張大勇

（北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司）

“十四五”時(shí)期，我國將開啟全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新征程，圍繞推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展主題，全面提高資源利用效率的任務(wù)更顯迫切。2021年3月國家發(fā)改委等十部門聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》，《意見》指出大力推進(jìn)大宗固廢源頭減量、資源化利用和無害化處置。

水廠鐵礦1969年建成投產(chǎn)，目前堆存可利用固廢資源4.1億t。為響應(yīng)國家政策需求，盤活固廢資源堆存所需土地資源，改善生態(tài)環(huán)境，以自有礦山為基地，擬將排土場廢棄石料開發(fā)利用［1-2］。

1 固廢資源質(zhì)量檢測結(jié)果

水廠鐵礦對排土場廢石進(jìn)行取樣，利用試驗(yàn)室破碎設(shè)備加工生產(chǎn)10～26.5 mm建筑砟及粗砂產(chǎn)品，送國家建筑材料測試中心進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，10～26.5 mm建筑砟符合GB/T14685—2011中Ⅱ類建筑用碎石技術(shù)要求，且無潛在堿-硅酸反映危害；放射性檢驗(yàn)結(jié)果符合GB 6566—2010中建筑主體材料技術(shù)要求。粗砂檢驗(yàn)結(jié)果符合GB/T14684—2011中Ⅱ類建筑用砂技術(shù)要求，且無潛在堿-硅酸反映危害；放射性檢驗(yàn)結(jié)果符合GB 6566—2010中建筑主體材料技術(shù)要求。排土場物料粒級組成見表1。

2 工藝方案

2.1 生產(chǎn)規(guī)模

擬建固廢資源綜合利用項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模1 000萬t/a，作業(yè)時(shí)間7 241 h/a，作業(yè)率82.66%，原料小時(shí)處理量1 381.02 t。

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2.2 工藝流程

擬建固廢資源綜合利用項(xiàng)目產(chǎn)品主要為10～25 mm建筑砟、0.15～4.75 mm建筑砂、干選精礦和粗精礦，工藝數(shù)質(zhì)量流程見圖1，產(chǎn)品方案指標(biāo)見表2。

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2.3 主體工藝及設(shè)備

擬建固廢資源綜合利用項(xiàng)目主體工藝設(shè)備見表3。

2.3.1 粗破機(jī)

粗破設(shè)備小時(shí)給礦量795.66 t/h，波動(dòng)系數(shù)取1.4。粗破機(jī)擬利用顎式破碎機(jī)，設(shè)備型號為MJ1612，排礦口為175 mm，則破碎機(jī)實(shí)際處理量為

式中，e為破碎機(jī)排礦口寬度，取175 mm；q為破碎機(jī)單位排礦口處理量，取3.5 t/（mm·h）；K1為礦石可碎性系數(shù)，取1.00；K2為礦石密度修正系數(shù)，取1.0；K3為給礦粒度修正系數(shù)，取1.05；K4為水分修正系數(shù)，取1.0。

計(jì)算Q值為643.13 t/h，計(jì)算臺數(shù)n=1.73臺，設(shè)計(jì)選用2臺MJ1612顎式破碎機(jī)，設(shè)備負(fù)荷率為86.60%，滿足粗破工藝需求。

2.3.2 預(yù)先除土篩

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預(yù)先除土一段篩分設(shè)計(jì)處理能力585.36 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.4。設(shè)計(jì)擬選用SEMS3073雙層微粉篩，篩孔為32 mm×53 mm/16 mm×16 mm，設(shè)備單臺處理能力550 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=1.49臺，選用2臺SEMS3073雙層微粉篩，設(shè)備負(fù)荷率為74.50%，滿足預(yù)先除土作業(yè)段工藝需求。

預(yù)先除土二段篩分設(shè)計(jì)處理能力310.73 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.4。設(shè)計(jì)擬選用LS3073單層直線篩，篩孔尺寸5 mm×5 mm。

篩面實(shí)際處理量計(jì)算公式為

式中，?為振動(dòng)篩有效篩分面積系數(shù)，取0.8；F為振動(dòng)篩篩網(wǎng)面積，取21.90 m2；V為單位篩分面積的平均容積處理量，取11 m3/（m2·h）；ρ為物料松散密度，取1.6 t/m3；K1為細(xì)粒影響系數(shù)，取0.7；K2為粗粒影響系數(shù)，取1.32；K3為篩分效率系數(shù)（篩分效率E=90%），取1.25；K4為物料顆粒影響系數(shù)，取1.0；K5為物料濕度影響系數(shù)，取1.0；K6為篩分方法影響系數(shù)（濕篩），取1.3；K7為篩子運(yùn)動(dòng)參數(shù)影響系數(shù)，取0.8；K8為篩孔形狀影響系數(shù)，取0.9。

