付貴泰，孫 偉，王 偉

1威海市海王科技有限公司 山東威海 264200

2威海市海王旋流器有限公司 山東威海 264200

隨著河砂資源枯竭[1-2]以及國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來越高，建筑市場(chǎng)對(duì)砂石的需求越來越大，對(duì)設(shè)備的要求也越來越高，進(jìn)而使得干法制砂、濕法洗砂行業(yè)快速發(fā)展[3-4]。然而傳統(tǒng)的洗砂機(jī)存在洗砂潔凈度差，細(xì)砂流失嚴(yán)重、細(xì)砂回收設(shè)備細(xì)砂回收率低，導(dǎo)致級(jí)配不合理，脫水篩脫水效率低，成品砂含水率高，已不能滿足產(chǎn)品指標(biāo)及環(huán)保的要求[1]。為適應(yīng)行業(yè)要求，威海市海王旋流器有限公司組織團(tuán)隊(duì)研發(fā)了洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)。該產(chǎn)品占地空間小，安裝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，洗砂潔凈度高，細(xì)砂回收率高，成品砂含水率低，是新形勢(shì)下優(yōu)選的機(jī)制砂水洗設(shè)備。

1 工作原理

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用斗輪旋轉(zhuǎn)擦洗的方式處理含砂廢水，斗輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供。

(2)洗砂機(jī)溢流直接泵送至旋流器，利用離心分離原理進(jìn)行細(xì)砂分級(jí)，分離的細(xì)泥污水由旋流器溢流管排出[5]。

(3)洗砂機(jī)斗輪撈出的細(xì)砂以及旋流器離心分離的細(xì)砂產(chǎn)品合并進(jìn)入高頻振動(dòng)脫水篩進(jìn)行脫水，脫水成品進(jìn)入輸送帶輸送至成品倉(cāng)。

(4)旋流器細(xì)泥污水經(jīng)濃縮池濃縮后泵送至壓濾機(jī)壓濾，濾液返回洗砂機(jī)洗砂。

1.2 工藝流程

洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)主要由新型輪斗洗砂機(jī)、專用細(xì)砂回收旋流器、高頻振動(dòng)脫水篩以及給料泵組成。機(jī)制砂洗選工藝流程如圖 1 所示，其核心部件為專用細(xì)砂回收旋流器。

圖1 機(jī)制砂洗選工藝流程Fig.1 Process flow of washing and separation during manufactured-sand production

機(jī)制砂含砂料漿自流進(jìn)入輪斗洗砂機(jī)擦洗，洗砂機(jī)溢流進(jìn)入脫水篩篩下泵池，經(jīng)過渣漿泵泵送至旋流器，在一定給料壓力下，流體在旋流器內(nèi)部做離心運(yùn)動(dòng)。由于離心力場(chǎng)的作用，流體中細(xì)砂顆粒加速沉降，強(qiáng)化了分離過程。比重較大的砂沿分選空間外圈離心向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)沉砂口排出；比重較小的泥從上部溢流管排出。沉砂產(chǎn)物與輪斗洗砂機(jī)所撈粗砂共同進(jìn)入高頻振動(dòng)脫水篩脫水，形成混砂產(chǎn)品。溢流產(chǎn)物經(jīng)過濃縮罐濃縮后泵送至壓濾機(jī)，濾液返回清水管循環(huán)利用。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的工藝設(shè)備分為洗砂設(shè)備[6]、泥砂分離設(shè)備以及脫水設(shè)備，設(shè)備之間互相搭配完成洗砂細(xì)砂回收工藝。但由于傳統(tǒng)工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)局限，使傳統(tǒng)洗砂細(xì)砂回收工藝具有洗砂潔凈度差、細(xì)砂流失嚴(yán)重、成品含泥量高的缺點(diǎn)。針對(duì)這些缺點(diǎn)，威海市海王旋流器有限公司在傳統(tǒng)洗砂、細(xì)砂回收設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化和工藝改進(jìn)，設(shè)計(jì)了洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)，如圖 2 所示。其主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

圖2 洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)Fig.2 Sand washing and fine sand recovering integration machine

(1)新型洗砂機(jī)由洗砂槽、洗砂輪、下溢流結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)裝置組成。新型洗砂機(jī)采用輪式洗砂結(jié)構(gòu)，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)斗輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將泥砂在槽體中擦洗，達(dá)到洗砂的目的。新型洗砂機(jī)與傳統(tǒng)洗砂機(jī)相比增加了下溢流結(jié)構(gòu)，將洗砂槽進(jìn)行了動(dòng)、靜區(qū)域分離。采用下溢流結(jié)構(gòu)形式，可使中間槽體區(qū)域泥漿從槽體下部溢流至兩側(cè)溢流區(qū)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜分離，使洗砂機(jī)擦洗效果提升，溢流區(qū)溢流粒度變細(xì)、流體波動(dòng)小，分級(jí)效果顯著，洗砂潔凈度高，+0.15 mm 細(xì)砂回收率可達(dá) 85%以上。

