石粉回收设备的应用于大法坪砂石加工系统

李学莉

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：龙滩水电站RCC混凝土砂料中要求石粉含量达16～20%，小于0.08mm粒径含量大于6%～9%。为保证砂料质量，系统选用了美国德瑞克DERRICK强力高效细物料脱水回收装置，利用筛分、制砂车间排放的尾水，通过排浆沟槽，利用渣浆泵抽入石粉回收装置，经强力高效脱水筛脱水进行石粉回收。为保证石粉回收成功，在使用过程中，对设备的工作压力、来料的浓度、来料粒径、来料量进行了严格的控制，保证了石粉回收量的平稳及RCC混凝土用砂质量，但其使用受到很多条件的制约，与国内外同类产品相比，还有互相借鉴之处。

关键词：石粉回收设备　砂石加工系统　应用　龙滩水电站

1 石粉回收工艺与设备的选择

石粉含量是碾压混凝土用砂的重要技术指标，石粉含量的高低对碾压混凝土性能有较大的影响。例如在龙滩水电站，对大坝RCC混凝土用砂的石粉含量指标规定为16%～20%、小于0.08mm粒径含量为6%～9%，砂的细度模数为2.4～2.8。一般说来，采用湿法生产工艺制取人工砂时，无论是立轴式冲击破制砂或是棒磨机制砂，都经过了洗砂机及脱水的工艺过程，石粉会流失一部分。因此，生产出的人工砂中的石粉含量达不到碾压混凝土用砂对石粉含量的要求，必须回收部分石粉掺入到人工砂中。

目前，在回收石粉的设备与工艺方面，比较成熟的有石粉沉淀池沉淀与机械铲运掺入方式、有刮砂机回收掺入方式与旋流器浓缩、高频脱水筛脱水的工艺方式等。

沉淀池回收方式是比较早期的一种工艺方式，结构简单、投入费用较少，但难以保证与人工砂的同步生产、同步掺入，占地面积较大。

刮砂机回收掺入方式投入费用也不高，能耗较低，但目前生产的刮砂机单机产砂量较小。当要求石粉回收量较大时，必须采用多台设备，占地面积较大。

旋流器浓缩、高频脱水筛脱水的工艺方式是最新的一种工艺方式，单机回收量较大，可达25～30t/h，回收后的石粉含水率较低，占地面积不大，可与制砂同步生产，因此回收的石粉在人工砂中的掺和均匀。其缺点是设备的投入费用较高，能耗也较高。根据以上的比较，认为，龙滩水电站大法坪砂石加工系统的生产规模大，碾压混凝土砂的生产量高，需用回收掺入的石粉量也大。因此，必须采用较先进的石粉回收设备与工艺，才能保证石粉的回收与掺入。据此，选择了设计院与业主推荐的DERRICK细物料回收装置，并自己设计了与之相配套的工艺设施。

2 石粉回收的工艺简介

根据系统砂石料生产工艺，在立轴式冲击破碎机以及棒磨机生产的机制砂中石粉含量达9.5%～11.30%左右，尚缺5.7%～9.7%的石粉，需在第三筛分、制砂车间排放的尾水中回收。按RCC混凝土浇筑月高峰强度25万m3计，RCC混凝土浇筑日高峰强度为10000m3（按月正常浇筑25天计，日供应碾压砂强度为7660t），需增加的石粉回收能力为31.2～53.1t/h （按日生产14小时计）。

石粉回收工艺主要是将第三筛分、制砂车间排放的尾水集入排浆沟槽，引入回收池，利用200NG43Ⅲ型渣浆泵将回收池中的浆液泵入石粉回收装置旋流器，浆液经处理后，集散到强力高效脱水筛脱水经与砂混合后，由胶带机输送到成品料仓 （石粉回收工艺见图1）。

图1

3 石粉回收设备的选型

根据需增石粉回收能力，并考虑立轴式冲击破生产产生部分石粉以及调整棒磨机细磨产生石粉的波动，设计选用3台2SG48-120W-4A型水力旋流器组，每组旋流器组配置一台德瑞克 （DERRICK） 高频直线脱水筛。