計(jì)算Q值為285.73 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=1.52臺，選用2臺LS3073單層直線篩，設(shè)備負(fù)荷率為76.12%，滿足預(yù)先除土作業(yè)段工藝需求。

2.3.3 中細(xì)碎破碎機(jī)

中碎作業(yè)段設(shè)計(jì)處理能力1 070.29 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1。設(shè)計(jì)擬利用CC400EC標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)。該破碎機(jī)排礦口為51 mm時(shí)，能力約為660 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=1.78臺，設(shè)計(jì)選用2臺CC400標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)，設(shè)備負(fù)荷率為89.19%，滿足中碎作業(yè)段工藝需求。

細(xì)碎作業(yè)段設(shè)計(jì)處理能力1 926.53 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1。設(shè)計(jì)擬利用CC400M標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)。該破碎機(jī)排礦口為28 mm時(shí)，能力約為480 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=4.41臺，設(shè)計(jì)選用5臺CC400標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)，設(shè)備負(fù)荷率為88.30%，滿足細(xì)碎作業(yè)段工藝需求。

2.3.4 細(xì)碎后檢查篩分機(jī)

細(xì)碎后檢查篩分一段篩分設(shè)計(jì)處理能力1 926.53 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1。設(shè)計(jì)擬選用SEMS3090雙層微粉篩，篩孔尺寸為26 mm×26 mm/5 mm×5 mm，設(shè)備單臺處理能力為520 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=4.08臺，選用5臺SEMS3090雙層微粉篩，設(shè)備負(fù)荷率為81.51%，滿足一段篩分作業(yè)段工藝需求。

細(xì)碎后檢查篩分二段篩分設(shè)計(jì)處理能力882.43 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1。設(shè)計(jì)擬選用LS2460單層直線篩，篩孔尺寸為12 mm×12 mm。

實(shí)際處理量Q為229.70 t/h，則設(shè)備臺數(shù)n=4.23臺，選用5臺LS3073單層直線篩，設(shè)備負(fù)荷率為84.52%，滿足作業(yè)段工藝需求。

2.3.5 棒磨機(jī)

棒磨機(jī)流程小時(shí)處理能力413.28 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1，擬選用3245棒磨機(jī)，設(shè)計(jì)邦德功指數(shù)為16.08 kWh/t。修正后的磨礦單位功耗為2.39 kW/t，計(jì)算磨機(jī)所需的總功率為1 084.38 kW，計(jì)算棒磨機(jī)需配用電動(dòng)機(jī)功率為1 165.96 kW，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及類似產(chǎn)線現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)選用3臺3245棒磨機(jī)，單臺棒磨機(jī)配備電機(jī)功率為630 kW/h，滿足棒磨制砂作業(yè)段工藝需求。

2.3.6 磁選機(jī)

磁選作業(yè)段設(shè)計(jì)處理能力766.57 t/h，設(shè)計(jì)波動(dòng)系數(shù)取1.1。設(shè)計(jì)擬選用CTS1230磁選機(jī)，單臺設(shè)備處理能力130 t/h，選用8臺CTS1230磁選機(jī)，滿足預(yù)先除土作業(yè)段工藝需求。

3 工藝分析

3.1 工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）粗破作業(yè)段給料設(shè)備為FD2460棒條給料機(jī)，其篩分段為900 mm×3，而非傳統(tǒng)的1 100 mm×2，篩分段使用900 mm×3形式可有效提高物料在篩分段的翻滾，提高篩分效率，便于更多土質(zhì)物料進(jìn)入下段作業(yè)［3］。

（2）擬建項(xiàng)目處理原料為排土場固廢資源，-4.75 mm粒級含量14.04%，土質(zhì)含量較高。預(yù)先除土篩使用微粉篩，上層篩板為固定篩板，下層為馳張篩網(wǎng)，馳張篩網(wǎng)為可伸縮聚氨酯橡膠材料組成，工作時(shí)篩網(wǎng)交替拉緊和松弛，可有效避免原料較濕情況下物料黏附篩網(wǎng)、堵塞篩網(wǎng)［3］，使得除土作業(yè)段篩機(jī)的篩分效率、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性得到有效保障。微粉篩篩下-15 mm粒級含土量高的物料經(jīng)膠帶機(jī)給至直線篩進(jìn)行濕式篩分，使原料中的-4.75 mm粒級物料和+4.75 mm粒級物料得到有效分離，進(jìn)而確保破碎作業(yè)段、棒磨制砂作業(yè)段給料的低含土量。

