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專家解讀機制砂行業的工藝技術與市場發展前景
來源: 作者: 發布時間:2019-07-09
 專家解讀機制砂行業的工藝技術與市場發展前景
 建筑行業2018年以來最火的項目恐怕就是“機制砂”了,與鋼材、散裝水泥等建材的跌跌不休相比,產值居建材行業第二位的砂石,近年來卻價格持續上漲,至今未見下行跡象。
      隨著機制砂的“走紅”,越來越多的朋友咨詢機制砂的工藝和發展前景。機制砂項目是唐山金泉冶化科技產業集團重點研發的“綠色礦山治理項目”中的項目之一,尤其是石灰石礦尾礦制砂、鵝卵石制砂、建筑廢料全循環利用等技術是該公司打造的拳頭技術產品。近日,編者走訪咨詢了唐山金泉公司總工室部分專家和技術人員,同時綜合了國內其它該行業“走紅”的工藝技術和理念向大家解讀,本文重點介紹其生產流程和加工工藝內容及目前市場的發展狀況。
              一、機制砂基礎知識
1、砂的分類:
在建筑行業中,砂的分類主要分為三種:即天然砂、人工砂(機制砂)和混合砂。
2、天然砂與機制砂的定義:
天然砂:天然砂指的是由自然條件作用而形成的,粒徑在5mm以下的巖石顆粒。其主要分為河砂,海砂和山砂。
機制砂:機制砂指的是由機械破碎后的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒。其主要分為花崗巖制砂,鵝卵石制砂,石灰巖制砂,建筑廢料制砂等。
混合砂:混合砂指的是天然砂和機制砂按一定比例混合到一起而得到的砂料。
3、天然砂與機制砂的優缺點:
堅固性和硬度:經過河水的搬運和長期沖刷后而形成的河砂的堅固性和硬度一般較大。而機制砂的堅固性能和硬度則由原料的硬度決定,但一般都達到GB/ T 141684293標準的優等品指標,在普通混凝土中使用不存在問題。
粒度和粒型:天然砂成品規則,手感細膩。而有些機制砂的粒型不好,針片狀過多,這里有巖石的問題,但最主要的是設備的選型及制造工藝不恰當造成的。天然砂的粒型無法選擇,而機制砂可根據需求改變制造工藝和選擇不同的加工設備來加工不同粒型和大小的砂子,更能滿足日常需求。
   顏色的區別:用巖石或尾礦生產的機制砂從顏色到組成與天然砂區別很大,尤其干法生產的人工砂顯得石粉很多,只要石粉含量達到10%左右時,看上去就像都是石頭粉一樣,使人疑慮,不敢使用。但大多數情況下混凝土對骨料本身巖石的礦物類型沒有特殊的要求,不按其礦物成分分類。只需要具有足夠高的硬度和強度,良好的級配和粒形,不含有害雜質,黏土和有機物等雜質即可。因此天然砂和機制砂經過合理的制造工藝后都完全滿足建筑用砂的要求。
細度模數的穩定性:機制砂在生產過程中入料巖性、含水率和級配容易變化,篩分過程也會出現堵孔、破損等問題,破碎、除塵設備效率、參數也不穩定,容易導致機制砂細度模數不穩定。
4、機制砂的主要檢測項目有哪些?
