賀國(guó)帥 黃曉毅 郭 霆 楊平偉 肖 陽(yáng) 曹 陽(yáng)

（陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司）

陜西旬陽(yáng)縣某水泥灰?guī)r礦是陜西安康健平水泥有限責(zé)任公司的原料基地，粗加工產(chǎn)品（0-80mm）供給該水泥廠(chǎng)使用。根據(jù)儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告，此水泥灰?guī)r礦保有推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）礦石量606.45 萬(wàn)噸。根據(jù)開(kāi)采計(jì)劃，本礦全礦采剝總量為880.79 萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)利用礦石量為483.15 萬(wàn)噸，剝離量397.63 萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)損失礦量123.3 萬(wàn)噸，損失原因主要為兩側(cè)邊坡壓占。

目前，在開(kāi)采水泥灰?guī)r礦的過(guò)程中，對(duì)于圍巖等剝離廢石的處理多采用就地選取深溝堆放的方式，不僅占用土地，而且造成了資源的浪費(fèi)[1,2]。當(dāng)然也有個(gè)別地方將不符合水泥用灰?guī)r質(zhì)量要求的巖石進(jìn)行了其他利用，比如生產(chǎn)骨料等[3,4]。此次綜合利用生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是要新建一條破碎生產(chǎn)線(xiàn)，在生產(chǎn)水泥用灰?guī)r礦粗產(chǎn)品的同時(shí)，也可以處理剝離廢石，從根本上減少剝離廢石對(duì)土地的占用以及可能帶來(lái)的水土污染等次生污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)綜合利用，無(wú)廢生產(chǎn)，綠色生產(chǎn)[5]。

1 礦床性質(zhì)

陜西旬陽(yáng)某水泥灰?guī)r礦區(qū)范圍內(nèi)共圈出1 條K1礦體，分布于礦區(qū)中部，由YK0、TC1、TC3、TC5、TC2、TC4 6 個(gè)探礦工程控制。礦體在礦區(qū)范圍內(nèi)地表出露標(biāo)高為663～837m，資源儲(chǔ)量估算標(biāo)高665～837m；礦區(qū)范圍內(nèi)的出露長(zhǎng)度620m，厚度70～76m，屬中～小型規(guī)模水泥用灰?guī)r礦體。

礦體賦存于中泥盆系古道嶺組（D2-3g），該地層分布于整個(gè)礦區(qū)，其主要巖性以結(jié)晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)板巖、絹云母千枚巖為主，產(chǎn)狀：18～35°∠62～78°。其中結(jié)晶灰?guī)r為本區(qū)水泥用石灰?guī)r礦體的開(kāi)采對(duì)象，礦體由中～厚層狀結(jié)晶灰?guī)r組成，呈層狀，與圍巖整合產(chǎn)出；頂板圍巖為白云質(zhì)灰?guī)r、底板圍巖為硅質(zhì)板巖；礦層厚度70～76m，平均厚度72m，厚度變化系數(shù)為3.56%，厚度變化穩(wěn)定；礦體產(chǎn)狀25～32°∠65～71°，總體產(chǎn)狀為30°∠68°。

2 礦石性質(zhì)

2.1 基本分析

化驗(yàn)分析結(jié)果表明，CaO 品位CaO 45.06%～49.99%，平均品位47.54%；MgO 含量1.85%～3.50%，平均品位2.78%。

2.2 組合分析

經(jīng)組合樣分析結(jié)果表明礦石主要化學(xué)成分為：CaO 47.11%～49.25%，平均48.35%；MgO 2.90%～3.05%，平均2.96%；SiO21.81%～2.37%，平均2.08%；Al2O30.270%～0.447%，平均0.369%；Fe2O30.320%～0.473%，平均0.425%；SO30.472%～0.701%，平均 0.591%；K2O+Na2O 0.241%～0.315%，平均0.277%；FSiO22.15%～3.75%，平均2.89%；Cl-0.009%～0.012%，平均0.010%。

綜上可知：礦石有害組分MgO、K2O+Na2O、FSiO2、SO3、Cl-含量較低，符合水泥用灰?guī)r的礦石質(zhì)量指標(biāo)。進(jìn)行組合分析見(jiàn)結(jié)果表1。

參考《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范（DZ／T 0213-2002）》表D.1，并結(jié)合表1 可知，此礦石可以滿(mǎn)足水泥使用級(jí)別的質(zhì)量要求。