（3）傳統(tǒng)建材產(chǎn)線破碎流程多為中碎后物料進(jìn)入篩分作業(yè)，篩上物料進(jìn)入細(xì)碎作業(yè)，細(xì)碎排料再進(jìn)入篩分作業(yè)組成閉路循環(huán)。流程中+15 mm粒級物料經(jīng)中碎后直接進(jìn)入細(xì)碎作業(yè)，細(xì)破排料再進(jìn)行閉路篩分作業(yè)，物料經(jīng)中碎、細(xì)碎二次擠壓再出產(chǎn)品，使得建筑砟產(chǎn)品粒形相對較優(yōu)，同時(shí)物料經(jīng)過多次擠壓，利于剝離黏附在建筑砟表面的土質(zhì)物。

（4）傳統(tǒng)閉路破碎篩分作業(yè)段中，一般細(xì)碎后設(shè)置一段篩分，由篩分機(jī)直接篩分出建筑砟產(chǎn)品。該項(xiàng)目工藝流程閉路破碎篩分作業(yè)段中，使用串聯(lián)篩分，一段篩分中間產(chǎn)物為4.75～25.00 mm物料，然后該部分物料進(jìn)入二次篩分，篩分出10～25 mm建筑砟。串聯(lián)篩分使得篩分作業(yè)段的篩分效率得到有效保障，同時(shí)10～25 mm物料經(jīng)過二次篩分，篩分時(shí)間長，能有效剝離黏附在建筑砟表面的土質(zhì)物，提高建筑砂的產(chǎn)品質(zhì)量。

（5）制砂工藝分為干法制砂和濕法制砂，常見干法制砂設(shè)備為立軸制砂機(jī)，濕法制砂設(shè)備為棒磨機(jī)。干法制砂對來料含水率有較高的要求，一般要求不高于3%，水分或含土量較高時(shí)存在產(chǎn)能降低、制砂設(shè)備堵塞等現(xiàn)象。該項(xiàng)目處理原料為排土場固廢資源，其原料含水率受季節(jié)影響較大，項(xiàng)目使用棒磨機(jī)濕法制砂，能夠避免原料水分或含土量波動(dòng)大的特性，確保產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)棒磨機(jī)較立軸制砂制取的建筑砂具有粒級分布合理、含粉量低的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高產(chǎn)品的市場競爭力［4-5］。

（6）流程對建筑砟產(chǎn)品、撈砂作業(yè)給礦礦漿進(jìn)行了相應(yīng)的磁選作業(yè)，可獲得產(chǎn)率為6.23%的磁性礦物，確保了鐵礦石的充分回收，避免了有用資源的浪費(fèi)。

3.2 工藝缺點(diǎn)

擬建固廢資源綜合利用項(xiàng)目處理物料為排土場固廢資源且含土量較高，為確保產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性，工藝流程采用濕法制砂工藝，故須對尾泥礦漿進(jìn)行濃縮、干排作業(yè)。經(jīng)分析，在物料性質(zhì)相近、同等處理能力情況下，濕法制砂較干法制砂工藝具有投資高、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本偏高的弊端。

4 結(jié)語

（1）水廠鐵礦某排土場固廢資源綜合利用項(xiàng)目利用排土場固廢資源生產(chǎn)建材產(chǎn)品，產(chǎn)品主要為10～25 mm建筑砟、0.15～4.75 mm建筑砂、干選精礦和粗精礦。為確保產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，項(xiàng)目使用棒磨機(jī)濕法制砂工藝流程生產(chǎn)0.15～4.75 mm建筑砂。該研究對利用排土場固廢資源生產(chǎn)建材產(chǎn)品具有較強(qiáng)的借鑒意義。

（2）為降低原料中土質(zhì)物對破碎、制砂作業(yè)工序的不利影響，該工藝流程和工藝設(shè)備較傳統(tǒng)制砂線進(jìn)行調(diào)整，顎破給料使用了增加物料翻轉(zhuǎn)、提高篩分效率的棒條給料機(jī)，除土作業(yè)段使用了防篩網(wǎng)堵塞的微粉篩，微粉篩篩下物料和直線篩組成串聯(lián)干濕混合篩分。為提升產(chǎn)品市場競爭力，工藝流程和工藝設(shè)備較傳統(tǒng)制砂線進(jìn)行調(diào)整，中碎后直接進(jìn)行細(xì)碎作業(yè)，檢查控制篩分作業(yè)段使用兩段篩分，有效降低了建筑砟針片狀含量，剝離去除建筑砟表面的包裹土質(zhì)物；采用棒磨機(jī)濕法制砂工藝，在確保產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，建筑砂的含粉量得到有力保障。流程對建筑砟產(chǎn)品、撈砂作業(yè)給礦礦漿進(jìn)行了相應(yīng)的磁選作業(yè)，確保了鐵礦石的充分回收，避免了有用資源的浪費(fèi)。

（3）在物料性質(zhì)相近、給料量相同的情況下，棒磨機(jī)濕法制砂較干法制砂具有投資高、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本偏高的弊端。