機制砂石粉含量是生產的必檢項目,主要的檢測方法有水洗法和干篩法兩種試驗方法,代表性的是美國ASTMC136AASHTOT27,適用于干篩,ASTMC117AASHTOT11,適用于水篩。然而我國一直是在水泥混凝土集料或瀝青路面集料,都直接采用干篩方法,0.075mm篩通過量不經水洗確定,所以準確性較差。干篩法主要適用于水泥混凝土用集料,并且還要結合亞甲藍值的檢測結果綜合評價。
5、機制砂主要生產工藝:
干法生產工藝:主要優點是:1)生產出來的機制砂水分含量低,一般低于2%,商混和干混砂漿可以直接使用;2)成品砂中石粉含量可調可控,集中回收能夠綜合利用,減少粉塵排放;3)生產過程中極少或不用水,節約水資源,保護環境;4)易于集中操作控制,實現自動化管理。5)不受干旱、寒冷季節的影響,能夠全年連續生產。
濕法生產工藝:
與干法相比濕法主要有以下劣勢:
1)消耗大量水,1t砂石料需耗水2~3.5m³;2)產品砂水含量高,須脫水,干混用須重新烘干;3)產品砂細度模數偏粗,砂子產量低;4)產生大量的泥粉污水,污染環境,且石粉不易回收;5)基建投資及設備種類多,機制砂生產成本高;6)在干旱少雨地區或結冰季節不能正常生產。
半干法制砂工藝:
半干法生產工藝相對濕法生產工藝,最大特點就是用水沖洗掉制砂原料表面的泥和石粉,成品砂部分或全部不再進行水洗,因此用水量相對少多了,成品砂中石粉流失量少了,水份含量較低。但這種砂石生產工藝還需較多的水資源,污水處理裝置仍須配備,只不過規格小了許多。其投資費用比濕法少,比干法多,成品砂石粉含量介于二者之間,運行成本也在二者之間。
6、什么是“以破代磨,多破少磨“?
因為破碎的能源利用率要比粉磨的高,多破少磨有利于節約能源,但也不能完全以破代磨,因為兩者的能源利用隨著物料粒度變小成反向變化。
7、什么是“石打石”和“石打鐵”各有何特點?
機制砂生產線中的沖擊破的2種破碎方式“石打石”和“石打鐵”各有特點,只是適用范圍不同。其中,“石打石”適用于中硬以上磨蝕性大的物料,如玄武巖等。“石打石”工作情況下成品粒型較好,含粉量稍多。“石打鐵”適用于中硬以下磨蝕性小的物料,如石灰石等。“石打鐵”工作情況下,破碎效率高,周護板磨損費用較高,成品粒型稍差。“石打鐵”磨損最嚴重的應該是鐵砧,故其結構設計和鑄造工藝也是影響制砂機效率的重要因素。另外,“石打石”適用于整形,“石打鐵”適用于制砂。
8、選用干法、濕法、半干法人工砂石生產工藝的依據是什么?
1)首先決定于人工砂石系統所處的地區和水資源情況、原料潔凈程度,以及對骨料、人工砂石粉含量、細度模數的具體要求。如果原始條件允許,優先選用干法生產工藝,次之采用半干法生產工藝,最后采用濕法生產工藝。2)從設備投入、占地面積大小、生產管理難易程度、人工砂石料加工成本考慮,也是優先考慮干法,次之半干法,最后是濕法。
9、機制砂表觀密度、松散堆積密度、空隙率的標準:
機制砂表觀密度不小于2500kg/m³;松散堆積密度不小于1400kg/m³;空隙率不大于44%
10、判定機制砂亞甲藍(MB)值的方法:
用于判定機制砂中粒徑小于0.075mm顆粒含量主要是泥土,還是與被加工母巖化學成分相同的石粉的指標。機制砂亞甲藍值要求MB1.4,宜控制在1.0以下為好。
 
         二、機制砂生產工藝流程