(2)研發(fā)了專用細(xì)砂回收旋流器 (見圖 3)。采用漸開線進(jìn)料體，多錐體變錐結(jié)構(gòu)，使含砂流體在旋流器內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)更加符合離心運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提高了旋流器分級(jí)效率[7]，使細(xì)砂回收率可達(dá) 98% 以上，比傳統(tǒng)旋流器細(xì)砂回收率高 10%～20%。

圖3 專用細(xì)砂回收旋流器結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Structural sketch of special fine sand recovering cyclone

(3)新型脫水篩[8]篩面設(shè) 2 級(jí)擋水結(jié)構(gòu)。入料端采用 45°斜面，設(shè)置泄流板、布料器及集中下料區(qū)，提升脫水速率，降低成品砂含水率。

(4)新型洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，設(shè)備之間撬裝一體，占地空間更小，安裝更加方便。

3 實(shí)際應(yīng)用效果對(duì)比

洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖 4 所示。該新型設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)上百家大型砂石骨料礦山，為考察洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的選礦效果，分別選取宣城、青島、眉山等多個(gè)使用現(xiàn)場(chǎng)，取生產(chǎn)線改造前后的成品砂和污泥樣品進(jìn)行檢測(cè)，連續(xù)取樣 5 天，每天取樣 4 次，每天的樣品混合后檢測(cè)得出 5 組檢測(cè)數(shù)據(jù)，其結(jié)果如表 1 所列。

表1 砂廠污泥樣品中 -0.074 mm 粒級(jí)含量Tab.1 Content of -0.074mm granules in samplefrom sand-manufacturing plant %

由表 1 可以看出，技改前污泥樣品中 -0.074 mm粒級(jí)含量較低，說明細(xì)砂回收率較低，約有 17.5% 的細(xì)砂進(jìn)入了后端水處理系統(tǒng)。經(jīng)采用洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)設(shè)備改造生產(chǎn)線后，所取污泥樣品中 -0.074 mm含量高達(dá) 98% 以上，細(xì)砂流失率在 2% 以內(nèi)，說明技改后的生產(chǎn)線在提高砂石回收率的同時(shí)也降低了后端水處理壓力。

表2 砂廠成品砂含泥量Tab.2 Mud content of sand product from sand-manufacturing plant %

由表 2 可以看出，技改前只有青島砂廠成品砂含泥量符合不大于 8% 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。各砂廠經(jīng)過設(shè)計(jì)改造，采用一體機(jī)設(shè)備生產(chǎn)洗砂后，成品砂含泥量均降至 3% 以內(nèi)，符合 I 類砂檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

由表 1、2 可以看出，新型洗砂機(jī)采用下溢流結(jié)構(gòu)形式，擦洗效果更為顯著。其控制細(xì)砂顆粒進(jìn)入旋流器，0.15 mm 以上粒級(jí)細(xì)砂回收率 85% 以上，降低了旋流器負(fù)荷，同時(shí)避免了粗砂流失造成管道磨損的問題。

專用細(xì)砂回收旋流器采用新結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)砂回收有明顯的效果。漸開線進(jìn)料體、多錐體變錐結(jié)構(gòu)的使用使得旋流器細(xì)砂回收率達(dá)到 98% 以上，合理優(yōu)化產(chǎn)品級(jí)配的同時(shí)，極大地降低了后端水處理系統(tǒng)的壓力。

脫水篩結(jié)構(gòu)的改進(jìn)降低了成品砂的水分，減輕了生產(chǎn)過程中的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)語

洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)是目前機(jī)械制砂、泥砂處理等領(lǐng)域中最先進(jìn)的一體化洗砂設(shè)備，具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。相比傳統(tǒng)洗砂細(xì)砂回收系統(tǒng)，該設(shè)備具有洗砂潔凈度高、脫水效果好、成品砂含泥量低的特點(diǎn)，細(xì)砂回收率提高 10%～20%，總回收率在 98% 以上，細(xì)砂流失率極少。洗砂細(xì)砂回收一體機(jī)整體運(yùn)行成本小，運(yùn)行期間清潔無污染，無固廢產(chǎn)生，是符合環(huán)保要求的新型洗砂細(xì)砂回收設(shè)備。