Технологические схемы производства щебня, гравия и песка
Общие принципы и положения. Предприятия нерудных строительных материалов, производящие заполнители для бетона, представляют производственный комплекс, включающий добычу сырья в карьере и его переработку на заводе.
Сырье, как указывалось ранее, добывают, применяя экскаваторный способ разработки месторождений или средства гидромеханизации. К последним, например, относят плавучие землесосные снаряды, используемые при разработке подводных и обводненных песчано-гравийных месторождений.
Технологические схемы заводов по производству заполнителей для бетона определяются поступающей на переработку исходной горной массой, номенклатурой и качеством готовой продукции, типом применяемого оборудования с учетом комплексности использования сырья, экономии сырьевых, материальных и топливно-энергетических ресурсов.
Основными классификационными характеристиками добытой для переработки горной массы являются прочность, однородность, абразивность, размер кусков и частиц материала (гранулометрия исходной массы), количество и вид содержащихся в них загрязняющих включений, которые могут быть легко-, средне- и трудно-промывистыми, например пыль, глина и др.
Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий нерудных строительных материалов ОНТП-18—85 подразделяют перерабатываемые горные породы на четыре типа, выделяя в первом и четвертом типах две подгруппы:
— прочные однородные абразивные горные породы, включающие — изверженные горные породы (граниты, диориты, сиениты, базальты и др.) с пределом прочности на сжатие до 300 МПа, чистые или незначительно загрязненные легкопромывистыми включениями; 1-2— метаморфические и абразивные осадочные горные породы (песчаники) с прочностью на сжатие до 300 МПа и большим содержанием мелкой фракции 0 ... 150 (200) мм в исходной горной массе, загрязненные легко- и среднепромывистыми включениями;
— прочные однородные малоабразивные осадочные горные
породы (известняки, доломиты и др.) с пределом прочности на
сжатие до 200 МПа, незначительно загрязненные легко- и среднепромывистыми включениями;
— неоднородные по прочности малоабразивные горные породы, содержащие слабые разности, загрязненные средне- и трудно-промывистыми включениями;
— сырье для производства песка, гравия и щебня из гравия
для строительных работ;
— валуно-гравийно-песчаная и гравийно-песчаная горные породы с содержанием гравия и валунов
прочностью на сжатие до 150 МПа —50% и менее, загрязненные
средне- и труднопромывистыми включениями — до 10... 12%;
— валуно-гравийно-песчаная и гравийно-песчаная горные породы с содержанием гравия и валунов прочностью на сжатие до
300 МП — 50% и более, загрязненные легкопромывистыми включениями — до 5%.
По характеру производства, использующего определенные типы горных пород, и основным видам выпускаемых заполнителей различают заводы:
щебеночные с экскаваторным способом разработки месторождений горных пород типа I ... III;
гравийно-щебеночные и гравийно-песчаные как с экскаваторным, так и с гидромеханизированным способом добычи горных
пород типа IV-2 и IV-1;
песчаные, в основном с гидромеханизированным способом добычи горной массы, содержащей не более 5% гравия.
Заводы с экскаваторным способом добычи сырья имеют мощность 0,6 ... 2,8 млн. м3 в год, гидромеханизированные — 0,6 ... 1,2 млн. м3 в год и более при сезонном и круглогодовом режимах
работы.
При разработке месторождений с небольшими и средними запасами сырья для производства щебня целесообразно применение сборно-разборных автоматизированных дробильных линий типа САДЛ или передвижных дробильно-сортировочных установок типа ПДСУ-85 производительностью до 400 ... 500 тыс. м3 в год.
Проектирование технологии производства заполнителей основывается на результатах технологических испытаний сырья, определяющих схему технологического процесса: число стадий дробления и виды грохочения, типы дробилок и грохотов, способы и оборудование для промывки и очистки материала, его обезвоживания, необходимость операций обогащения по прочности, зерновому составу или форме зерен, а также мероприятия по утилизации отходов производства.
Уровень механизации и автоматизации производства на современных заводах должен составлять соответственно не менее 95 и 75%.