 制砂生產總是在不斷地探索中前進,從傳統的濕法制砂生產到今天的干法制砂生產,工藝和設備雖經歷了種種變化,但是不變的是人們對砂石生產的節能高效的追求、對實現可學科持續的砂石生產的追求。但是,在追尋新型制砂設備和工藝的同時,要善于對傳統制砂工藝中好的地方加以繼承和利用,結合現代化的新型制砂設備和工藝往往帶來的是新舊工藝的碰撞與融合、帶來的是砂石生產煥發新的生命活力。
目前,機制砂的主流工藝如下:
1、石灰石機制砂:
采用石灰石或石灰石尾礦進行機制砂的主要工藝流程如下:
(一)、石灰石原料由給料機均勻給料到顎式破碎機中進行粗碎,粗碎后物料輸送到振動篩上進行預篩分。
(二)、預篩分后的粗物料(第一層篩網上的物料)反回顎式破碎機內重新破碎,預篩分后的中物料(第二層篩網上的物料)輸送到反擊式破碎機內進行細碎。
(三)經過反擊式破碎機細碎后的物料輸送到振動篩上進行二次篩分。二次篩分后的中物料(第二層篩網上的物料)反回到反擊式破碎機內重新破碎,二次篩分后的細物料(第三層篩網上的物料)輸送到立式沖擊破碎機內進行制砂。
(四)、經過立式沖擊破碎機制砂后的物料輸送到振動篩上進行三次篩分。三次篩分后的細物料(第三層篩網上的物料)反回到立式沖擊破碎機內重新制砂,三次篩分后的4.75mm以下的物料(第三層篩網以下的物料)輸送到洗沙設備中。
(五)、物料經過洗沙設備后,大部分砂料被輸送到脫水篩上進行脫水作業(此部分砂料多為粗砂,即細度模數偏大)。小部分細砂隨污水經過細沙回收機時細砂被回收后與脫水篩上粗砂混合到一起后輸出成品砂。
   目前,采用石灰石機制砂的原料主要是石灰石采礦后的0-20mm尾礦,如:唐山金泉成套設備有限公司設計研發的石灰石尾礦治理生產線可以把石灰石碎石尾礦進行機制砂和重鈣粉生產實現復合循環生產,實現綜合利用。
   2、鵝卵石制砂:
鵝卵石制砂與石灰石制砂相比有一些創新性的砂石生產模式,有以下優勢:
(一)、把鵝卵石制砂機械安置在采砂船上,利用采砂船的傳統采砂工藝和現代化的鵝卵石、河卵石采集工藝,實現自然砂資源和人工砂石資源的同步開采,由于鵝卵石制砂機能夠針對鵝卵石、河卵石實現高效的砂石破碎生產,因此整個生產線并不需要很多的破碎設備,根據生產需求,可以配置一臺圓錐破進行一破,提高鵝卵石制砂生產效率和砂石質量;
(二)、可以實現破碎后的砂石骨料直接利用采砂船上的洗砂機進行洗砂,但是不是利用自然水流的沖洗,而是利用洗砂機和洗砂池進行洗砂,洗過的水經過循環過濾后排到河流之中,減少對河流的污染,同時提高洗砂的回收利用率,具有一舉兩得的功效。
3、建筑廢料生產機制砂:
該項技術是唐山金泉公司根據多年發展經驗,引進國內外先進破碎技術,經多次的改革,推出的可將廢棄建筑物料變廢為寶的新型生產工藝:
(一)、可以實現城市建筑垃圾全循環的回收利用。
(二)、將建筑垃圾進行破碎處理,得到機制砂。
(三)、實現破碎、篩分、分級、整形一體機處理。
(四)、實現建筑垃圾100%回收利用。
(五)、實現移動式處理生產線:形成建筑垃圾就地解決、現場再生利用的循環發展模式,綠色高環保、應用效果好,讓建筑垃圾不出施工現場就能發揮作用。
 
       三、機制砂市場發展前景
據中國砂石協會不完全統計,我國砂石用量從1981年的不足5億噸發展到2013年的120多億噸,年產銷量增長了20多倍。砂石產業2013年產值超過3000億元,帶動的運輸業產值2000多億元,位居全國第二大建材行業。“按照國家基礎建設中長期的發展規劃,預計砂石的用量仍將以每年20%以上的速度增長”,中國砂石協會會長胡幼奕認為,雖然機制砂產量增長快,但產能缺口還會存在一段時間。從長期來看中砂價格呈現穩步上漲的趨勢,結合城鎮化的利好消息以及環境保護的訴求,預計未來中砂價格將持續增長。