2SG48-120W-4A配置了两组20个一组的100mm直径的水力旋流器组。单台设备能处理600m3/h石粉浆料、回收石粉能力为25～30t/h，德瑞克高频直线脱水筛筛上排料能力为35～40t/h，系统选用两套设备，满足设计回收能力，考虑设备检修及意外故障，系统配置3套石粉回收设备。

该设备的使用范围——回收筛分、制砂车间排放的尾水浆液中小于0.16mm中的细粒级产品，即石粉。

4 石粉回收设备的工作原理

——小于0.15～0.37的细粒尾砂由渣浆泵向旋流器组供料，此时，入口压力为2.6～2.8kg/cm2，小于0.038mm的细粒物料经旋流器溢流，大于0.038mm的颗粒经旋流器浓缩到60%～65%的浓度，成为旋流器底流，向强力高频脱水筛供料。

——由于配置了强力双振动器产生直线运动和7.3G （一般振动器产生4～5G） 重力加速度的高频脱水筛，特别适合浓缩后的旋流器底流很快在筛面形成物料层，并有效地实现固液分离。

——高频直线脱水筛筛网能加速实现固液分离后的液体及时穿透筛面。筛下的浆液返回回收池和旋流器组形成闭路循环。经该装置脱水回收的细粒尾砂，固体浓度可达75%～80%。

5 石粉回收设备的应用

石粉回收设备对来料浆液浓度、来料粒度、来料浆液量的波动及设备压力的调整要求较高，以上四种因素直接关系到石粉的回收质量与产量。在系统调试过程中，经多次调整及反复摸索，收集了较多的检测数据，为石粉回收设备在砂石加工系统使用积累了不少经验。

5.1 旋流器组进口压力对石粉回收效果的影响

旋流器组进口压力按设备使用要求为2.6～2.8kg/cm2左右，进口压力的产生是靠外负载建立的。当系统开始进行石粉回收时，强力高频脱水筛首先投入运行，当其运转正常后，渣浆泵开始工作，渣浆泵吸口吸入的浆液通过泵输送进旋流器组，此时系统压力建立。

当旋流器组开始工作时，旋流器大部分开关应关闭，待压力建立起后，将旋流器阀门打开，此时，旋流器组开始正常工作。若在开机时，旋流器阀门全部开启，使整条通道呈畅通状态，系统压力是无法建立起来的。

系统压力的建立还可以通过调节渣浆泵进入旋流器的总闸阀，使系统压力满足回收要求。

经过近三个月的调试，总结出：在当旋流器组开始工作时，每台石粉回收设备旋流器阀门开启个数应在20个以内，压力将在2.6～2.8kg/cm2左右，当压力达2.8～3.5kg/cm2时，开启其余旋流器阀门，此时，设备压力基本稳定在2.8～3.0kg/cm2，石粉回收效果最佳。若在旋流器组开始工作时，每台石粉回收设备旋流器阀门开启个数超过20个以上，压力建立在2kg/cm2以下，石粉回收将无法正常进行，由于压力的影响，回收的浆液无法浓缩，整台旋流器成为通道。

5.2 浆液浓度对石粉回收效果的影响

经多次试验检测总结出：进旋流器组浆液浓度对石粉回收效果的影响很大，它直接影响到石粉回收产量及石粉含水量。而浆液的浓度的高低取决于尾水集流的浆源。在本砂石加工系统中可利用浆源为第三筛分、制砂车间排放的尾水，而此部分浆液浓度的高低取决于筛分时筛面的冲水量以及制砂机的进水量。在集入排浆沟槽的浆液浓度达13%以上时可以回收到石粉，在浆液浓度达16%以上时石粉回收设备可达到较满意的回收效果。如表1所示。

表1 浆液浓度对石粉回收影响效果表

由上表可看出：一般情况下，回收池浆液浓度越低，小于0.08mm粒径石粉含量越高、成品石粉含水量也越高。回收池浆液浓度越高，小于0.08mm粒径石粉含量越低、成品石粉含水量也越低，但浆液浓度低也将会使石粉回收总量降低。

