砂石骨料厂入料母岩性质测定优化生产工艺研究

    孙健 王利召

    

    摘? 要：河北某矿山企业欲建设机制砂石骨料生产线，其入料母岩为硬质石灰岩。设计部门已根据现场类似案例确定粗、中细碎破碎机型号及电机功率。为提高工艺流程设计质量及生产线运行可靠性，对母岩进行了饱和单轴抗压强度及邦德破碎功指数试验研究，经过与工程技术研究中心相关试验数据数据库对比，确定该母岩硬度属高硬硬度范围，需对原设计方案中破碎机型式、规格型号、数量及电机功率进行调整。经专家论证，确定后期设计方案整改属必要性整改，可确保生产线运行达产及设备故障率有效降低。

    关键词：砂石骨料;石灰石;性质试验;破碎机

    中图分类号：TU528? ? ? ? ? ? ? ? 文獻标志码：A

    0 前言

    河北某砂石骨料企业欲建设机制砂石骨料生产线，其入料母岩为硬质石灰岩。委托设计院已根据现场类似案例确定工艺流程、粗、中细碎破碎机型号及电机功率。为保证工艺流程稳定性、设备作业率、产品方案及实际处理量，业主委托辽宁省北方重工集团工程技术研究中心对母岩进行了饱和单轴抗压强度及邦德破碎功指数试验研究，为工艺流程设计及设备选型提供参考依据。

    1 母岩性质

    1.1 工艺矿物学研究

    1.1.1 矿物成分

    矿物成分主要为方解石、伴有白云石、菱镁矿和其他碳酸盐矿物，还混有其他一些杂质。其中的镁呈白灰石及菱镁矿出现，氧化硅为游离状的石英，石髓及蛋白石分布在岩石内，氧化铝同氧化硅化合成硅酸铝（黏土、长石、云母）;铁的化合物呈碳酸盐（菱镁矿）、硫铁矿（黄铁矿）、游离的氧化物（磁铁矿、赤铁矿）及氢氧化物（含水针铁矿）存在;此外还有海绿石。

    1.1.2矿石结构

    石灰岩结构较为复杂，有碎屑结构和晶粒结构2种。碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成。该类石灰石属部分变质石灰石，结晶程度较高，其结晶度和密实度比石灰石好，其抗压强度较碎屑结构石灰石高。

    1.1.3矿石抗压强度

    该类石灰石质地较为疏松、易吸水，吸水后易膨胀，因此天然抗压强度高于饱和抗压强度。

    1.1.4层理面受力方向影响

    1.2 化学成分分析

    矿石CaO含量48.48%、SiO2含量5.13%。

    2 试验方案及方法

    2.1 试验原理

    2.1.1 单轴饱和抗压强度机理

    岩石的单轴抗压强度，是指试样只在一个方向受压时所得的极限破坏强度，也就是说将岩石试样放在压力机的上下压板之间进行加压，直至试样被压坏时测得的压力强度值。其测定一般使用单轴抗压强度仪器来进行，三轴的仪器也可以作为单轴使用。据其含水状态接压坏标准试件测得，又有干燥抗压强度、天然抗压强度与饱和抗压强度之分。

    对于软岩类、孔隙率比较大的试样，其饱和和天然状态抗压强度差别较大，因此需进行两类抗压强度测定，以结果数值较大者为准进行功率核算。

    试验操作方法见《工程岩体试验方法标准》GB/T50266—2013。

    2.1.2 邦德破碎功指数测定原理

    邦德破碎功指数Wc又称为冲击功指数，它是衡量矿石在冲击作用下（例如在破碎机中）破碎物所耗能量的一种指标。邦德破碎功指数的大小，反映了该矿石被破碎的难易程度，是矿石可碎性判据之一。根据物料破碎功指数的大小可以选择和计算破碎机及初步判断矿石进行自磨的可能性。

    邦德冲击功指数是利用双摆锤破碎功指数实验机测定的。该机由2个对称的摆锤组成，每个摆锤重为13.62 kg。摆锤在正常位置时，2个锤面的距离为50 mm（2''）。从摆锤轮轴（相当于摆锤悬挂点）到摆锤中心线的距离为412.75 mm（16.25''），摆线长为711.2 mm（28''），宽5 mm（2''），高50mm（2''）。当摆锤转到某一角度后，摆锤被提升h，因此贮存了势能，其大小为：