據業內人士介紹,目前國內砂石骨料行業的潤率高達70%左右,甚至有企業砂石骨料利潤超過100%,這也是近兩年國內各大水泥集團加大力度進軍砂石骨料行業的主要原因。
隨著經濟建設的快速發展,我國基礎設施建設方興未艾,建筑材料的消耗巨大。占混凝土質量85%以上的砂、石是混凝土的骨架,是消耗自然資源最大的材料,但是經過幾十年的開采,一些地區有限的天然砂石資源已經用盡,價格不斷上漲,影響了工程建設的進展。在經濟利益的驅使下,很多地區都出現了亂采亂挖天然砂石的情況,在現有的江河開采,改變河道走向、水流、影響河堤安全、破壞魚類生存環境、影響防洪、污染水質、影響景觀。出于對環境和資源的保護,國家和各地方政府出臺相關法規和政策嚴格限制或禁止開采天然砂石,進一步減少了天然砂石的來源。
近二十多年以來,隨著我國城鎮化進程的加快,對原有建筑物的拆除、改造工程日益倍增。大量的建筑廢棄物堆積在城市郊區的公路、河道、溝壑附近,占用了大片土地,帶來了非常嚴重的二次污染。廢棄混凝土的再生利用已成為亟需解決的課題,將廢棄混凝土破碎作為再生骨料既能解決天然骨料資源緊缺的問題,保護骨料產地的生態環境,又能解決城市廢棄物堆放、占地和環境污染等問題,實現混凝土生產過程中的物質循環利用,以保證建筑業長久的可持續發展。
中國的很多地區礦產資源豐富多樣,但由于經濟實力、技術條件、產業基礎、市場需求及資源狀況等多種因素制約,在開發過程中,不合理的開采和“三廢”排放,加劇了地質環境惡化、水土流失和水質污染等。約20%80%的尾礦沒有合理利用,已約有上百億噸的尾礦大量堆積,特別是小型礦山,尾礦隨意堆放,占用土地,污染環境,埋下隱患,造成重大事故。但如果經過適當地分選和加工,不少尾礦就可以制成人工砂石。既解決了環境污染等問題,又提高了自然資源利用率,形成綜合效益,完全符合建設資源節約型、環境友好型社會的科學發展觀和可持續發展的國策。
據估算,2018年我國建設用骨料總量約為130億噸,2019年繼續持續供不應求的局面,今年機制砂行業規模化發展已成定局。目前,很多國企和商業巨頭轉型發展,競相爭奪機制砂市場。海螺水泥、華新水泥、中建材等都對未來在砂石骨料行業布局提出了明確的計劃。
據不完全統計:
目前,中國部分1000萬噸級砂石骨料產線主要有:
1、中電建池州年產能7000萬噸
2、中國建材砂石骨料產能6000萬噸
3、日昌升礦業九江年產能6000萬噸
4、金隅冀東年產能7000萬噸
5、河南安陽中聯年產能2000萬噸
6、河南國聯礦業年產能2000萬噸
7、瑞德保爾年產能2000萬噸
8、海螺骨料年產能2000萬噸
9、福建松下碼頭年產能2000萬噸
10、華新骨料年產能1650萬噸
11、浙江康介礦業年產能1000萬噸
12、廣州東升實業年產能1000萬噸
13、湖南凡泰礦業年產能1000萬噸
14、湖北媧石骨料年產能1000萬噸
15、湖北民本礦業年產能1000萬噸
16、湖州德寧礦業年產能1000萬噸
17、安徽雷鳴礦業年產能1200萬噸
同時,兩廣的華潤水泥,江西的亞東水泥,江蘇的中聯水泥,浙江的紅獅水泥,四川的拉法基,湖北的華新水泥和葛洲壩,安徽的上峰水泥及中材水泥等等也都已加入!砂石骨料將成為未來各大水泥集團除水泥業務以外主要的一個爭奪板塊。
  資料編輯:
   中國石灰產業學會
      孫菲
    2019.07.08
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