Щебеночные заводы. Их основная продукция — фракциированный щебень крупностью до 40(70) мм с содержанием
елких фракций (до 20 мм) не менее 50% от всей массы щебня и, кроме того, обогащенный песок из отсевов дробления. Технологические схемы щебеночных заводов различаются по
азначению в зависимости от трех типов горных пород, а также по принципу их построения, стадийности дробления, поточности, структуре, видам основной и побочной продукции и др.
Принцип построения схем касается применения операций грочения при дроблении различных скальных пород, т. е. определяет объемы дробимого материала и его крупность, что существенно при определении оптимальных параметров технологических взаимосвязей процессов добычи и переработки сырья и требует в каждом конкретном случае проведения технико-экономического анализа.
Технологические схемы, построенные по принципу «не дробить
ничего лишнего», предусматривают наименьшее отношение объема материала, пропускаемого через все дробилки (без учета циркуляционной нагрузки), к объему исходной горной массы, поступающую на переработку. Это достигается предварительным грохочением перед дроблением для отделения мелких фракций, затрудняющих работу дробилок.
Технологическая схема с использованием принципа «не транспортировать отдельно ничего лишнего» характеризуется наибольшим указанным отношением, равным 1, и предусматривает поступление материала на дробление из одной дробилки в другую без рименения грохочения. Это возможно при использовании достаточно чистых изверженных и метаморфических пород, содержащих в небольшом количестве (до 20%) зерна, размер которых меньше ширины разгрузочной щели дробилки. Такие зерна проходят через робилку не измельчаясь и лишь незначительно снижают ее производительность. Уменьшение, согласно этой схеме, оборудования сортировки и
внутрицехового транспорта (ленточных конвейеров для раздельно-транспортирования мелочи) позволяет снизить капитальные и
эксплуатацнонные затраты, повысить надежность производства. Оба принципа могут быть использованы в технологических
приемах на разных стадиях дробления. Например, они используются в технологической схеме типового щебеночного завода мощностью 1 млн. м3 щебня в год из однородных изверженных и метаморфических пород.
После промывки пульпа, содержащая частицы менее 0,16 мм, поступает из спиральных классификаторов и виброобезвоживателей в зумпф (канаву), откуда ее грунтовым насосом перекачивают в гидроотвал (хвостохранилище).
Технология предусматривает также вариант переработки материала «сухим» способом, т. е. без промывки щебня мелких фракций и обогащения песка, что менее желательно для качества заполнителей, но может быть продиктовано реальными условиями, например климатическими, дефицитом водных ресурсов и др.
В этом случае песок из отсевов дробления после грохочения направляется на склад готовой продукции.
На первой стадии в обоих случаях возможно применение щековой дробилки, на второй и третьей стадиях дробление метаморфических пород и песчаников (тип 1-2) производят в конусных дробилках среднего и мелкого дробления, а однородных известняков и доломитов (тип II) — в роторных дробилках (ударного действия).
Последние обеспечивают выпуск щебня кубовидной формы и могут применяться на всех трех стадиях дробления, по тогда увеличивается выход отсевов крупностью 0 ... 5 мм.
Содержание в исходной горной массе и продуктах дробления большого количества мелочи вызывает необходимость предварительного грохочения (II) перед каждой стадией дробления.
Загрязняющую карьерную мелочь (0 ... 10 мм в сухой период, 0 ... 20 мм во влажный) удаляют из технологического процесса предварительным грохочением перед первичным дроблением.
Крупность материала, отбираемого на предварительном грохочении, рекомендуе1ся принимать: для первой стадии дробления — близкой к ширине загрузочного отверстия дробилок, для второй и третьей стадии — равной наибольшей крупности получаемых продуктов.
Операции (IV ... VIII) после стадии II дробления аналогичны рассмотренным в технологической схеме для переработки пород типа 1-1.
Наибольшие трудности вызывает переработка неоднородных по прочности (главным образом карбонатных) пород типа III из-за значительного колебания содержания слабых разностей (с пределом прочности на сжатие менее 20 МПа) и загрязняющих глинистых включений.
Технология переработки таких пород должна в каждом конкретном случае учитывать особенности сырья, гибко варьировать различными технологическими операциями и поэтому не ограничивается рамками единой типовой схемы. Общим и характерным является то, что для получения кондиционного щебня необходимо применять методы обогащения по прочности.