表1 水泥用石灰?guī)r礦石組合樣化學(xué)分析結(jié)果

2.3 礦體圍巖、夾層

礦體頂板圍巖為白云質(zhì)灰?guī)r、底板圍巖為硅質(zhì)板巖，礦體與圍巖界線(xiàn)清晰。礦體覆蓋層主要為第四系殘坡積碎石土，厚度0.5～1.6m。礦（層）體中非礦夾石發(fā)育。在K1 礦體中部南段見(jiàn)一形似透鏡狀，由千枚巖夾薄層灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r組成的夾石，最大幅度寬0.5m，未達(dá)到夾石剔除標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 礦石性能檢測(cè)

本次主要針對(duì)礦區(qū)內(nèi)圍巖、夾層廢石和水泥用灰?guī)r的性能進(jìn)行檢測(cè)，主要包括巖石抗壓強(qiáng)度、壓碎值、堅(jiān)固性3 項(xiàng)指標(biāo)，目的是探討其制作骨料的可行性。試驗(yàn)方法參照《建設(shè)用碎石、卵石GB／T14685-2011》。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦石骨料性能檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

參照《建設(shè)用碎石、卵石GB／T14685-2011》，結(jié)合表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圍巖與夾層廢石可以用來(lái)做骨料，且骨料性能較水泥用灰?guī)r略?xún)?yōu)。

2.5 工業(yè)類(lèi)型

綜上可知，礦石品質(zhì)已達(dá)到礦石工業(yè)指標(biāo)的質(zhì)量要求，可作為水泥用灰?guī)r原料。對(duì)于圍巖、夾層，可用來(lái)制作骨料，最終實(shí)現(xiàn)綜合利用。

3 生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

生產(chǎn)規(guī)模：50 萬(wàn)噸/年骨料產(chǎn)品+50 萬(wàn)噸/年水泥用灰?guī)r粗產(chǎn)品；

入料最大粒度：700mm；

產(chǎn)品方案：水泥用灰?guī)r加工時(shí)為0～80mm水泥用灰?guī)r粗產(chǎn)品；骨料加工時(shí)為石粉、成品砂、10～15mm和15～20mm 骨料產(chǎn)品。

產(chǎn)品最大粒度：水泥用灰?guī)r粗加工時(shí)為80mm；骨料加工時(shí)為20mm。

工作制度：每年300 天，每天2 班，每班8 小時(shí)。一班用來(lái)處理廢石，一班用來(lái)處理水泥用灰?guī)r。具體工作制度可視情況錯(cuò)開(kāi)生產(chǎn)。

3.2 工藝及設(shè)備選擇

因本項(xiàng)目生產(chǎn)骨料時(shí)工藝流程較長(zhǎng)，且要兼顧水泥用灰?guī)r礦粗產(chǎn)品的加工工藝，因此按骨料加工來(lái)選擇加工工藝及設(shè)備。

目前，國(guó)內(nèi)骨料粗碎設(shè)備主要有旋回式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)。其中旋回破和顎式破碎機(jī)為層壓破碎原理，一般用于破碎硬度大、磨蝕性高的物料，破碎后的物料粉料較少；而錘破和反擊破為沖擊破碎原理，一般用來(lái)破碎中等硬度以下且磨蝕性低的物料，破碎后的物料粒型圓潤(rùn)針片狀較少，粉料相對(duì)較多。

骨料生產(chǎn)常見(jiàn)的破碎機(jī)組合類(lèi)型有錘破+反擊破、鄂破+圓錐破和旋回破+圓錐破。其各自特點(diǎn)如表3。本項(xiàng)目的礦石資源為灰?guī)r礦，礦石硬度中等，處理規(guī)模較小。因此設(shè)計(jì)采用錘破+反擊破的破碎組合，并將錘破用于粗碎，反擊破用于細(xì)碎。

表3 骨料破碎機(jī)選型比較

制砂工藝常見(jiàn)的破碎整形設(shè)備為立軸沖擊破碎機(jī)，制砂工藝主要分為濕式制砂和干式制砂兩種，濕式制砂多采用輪式洗砂機(jī)，干式制砂多采用選粉機(jī)。濕式制砂用水，產(chǎn)生的廢水和泥處理較為麻煩。本項(xiàng)目考慮到灰?guī)r礦硬度較小，最終選用選粉機(jī)制砂。

此外，考慮到處理的物料有表層剝離廢石，因此在粗碎前增設(shè)棒條振動(dòng)給料機(jī)和除土篩進(jìn)行預(yù)先篩分、預(yù)先除土。

綜上，骨料加工整體工藝采用預(yù)先除土+錘破+反擊二段閉路破碎篩分流程。制砂部分采用立軸沖擊破整形后采用選粉機(jī)進(jìn)行干式制砂。其工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 骨料加工工藝流程圖

