建溪柄以及云南弄另、景洪水电站专门采用石灰岩、火山岩粉作石粉掺用,以改善混凝土抗渗性;索风营水电站碾压混凝土坝工程由于砂石系统生产的石粉含量为17.5%～21.8%,平均达19.22%,质量稳定,所以在大坝混凝土施工3个月后,调整降低了6%的粉煤灰掺量。水电站工程用混凝土均是现场取样做人工砂石粉含量与混凝土的关系试验,最终确定施工配合比,选取优质配合比作为对砂石系统生产质量控制的要求。2005年贵州龙洞堡机场道面混凝土配合比试验时,对不同掺量小于0.16mm石粉所拌制的混凝土做了对比试验,见表7。石粉中小于0.075mm的含量为8%,试验数据表明,人工砂混凝土中小于0.16mm骨料含量为15%时混凝土的抗压强度最大,而用天然砂制成的混凝土中小于0.16mm骨料含量高则对抗压强度基本没任何改善。这表明现行的混凝土细骨料的规范对混凝土的应用有不适当的约束。在人工砂中增加小于0.075mm石粉,当其含量达到8%～10%时,对混凝土的性能非常有益。使用高石粉含量的人工砂制备的混凝土比使用天然砂制备的混凝土有更高的抗压强度。结论为人工砂制备的混凝土的抗压和抗折强度均高于优质天然砂。现在建筑行业如核电、机场、高铁的高标号混凝土均使用人工砂石。传统的混凝土生产技术和观念认为,特细骨料(小于0.075mm)的含量要保持到绝对最小。在混凝土生产中,对石粉小于0.075mm的掺量问题主要受制于JGJ/52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规范的规定:限制了小于0.075mm的石粉使用,用人工砂比天然砂水灰比放大0.05后,配制的混凝土强度不但不降,反有提高。水电九局曾探索用少量比例的石粉代配混凝土,发现其28d强度比对照组提高了10%～15%,2003年将其应用于索风营水电站大坝混凝土中,代替了6%的粉煤灰掺量。有的生产企业也做过类似的试验,且替代的比例很高,结果是混凝土用水量减少、和易性改善、流动性提高并减少了泌水;还有人做过人工砂与天然砂的电镜分析,观察发现石灰石质人工砂与水泥水化凝胶间结合紧密,界面处无裂缝,几乎分不出两者的界限,而天然砂与水泥水化界面多有裂缝,有的宽度达1～2μm。2.2.2混凝土强度和级配砂石骨料的孔隙率的大小直接影响混凝土的强度,以石灰岩为例,砂的颗粒级配孔隙率上限为42%、下限为35%,当孔隙率在38.3%以下时,在做C30混凝土试验时,发现混凝土的抗压强度增长与砂的孔隙率降低成反比,孔隙率降低1个百分点,混凝土强度增长1MPa。在和易性一定的情况下,混凝土所需细骨料的级配受骨料本身特性的影响较大,不同粒形将影响骨料的孔隙率,从而影响混凝土配比、力学性能和混凝土拌制的经济性。粒形方正的颗粒比针片状的颗粒更适合做混凝土骨料,因为每单位体积中它们的表面积相对较小,同时,压实后有更高的密实度。细度模数的波动会影响混凝土的和易性,造成混凝土的质量波动较大。2.3破碎段数对产品粒度的影响外力的作用是岩石破碎的唯一手段,在破碎设备的挤压、劈裂、弯曲、冲击、碾磨等力作用下岩石被破碎,经筛网分级后形成骨料,这就是设备与骨料的基本关系。破碎比I的定义为入破粒度对产品粒度的比值,它是确定破碎段数的主要因素,一般而言,当破碎给料粒度越大,而产品粒度要求越细时,破碎段数越多。在破碎生产的各个环节中,由于粗碎、中碎和细碎的特点、破碎机理不同,对设备的要求也不一样。从破碎比角度来看,粗碎应选择I=3～6,中细碎I=5～8,细碎I=9～12,才能最大限度地发挥各级设备的效能而获得最佳破碎工艺方案。无论采用何种结构形式的破碎设备,每一个破碎环节达不到破碎比要求时都会对下一级破碎造成压力和制约,其结果将造成增加破碎环节以及增加物料的循环量、筛分量等,无形中造成设备购置费用、基础建设费用、环保费用等大幅上升,同时也增加了系统故障点,使系统运行可靠性下降。虽然破碎比是确定破碎段数的主要因素,然而生产规模、设备性能和岩石岩性也有重要影响。开挖爆破的岩石经破碎变成骨料要选择合理的工艺方案与先进的设备配套才是最佳的解决手段,推荐不同岩石破碎段宜优先使用的设备。岩石与破碎设备选择的关系见表8。3现代核砂制砂工艺从猫跳河三级水电站开始的干式制砂第1代人工砂石加工工艺一直到上世纪90年代在湖南江垭、碗米坡以及福建棉花滩、广西百色等大型砂石项目中使用,因砂中石粉含泥及杂质、粗骨料裹粉等影响混凝土质量的问题无法解决,加上粉尘污染环境较为严重,现大型砂石系统中已经不再使用该技术。上世纪70年代在乌江渡水电站采用了全开路全棒磨机湿式制砂技术,80年代后期在东风水电站砂石系统中采用了细圆锥破加棒磨机的制砂工艺,此期间国内的广西大化、岩滩以及湖南五强溪等水电站均采用了单一的棒磨机全湿式制砂,全湿式制砂技术缺点是能耗高、污染大、粉砂流失大。上世纪80年代的代表工艺为粗碎主要是旋回破、颚破开路生产,圆锥破、反击破中碎闭路生产,棒磨机、细圆锥制砂细碎闭路生产。1993年在天生桥二级水电站白云砂石系统的粗碎开路、中细碎闭路、旋盘破碎机加棒磨机制砂技术,在制砂工序中引入了旋盘破碎的制砂新理念,其优点是产量高、能耗低;1996年二滩水电站砂石系统全部采用进口设备分4段破碎开路生产,制砂采用了旋盘破磨机和棒磨机生产;1998年三峡工程扩建后在制砂上使用了立轴破加棒磨机制砂,补充和完善了全湿式的制砂技术。目前因对制砂工艺技术的认识不一,还有大量的生产企业使用这一传统技术。新世纪后研究出的半干式制砂工艺采用粗碎开路、立轴破完全取代了棒磨机,在工艺技术上作了重大调整,开发出了“3段破碎、过程闭路整形、未级出成品”的高品质核电砂石骨料加工技术,粗碎脱泥、细碎高频筛分与选粉配套的“全自动控制技术”。在污水处理“零排放”的大量工艺及设备实践与研究中,在目前世界上最大的3300t/h的人工砂系统中成功完成了这一课题的研究与实践,推动了人工砂石向高品质与低碳环保技术向前迈出了历史性的一大步。4半干法制砂技术人工砂石生产技术从干式、湿式发展到节能、低碳、环保的半干式制砂工艺技术,半干式制砂技术主要关注产品质量、工艺技术、环保节能控制。(1)根据岩性成分、功指数、磨蚀指数选择各段破碎设备类型。(2)根据各种粒径骨料高峰时段的最大需求之和与生产