Наиболее часто в технологические схемы включают обогащение методом избирательного дробления с использовaниeм роторных дробилок и удалением из процесса слабых разностей многократным грохочением. При переработке пород, содержащих до 20% слабых разностей, выход щебня составляет около толовины от исходной горной массы. Получаемые в большом количестве отходы в виде отсевов подлежат утилизации в качестве сырья для цементной, металлургической промышленности, для Производства известняковой муки, минеральных наполнителей, например для асфальтобетона, флюсов и др. Таким образом достигается комплексное использование сырья.
При содержании в исходной горной массе более 20% слабых разностей щебень требуемой марки может быть получен только за счет включения в технологическую схему специальной операции обогащения по прочности методом отсадки, механической классификации или разделения в тяжелых средах (суспензиях), осуществляемых в отдельном потоке.
Если представляется возможным выборочно добывать прочные и слабые породы, их переработку на заводе производят на отдельных технологических линиях.
Система соединений технологических линий и наличие потоков юля выделения пород разной прочности характеризуют структуру технологической схемы.
По такой схеме сухим способом перерабатывают горную массу крупностью до 1000 мм для выпуска известнякового щебня М 300 и 500 и использования отсевов дробления для производства известняковой муки.
Технологическая схема включает следующие операции:
предварительное грохочение (II), удаляющее мелочь и выделяющее два класса по крупности материала;
раздельное первичное дробление (I) в соответствующих типах роторных дробилок;
предварительное и поверочное грохочение (IV) перед второй стадией дробления, которое выделяет товарную фракцию 40 ... 70 мм щебня М 500 и переводит в подрешетный продукт щебень М 300;
повторное грохочение подрешетного продукта (0 ... 40 мм) для получения товарных фракций щебня 10 ... 20 и 20 ... 40 мм;
вторую (III) и третью (V — с замкнутым циклом) стадии дробления щебня М 500;
Грохочение (VI) и перечистку (VII) товарных фракций в смеси 5...20 и 20...40 мм щебня М 500.
При содержании в исходном сырье глины в схему вводят операции по ее отбору и (или) предусматривают мокрый способ переработки с использованием оборудования для промывки и обезвоживания, позволяющего получить заполнитель требуемой чистоты.
Соотношение между различными видами продукции зависит от гранулометрического состава перерабатываемой горной массы. При большом содержании в ней валунов и гравия по отношению к тесчаной составляющей основной продукцией являются гравий и щебень из гравия. В соответствии с этим заводы именуются гравийно-щебеночными.
Операции классификации и обезвоживания песка из отсевов дробления и природного песка производятся так же, как в рассмотренной схеме для щебеночного завода, в спиральных классификаторах и обезвоживателях. В последних обогащенных песок сгущают для обеспечения возможности его транспортирования ленточными конвейерами.
Валуно-гравийно-песчаные и гравийно-песчаные породы, содержащие до 50% валунов и гравия, часто загрязнены средне- и труд-нопромывистой глиной в количестве до 10... 12% (тип IV-1). В связи с этим технологические линии дополняют специальными операциями промывки. Их обычно предусматривают на щебеночной линии в вибромойках для крупных фракций +20(40) мм (после предварительного грохочения III), исключая этим замазывание глиной конусных дробилок и грохотов, а на гравийной — в корытных мойках для фракций 5 ... 20 мм с последующей сортировкой, дополнительным ополаскиванием и обезвожизанием на грохотах.
Технологические схемы гравийно-песчаных заводов могут предусматривать также совместный выпуск щебня и гравия. Он допустим при соблюдении требований стандарта на щебень из гравия по содержанию дробленых зерен и при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Совместный выпуск осуществляется объединением щебеночного
(дробленого) и гравийного (сортированного) материалов одинаковых фракций перед подачей на склад готовой продукции.
Гравийно-песчаные и песчаные заводы с гидромеханизированным способом добычи сырья. Их продукция наряду с перечисленной для гравийно-песчаных заводов включает обогащенный песок с модулем крупности более 2,5 и полным остатком на сите № 063 до 70%, а также фракционированный песок крупностью 0,16 ... 0,63 (1,25) мм и 0,63 (1,25)—5 мм.