具體流程為原礦經(jīng)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)皆V倉(cāng)，后經(jīng)1 臺(tái)HPF1040 振動(dòng)棒條給料機(jī)將粒度大的礦石給入1 臺(tái)PCD1620 型新型單段錘式破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行粗碎，將粒度小的給入除土篩進(jìn)行篩分。除土篩采用2YK1860 振動(dòng)篩1臺(tái)，篩下堆置在棄土堆，定時(shí)清運(yùn)。除土篩篩上與粗碎產(chǎn)品合并給入1#振動(dòng)篩（2YA3060 型圓振動(dòng)篩1 臺(tái)）篩分，在產(chǎn)品進(jìn)入第一雙層振動(dòng)篩前設(shè)置電動(dòng)液三通分料器，一邊直接給到振動(dòng)篩，一邊給入皮帶后運(yùn)輸?shù)剿嘤没規(guī)r粗產(chǎn)品堆棚。在生產(chǎn)骨料時(shí)，分料器轉(zhuǎn)向振動(dòng)篩給料進(jìn)行篩分，篩上先集中到細(xì)碎緩沖倉(cāng)，經(jīng)膠帶給料機(jī)給入1 臺(tái)HS1523S 型反擊式破碎機(jī)細(xì)碎，篩下給入1臺(tái)PLS-1000II 型立軸沖擊破碎機(jī)進(jìn)行整形后，經(jīng)斗提給到第二雙層振動(dòng)篩（2YA1860 圓振動(dòng)篩1 臺(tái)）進(jìn)行篩分，獲得0～10mm、10～15mm 和15～20mm 三種產(chǎn)品。細(xì)碎產(chǎn)品匯入粗碎產(chǎn)品皮帶一起給入第一雙層振動(dòng)篩進(jìn)行篩分。其中0～10mm 產(chǎn)品直接進(jìn)入到1 臺(tái)JN-SF-V 型人工砂石選粉機(jī)選粉，產(chǎn)出砂和石粉，10～15mm、15～20mm 兩種骨料經(jīng)皮帶運(yùn)到對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品倉(cāng)。在生產(chǎn)水泥用灰?guī)r粗產(chǎn)品時(shí)，分料器轉(zhuǎn)向水泥用灰?guī)r粗產(chǎn)品輸送皮帶后將物料送到水泥用灰?guī)r粗產(chǎn)品堆棚。

3.3 總體布置

加工區(qū)位于礦山西南側(cè)，由原礦卸車(chē)場(chǎng)地、原礦倉(cāng)、破碎車(chē)間、一段篩分車(chē)間、整形制砂車(chē)間、成品篩分及選粉車(chē)間，成品筒倉(cāng)等組成，破碎線(xiàn)整體布置成“一”字型。產(chǎn)品發(fā)運(yùn)區(qū)設(shè)車(chē)輛等待區(qū)。辦公生活區(qū)位于加工區(qū)西南側(cè)，布置有辦公樓、宿舍樓、餐廳，停車(chē)場(chǎng)地。

加工場(chǎng)地整體呈西高東低，場(chǎng)地豎向布置采用臺(tái)階式。臺(tái)階采用擋土墻形式為場(chǎng)地邊坡加固，在各平臺(tái)場(chǎng)地排雨水及道路排雨水采用自然排水及暗管相結(jié)合的排水方式。原礦倉(cāng)、破碎車(chē)間、一段篩分車(chē)間的場(chǎng)地標(biāo)高為580.00m，整形制砂車(chē)間、成品篩分車(chē)間、選粉車(chē)間、成品筒倉(cāng)、車(chē)輛等待區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高為570.0m。綜合辦公樓的場(chǎng)地標(biāo)高為570.0m。

3.4 討論與分析

此生產(chǎn)線(xiàn)具有一線(xiàn)兩用的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以生產(chǎn)水泥用灰?guī)r礦粗加工產(chǎn)品，而且也可以直接用來(lái)生產(chǎn)骨料處理圍巖和夾層廢石。此設(shè)計(jì)中骨料生產(chǎn)線(xiàn)和水泥用灰?guī)r粗加工生產(chǎn)線(xiàn)共用粗碎段，不僅節(jié)省了對(duì)建設(shè)場(chǎng)地，而且節(jié)省了大量的土建和設(shè)備投資。同時(shí)通過(guò)將圍巖和夾層廢石生產(chǎn)成骨料，不僅避免了土地占用以及水土污染的次生環(huán)境問(wèn)題，而且也創(chuàng)造了額外的經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，踐行了綠色開(kāi)發(fā)的發(fā)展理念，也有助于增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

此生產(chǎn)線(xiàn)也有缺陷，在實(shí)際生產(chǎn)中廢石與水泥用灰?guī)r礦的出礦能力是不均勻的，生產(chǎn)制度需要適時(shí)調(diào)整，否則會(huì)造成產(chǎn)品積壓。因此，企業(yè)需提前規(guī)劃好兩種生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)計(jì)劃。