    （1）

    式中 ：EP —2个摆锤在φ角时所具有的势能，kg·m;mg—摆锤重量13.62 kg;R—摆锤中心到吊轮中心的距离412.75mm;φ—摆锤的提升角度。

    将有关数据代入式（1）得：

    （2）

    破碎功指数Wc按下式计算：

    （3）

    式中：Wc—破碎功指数，kW·h/t;b—被破碎矿块厚度，m;δ—被粉碎矿块密度，g/cm3。

    2.2 试验方法

    2.2.1 单轴饱和抗压强度试验方法

    根据测量试样破坏面上的两荷载点之间的距离和垂直于加载点连续的平均宽度，将其换算成试样破坏时的荷载P和等价岩心直径D，根据下列公式计算岩石点载荷强度。

    式中：F—压力表读数（MPa）;D—在试样破坏面上测量的两加载点之间的距离（mm）;如岩心试样径向加载时，D=De（等价岩心直径）。

    2.2.2 Bond破碎功指数试验方法

    Bond破碎功指数试验方法如下所述。1）随机取待测矿块20块，其尺寸为75mm～50 mm，要求尽量有2个近似平行平面。2）将选好的矿块进行编号、称重（以克计，精确到0.1g）。3）测量待测矿块2个被冲击面间（近似平行的2个面）的厚度。4）测出待测矿块的密度δ（g/cm3）。5）将试件置于载物台上，并升、降载物台，调整载物台上试件高低位置，尽量使摆锤的打击点作用在试件的中心位置。6）提升摆锤5°，然后放开摆锤使摆锤下落，此时二摆同时打击在待测矿块的2个近似平行面上。7）检查试件是否被击碎或有裂缝，如果没有，则将摆锤的提升φ角度在再增加5°，重新冲击。每次提升角度以5°梯度增加，直至试件被击碎为止。

    3 结果及讨论

    3.1 单轴饱和抗压强度试验结果

    3.2 邦德破碎功指数试验结果

    试样矿物组成均匀、单一，其邦德冲击功指数指数（Wc）平均值为17.56 （kW·h）·t-1;单轴天然抗压强度均值105.5 MPa，波動范围：100.5 MPa～112.8 MPa;单轴饱和抗压强度均值85.6 MPa，波动范围：81.6 MPa～90.8 MPa。

    3.3 参考案例

    3.3.1 某河卵石项目

    矿石种类：河卵石。

    矿石性质：邦德冲击功指数指数（Wc）平均值为15.09（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德冲击功指数指数（Wc）平均值为14.72 （kW·h）·t-1;单轴饱和抗压强度156.8MPa～42.6 MPa。

    旋回破碎机型号：PXZ0913。

    设计通过量：800 t/h。

    3.3.2 朝阳某石灰石项目

    矿石种类：石灰石。

    矿石性质：邦德冲击功指数指数（Wc）平均值为6.26（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德冲击功指数指数（Wc）平均值为6.31 （kW·h）·t-1;单轴饱和抗压强度抗压强度均值91.75 MPa;单轴饱和抗压强度波动范围窄：86.8MPa～95.10 MPa。

    旋回破碎机型号：PXZ1216。

    设计通过量：2 000 t/h。

    从相关数据中可知，该项目母岩的邦德冲击功指数为普通石灰石结果的近3倍，接近高硬度铁矿石。因此需对前期工艺流程设计及设备型号进行校核，以保证后续流程产量及产品稳定性指标。

    4 结语

    根据物料性质及试验结果，对前期方案进行整改，调整参数主要为设备型号、数量及电机功率。调整后的粗碎设备PXF5065具有高效率、大产量、超高稳定性，使用成本低的特点;中细碎设备C900具有超高作业率、高速破碎、大偏心距、可互换组件、轻松改装的优点。

    参考文献

    [1]杨安民，刘文林.多缸液压圆锥破碎机在石灰石骨料生产线上的运用[C].第五届全国砂石骨料行业创新大会论文集，2018：34-36.

    [2].秦廉，张雄，伍根伙.机制砂生产线投产前的母岩检验与机制砂评价方法[J]新型建筑材料，2012， 39（1）：24-26.