Особенностью технологии переработки горной массы, подаваемой в виде пульпы, например, от земснаряда, является ее предварительное разделение (как правило, в конических гидрогрохотах) на два потока: песчаный и гравийный, перерабатываемые затем раздельно.
В соответствии с этим на заводах выделяют гравийно-щебеночную и песчаную линии, состоящие из узлов и блоков, связанных гидравлическим и конвейерным межцеховым транспортом. Блоки называются в соответствии с проводимыми в них технологическими операциями. Гравийно-щебеночная линия может состоять из блоков: предварительного разделения, грохочения гравия, первичного дробления, вторичного и третичного дробления, грохочения щебня из гравия. Песчаная линия обычно включает блоки гидроклассификации, сгущения и обезвоживания.
Включение определенных блоков в схему связано с гранулометрическим составом перерабатываемой горной массы и требуемой номенклатурой продукции. Например, блок первичного дробления включается в схему при наличии валунов (+150 мм). В зависимости от крупности гравия дробление может производиться в одну-две стадии или совсем исключается (а с ним и соответствующие блоки), если содержание гравия +70 мм незначительно и допустим выпуск его крупных фракций. В этом случае из схемы к также исключается промежуточный склад и переработка производится без разрыва технологического потока. Поточность достигается установкой блока предварительного разделения над всем технологическим оборудованием (высокое расположение) и материал самотеком перемещается сверху вниз.
При наличии промежуточного склада (поточно-циклическая схема) блок предварительного разделения обычно имеет низкое расположение, перемещение гравийно-щебеночного материала в соответствии с принятыми схемами дробления и грохочения осуществляется ленточными конвейерами, т. е. технология гравийно-щебеночной линии в этом случае аналогична технологии гравийно-песчаных заводов с экскаваторным способом добычи сырья.
При низком расположении блока предварительного разделения песчаная фракция направляется в блок сгущения, а затем в зумпф, оттуда землесосом перекачивается в блок классификации для дальнейшей переработки с целью получения фракционированного и обогащенного песка. При производстве рядового песка блоки гидроклассификации и обезвоживания исключаются из песчаной линии и материал подается на карты намыва напорным гидротранспортом, а при высоком расположении блока предварительного разделения — самотеком.
В коническом гидрогрохоте из пульпы выделяются зерна гравия и поступают на вибрационный грохот для отделения песчаных примесей и получения рядового гравия +5 мм. Песчаная пульпа направляется самотеком в гидроклассификатор типа ГКХ (с верхним подводом смеси), оттуда мелкая фракция песка (0 ... 0,63 мм) через верхний трубопровод поступает в сгустительные воронки, а крупная (0,63 ... 5 мм) — из нижнего трубопровода в спиральный классификатор, куда подается и подрешетный продукт виброгрохота, для обезвоживания и обогащения удалением в слив фракции до 0,16 мм. Мелкая фракция песка сгущается в воронках до оптимальной концентрации (1:2 ... 1:4 — соотношение масс воды и песка) с одновременным сбросом в слив фракции до 0,16 мм, а затем поступает в двухспиральные классификаторы с непогруженной спиралью. Обезвоженный песок транспортируют ленточными конвейерами на склад готовой продукции.
Склады готовой продукции. Типы складов характеризуются способом складирования и отгрузки различных заполнителей, формой штабеля, режимом работы (завода и склада) и вместимостью.
На щебеночных и гравийно-песчапых заводах применяют следующие типы складов.
Конусный склад характеризуется подачей заполнителей ленточным конвейером, точечным сбросом и отгрузкой экскаваторами, погрузчиками или конвейерами. Он обычно применяется на заводах небольшой мощности (до 600 тыс. м3 в год), работающих сезонно или круглогодично.