5.3 浆液粒度对石粉回收效果的影响

旋流器组出料口口径为15mm，进入旋流器的浆液的经入口，低于60%浓度的细粒物料溢流后入回收池，高浓度的大于0.038mm较粗颗粒成石粉。为保证回收效果，该设备避免粗粒物料和杂物泵入，绝不允许2mm以上的颗粒进入，经多次试验，尾水浆液中大于1mm粒级达到2.32%～25.1%时，将导致旋流器沉砂堵塞，无法正常工作，影响回收效果。

——大于5mm的粗颗粒对石粉回收的影响

旋流器组中是严禁大于5mm的粗颗粒进入的，一旦进入，旋流器出口将完全堵塞，在使用时大于5mm的粗颗粒是必须剔出的。

——2mm～1mm颗粒对石粉回收的影响

在进行石粉回收时，排浆沟槽端部设置了平板闸门，将浆液集在槽与回收池中，以利于渣浆泵抽浆。由于来料的浆液中不可避免地含有筛分及细磨车间脱水筛下的2～1mm的颗粒进入排浆沟槽与回收池中，它们沉淀后被渣浆泵泵入旋流器，一般在15分钟后，引起旋流器出口堵塞。

以上现象多发生在系统停机后，未对整条排浆沟槽及回收池进行冲洗，系统再次开机后的15分钟，渣浆泵将积淀在回收池中的2～1mm的颗粒泵入旋流器后，引起旋流器出口的堵塞。由此造成的堵塞将使系统石粉回收设备近40分钟至1小时不能正常运转，极大地影响碾压砂的生产质量。

——浆液中大于1mm颗粒对石粉回收的影响

在进行石粉回收时，旋流器中难免进入1mm粒经的浆料，刚开机时，由于排浆沟槽与回收池中无沉积料 （在正常情况下），石粉回收效果较好。但随着开机时间增长，大量的浆料通过旋流器，浆液中1mm粒径颗粒逐渐增多，在进入旋流器中的大于1mm粒级达到2.32%～25.1%时，旋流器将完全堵塞，发生此现象常在开机15分钟后，此时，必须及时对旋流器进行清理、疏通。如表2所示。

表2 大于1mm颗粒含量造成旋流器堵塞表(www.xing528.com)

——浆液中含泥过多对石粉回收的影响

不要以为只有小石及粗颗粒的砂会将旋流器出口堵塞，浆液中含泥较多，也是造成旋流器出口堵塞的一个重要因素。

料场开采的毛料，虽经洗石机滚洗，筛分楼筛洗，但仍不可避免的有小泥团及冲洗后的泥浆进入排浆沟槽与回收池，被渣浆泵泵入旋流器，积淀成泥柱，将旋流器出口堵塞。因小泥团及冲洗后的泥浆进入旋流器产生旋流器出口堵塞现象大多发生在开机40分钟后。如表3所示。

表3 泥浆含量造成旋流器堵塞表

以上数据表明：当石粉回收浆液中含泥比率达1.795以上，随着运行时间的增长，旋流器出口将全部堵塞，经过多次试验后，在回收石粉时，系统初次冲洗的含泥量较高的浆液全部从支排水系统排放，严禁进入回收专用排浆沟槽。

5.4 浆液波动对石粉回收效果的影响

在调试试验过程中，进渣浆泵的浆液量的波动对石粉回收效果的影响很大，当浆液量不能满足渣浆泵的运行参数时，无论来料浓度高低，石粉回收效果是达不到设计要求的。因此，可以肯定，石粉回收效果是与进渣浆泵的浆液量紧密相关的。

与石粉回收水力旋流器组配套设备为200NG43Ⅲ型渣浆泵，其流量为550立方米/小时、扬程43米、电机功率185KW。在系统进行石粉回收时，2台旋流器投入使用，此时，渣浆泵需供浆液为1100立方米/小时方能满足其运行要求，若来浆量达不到此要求，渣浆泵在运行时将产生真空现象。在实际生产中，棒磨车间的供水量为180立方米/小时 （每台设备用水量为30立方米/小时），其提供的浆液量是不能满足浆泵的使用要求的，为解决此矛盾，将第三筛分车间筛洗的浆液从专用排浆沟槽引入石粉回收池，以保证渣浆泵浆液需求量。