Штабельный эстакадно-траншейный склад отличается подачей заполнителей ленточными конвейерами, расположенными на эстакаде и оборудованными передвижной сбрасывающей тележкой, и отгрузкой также ленточными конвейерами, расположенными в подштабельной траншее. Заполнители над общей подштабельной траншеей хранятся между разделительными стенками пофракционно, при этом учитывается угол естественного откоса складируемого материала, зависящий от его влажностного состояния. Для щебня и гравия он составляет 35 ... 45° (меньшие значения для влажного материала), для сухого песка — 25 ...35° в зависимости от крупности. Для влажного песка угол естественного откоса увеличивается в соответствии с его крупностью до 30 ... 40°, а для мокрого уменьшается до 15 ... 27°. В целях предупреждения сепарации — неравномерного распределения зерен заполнителя по крупности, высота свободного падения в штабель ограничивается 5 ... 6 м. Люки, через которые материал поступает на конвейер в подштабельной траншее, располагаются друг от друга на расстоянии 3 ... 3,5 м, что позволяет свести к минимуму объем «мертвых» зон в штабелях. Этот тип склада широко распространен на заводах средней и большой мощности.
Штабельно-эстакадный склад отличается от рассмотренного выше отсутствием подштабельной траншеи, строительство которой бывает невозможно из-за неблагоприятных гидрологических, климатических и других условий. Поэтому отгрузку продукции производят экскаваторами и погрузчиками.
Для гравийно-песчаных и песчаных заводов с гидромеханизированным способом добычи сырья, работающих сезопио, предусматривают склады с круглогодичной отгрузкой заполнителей.
При мощности заводов до 1,2 млн. м3 в год применяют штабельный склад с подачей заполнителей передвижным штабелеукладчиком, а для более мощных заводов — штабельно-кольцевой, образуемый радиально-передвигающимся консольно-поворотным конвейером и отвалообразователем.
Склады располагают на плотном основании из хранимого материала.
Используются также намывные склады песка при его подаче грунтовыми насосами или самотеком. На каждую фракцию песка принимают три карты намыва (в намыве, в отстое и в подготовке к намыву). Их размер в плане 50X60 и 100x120 м при высоте намыва 6 ... 10 м. Для обезвоживания песка и отвода воды с карт намыва предусматривают дренаж.
Отгрузку заполнителей со всех складов производят экскаваторами и погрузчиками.
На складах необходимо принимать меры против смерзание заполнителей, которое зависит от определенной величины их влажности. Заполнители должны сохранять сыпучее состояние, позволяющее без осложнений производить погрузочно-разгрузочные работы.
Обезвоживание щебня и гравия на вибрационных грохотах позволяет снизить влажность до безопасных для смерзания пределов, в основном, лишь для крупных фракций (свыше 20 мм).
Наиболее полного удаления влаги из заполнителей можно добиться сушкой как теплым, так и холодным воздухом (метод сублимации). Но эти методы дорогостоящи и не решают проблемы смерзания в периоды атмосферных осадков и колебания температуры около 0°С.
Эффективным и дешевым является способ естественного промораживания, обеспечивающий сыпучесть материала. Он заключается в том, что заполнители на складе периодически перелопачивают экскаваторами, перемешивают специальными рыхлителями или перемещают послойно смерзающийся материал в отдельный штабель.
Одним из перспективных способов, предотвращающих смерзание влажных заполнителей, является гидрофобизация поверхности зерен. Добавки против смерзания можно вводить в сыпучую массу путем распыления сжатым воздухом из форсунок.
Итак, применение добавок, предохраняющих заполнители от смерзания, не должно оказывать отрицательного влияния на требуемые свойства бетонной смеси и бетона. Желательно, чтобы эти добавки, как в вышеприведенном примере, обладали кроме противоморозного действия полезными свойствами, повышающими качество бетона. В этом случае повышается экономическая эффективность их применения.
Таким образом, определяющими для технологии производства плотных заполнителей являются тип добытой для переработки горной породы и способ ее добычи — экскаваторный или гидромеханизироваиный. Современные технологические схемы производства заполнителей с учетом их номенклатуры и качества, а также применяемого оборудования обычно представляют двух- или трехстадийную схему дробления с замкнутым циклом на последней стадии, операции предварительного и окончательного грохочения, промывки, классификации и обезвоживания. Это позволяет получать заполнители требуемого качества для наиболее широко применяемых в строительстве бетонов.