由于第三筛分车间筛洗的浆液量较大，其浓度低于12%，当其混入石粉回收池后，使池内浆液浓度降低。因此，控制第三筛分车间筛洗的浆液来量，使其保持稳定，并保证棒磨车间回收的浆液不产生波动，是保证石粉回收效果的另一重要因素。

实践证明：在来浆量稳定，浆液浓度满足旋流器回收使用要求，浆液在渣浆泵吸料口高度为600～400mm以内时，石粉回收效果最佳。

6 DERRICK石粉回收设备使用的认识

DERRICK石粉回收设备由于旋流器出料口只配置了口径15mm浓缩器嘴，它限制了进入旋流器的物料颗粒不能大于1mm，否则，由于旋流器嘴的堵塞，将增大操作者的工作强度，致使在处理旋流器堵塞时造成石粉回收产量波动，设备难以正常连续生产，使石粉回收效果降低。

在砂石加工系统生产过程中，由于因筛网破损、设备保洁，卫生清理，设备运行过程中，不可避免地有少部分大于1mm的物料进入排浆沟槽，被渣浆泵吸入旋流器，所以，旋流器嘴堵塞现象难以避免。在排浆沟槽加设了格栅后，虽然将大部分粗颗粒及杂物隔除，但堵塞现象影响回收效果，引起产品质量波动的现象时有发生。

由于系统是湿法生产，立轴式冲击破碎机制砂产生的石粉经过水的冲洗都进入了第三筛分车间的排浆沟槽，此处产生的浆液的浓度以及来浆量的多少与立轴式冲击破碎机设备开机台数及第三筛分车间设备开启台数有关，在系统生产过程中，保证了以上两个部位的开机台数，就保证了排浆沟槽中的浆液浓度及供给旋流器的浆量。这也是石粉回收设备正常运行的保证。

由于以上条件的限制，要保证石粉回收效果，必须采取必要的措施改善设备生产条件，使其生产质量不受各方面因素的波动，使设备处于良好的生产状态。

7 保证石粉回收效果的措施

为保证进入集浆池的浆液颗粒不造成旋流器的堵塞，在第三筛分车间及棒磨车间排浆沟槽尾部增设了一台刮砂机，它的作用是将以上两个部位集中在排浆沟槽浆液中的大于1mm粒径以上的粗颗粒进行隔除，使进入集浆池的浆液中的颗粒小于1mm。采取了以上措施后，石粉回收生产时，旋流器很少发生堵塞现象，也大大地减轻了运行人员的生产强度。

为保证进入排浆沟槽中的浆液浓度及集浆量，系统在安排生产时，确定了最佳的设备生产组合，由于保证了立轴式冲击破碎机及第三筛分车间设备的投入台数与进料量，使进入排浆沟槽中的浆液浓度及集浆量保持稳定，使石粉回收量保持稳定，石粉回收质量不产生波动现象。

加强对旋流器开启个数的控制及设备工作压力的控制，使旋流器生产时不产生通路，石粉回收效果良好。

8 国内外其他同类设备

使用DERRICK石粉回收装置受到来料量、浆液浓度、来料颗粒、工作压力等诸多因素的影响，使石粉回收控制环节复杂，系统运行时必须精细管理。有无既方便、回收效果又好的同类产品呢? 咨询了不少设备生产及供货商，我们了解到：小湾水电站砂石加工系统使用的美国Kreb公司的旋流器进行石粉回收效果优于DERRICK石粉回收设备，并且还了解到湖北宜昌黑旋风集团生产的石粉回收设备与美国Kreb公司的旋流器进行石粉回收有相近效果 （美国Kreb公司的旋流器石粉回收效果见图2）。

美国Kreb公司的旋流器进行石粉回收的范围与效果如下：

图2

①Kreb公司的旋流器除了可以回收0.038mm以上的细粉，还可以回收直径达5mm的细颗粒。而其他厂家的100mm直径的旋流器都无法做到。因此，当需要回收0.038mm到5mm之间的粉粒时，直接选用Kreb公司的10″～15″g Ma×254～381mm直径的旋流器即可一次完成。

②当使用5只10英寸规格的美国Krebs公司的钢质外壳旋流器时，根据有关资料可见，选用5只旋流器，进料浆液压力为24psi （1.68kg/cm2） 时，其处理能力可满足500m3/h，固体干料的回收率可达87.8%；选用6只旋流器时，进料浆液压力为18psi （1.26kg/cm2） 时即可处理600m3/h，固体干料的回收率可达87.8%。

③强力脱水筛网的寿命超过2年。由于Sizetec公司的振动筛网采用的是5mm×25mm的钢制加强型40毫米厚聚氨酯筛网，所以整个筛网可以承受超过250mm厚的出料。

④Sizetec公司的脱水筛脱水性优于其他产品。因为Sizetec强力脱水筛VDS512-4采用两个功率为5马力的强力振动器，并在Sizetec的筛面上可以形成较厚的固料。经旋流器处理的水固体含量 （含水量） 取决于旋流器入口处给料的粉粒组成比例及浆液浓度及流量。根据经验，当固料尺寸为0.1mm×0.01mm时，即便脱水效果很好，其含水量 （按重量算） 也可达20%。

⑤Sizetec的筛面可以调节安装角度。

⑥Krebs公司旋流器首创了渐开式入料方式，扩大了入料口的容积，减少了入料对旋流器内料流的干扰，大大提高了处理能力及分旋上限。同时，Krebs首创的渐开线进料设计，使旋流器的工作压力大大降低，这意味着旋流器的数量会减少。

9 国外同类设备启示

通过对美国Kreb公司的旋流器的了解，尽管大法坪砂石加工系统选用的DERRICK石粉回收设备在使用中经过不断摸索，获取了一些成功的使用经验，并且碾压砂的石粉含量满足了设计及规范要求，但是，在从使用经济、方便、受制约条件少，回收范围大方面考虑，本着实事求是的态度，认为：美国Kreb公司的旋流器与DERRICK石粉回收设备相比较存在如下优点。具体表现在于：

①美国Kreb公司的旋流器进行石粉回收效果好，其回收率超过85%。

②美国Kreb公司的旋流器处理能力大，最多回收石粉超过60t/h，而DERRICK石粉回收设备处理能力为20～27t/h。

③美国Kreb公司的旋流器石粉回收范围大，除了可以按照要求回收石粉外，还可以回收5mm的粗砂，使在尾液中的较粗颗粒得到回收。

④美国Kreb公司的旋流器系统工作压力低于DERRICK石粉回收设备，节约能耗，减少磨损，提高设备寿命，降低了系统生产成本。

⑤由于美国Kreb公司的旋流器能够通过较粗颗粒的尾液，旋流器不会产生堵塞现象，使系统生产质量稳定。

⑥由于美国Kreb公司能够根据使用要求提供各种直径的旋流器嘴，使该设备的使用范围广泛，它可以安装在第二、三筛分楼主排水沟后对其尾液粗颗粒进行回收，又可以进行棒磨机主排水尾液中的石粉回收。通过更换不同直径的旋流器嘴，达到回收不同粒径物料的效果。

尽管美国Kreb公司的旋流器进行石粉回收有以上优点，但是也有其不足之处，据了解，当使用100mm直径旋流器时，所回收的≤0.08～0.16mm以下的颗粒分布较少，回收≥0.08～0.16mm以上颗粒效果较好。也就是说，在不调整改变棒磨机成砂细度模数的条件下，必须合理地选择旋流器的口径，才能获得较好的使用效果。

10 结语

大法坪砂石加工系统中，石粉回收工艺与设备自投入运行以来，回收效果良好，经测试，每套装置的回收量在20～27t/h，经回收后的石粉含水率在20%～25%经掺入石粉后的碾压混凝土砂中，石粉含量为16%～20%。设备运行正常，人工砂的产品质量优良、稳定。尽管利用2SG48-120W-4A型水力旋流器组作为“湿法”生产人工砂的砂石料加工系统中的石粉回收设备，有着运行可靠、回收率较高等特点，但与其他先进设备相比，还存在不足。笔者以为，在以后砂石加工系统设备选型时，应根据系统岩性与特点，合理地选择应用石粉回收设备，使在生产过程中，石粉回收工艺更简便、更节省、产量更高、受制约条件更少。

◎作者简介：

李学莉，女，葛洲坝五公司龙滩砂石项目部副总经理，总工程师。