中国砂石协会拟于近期召开“第十二届全国砂石骨料行业科技大会”，现向砂石行业征集大会演讲报告和论文。演讲报告和论文紧扣当前国家经济形势和砂石供需市场变化，行业最新研究成果和科技创新，石矿开采、砂石加工、装备制造等新技术、新工艺，智能化在矿山和砂石生产中的应用，高效节能环保技术及装备的应用，产品质量的提升及检验检测新方法，绿色供应链的建设，高品质机制砂在铁路、公路等重大工程中的应用，固废资源综合利用、矿山生态修复、绿色低碳高质量发展典型案例等。
今日，中国砂石协会推出宋留庆、刘永亮撰写的《新型精品骨料智能化生产线应用实践》一文，以飨读者。
随着“双碳”目标推进与建筑行业对高性能混凝土需求的增长，精品砂石骨料作为关键基础材料，其生产工艺的绿色化与精细化成为行业焦点。传统骨料生产线普遍存在能耗高、粒形差、污染重等问题，难以满足现代工程对骨料级配稳定性和低碳生产的双重需求。本文基于某年产300万吨精品砂石骨料项目，介绍了以石灰岩为原料生产精品骨料和机制砂，并从工艺流程、主机设备、颗粒级配、产品性能、环保把控、智能化应用等多个方面进行了阐述，供业内同行借鉴。本项目采用两段反击式破碎机生产骨料，全程皮带机和提升机输送，无扬尘点，骨料表面粉尘附着少，颗粒级配优秀；采用立磨生产精品机制砂，解决了传统制砂机产品质量难以控制，颗粒级配、形貌较差等诸多问题。立磨制砂系统产能大、稳定可靠、产品质量更加可控，立磨必将成为主流的制砂设备之一。
1 引言
在全球“碳中和”目标及中国“十四五”新型基础设施建设规划的推动下，砂石行业正在经历从“量”到“质”的深刻转型。根据《2024年中国砂石行业运行报告》，2024年我国砂石骨料总产量达152亿吨，同比下降9.4%。全国砂石供应充足，需求端恢复乏力，导致砂石价格持续下降。而符合高性能混凝土要求的精品骨料砂石占比低，且供需结构性矛盾凸显。随着行业技术提升和市场需求变动，砂石产品向高品质、高性能方向发展。高强度砂石、高性能混凝土用砂石、环保型砂石等新型产品不断涌现，才能满足现在高端建筑和基础设施建设的需求。国家多部门联合发布的《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》明确提出，要逐步实现大型化、智能化、绿色化的砂石产业体系，推动砂石行业转型升级，完善机制砂石产品及应用标准规范体系，不断提高优质和专用产品使用比例。
但目前精品砂石骨料生产仍面临多维挑战，亟需系统性解决方案：(1)资源约束加剧：天然砂石资源枯竭，破坏性开采严重影响生态资源，建筑垃圾、尾矿等替代原料利用率低，且一定程度上占据了土地资源。(2)环保压力陡增：生产环节扬尘漏料点多，车间灰尘大，传统生产线粉尘排放浓度超50mg/m³，远超过国标粉尘排放浓度≤10mg/m³的要求，且水耗高达1.5m³/吨，与“近零排放”目标差距显著；噪声也是不可忽视的污染源；(3)智能化水平滞后：大部分企业仍依赖人工巡检与经验调控，用人数量多，设备故障停机率高，维修成本高，无法满足连续化生产需求；(4)成品骨料品质低：由于国家标准编制的滞后性，已经落后于市场需求，部分企业生产的骨料已不被市场接受，高品质骨料需基本满足两个要求：一是颗粒形状好，观感也要好。二是颗粒级配合理，合理的连续级配是高品质混凝土的必要条件之一。
本文以山东某水泥有限公司新建一条年产300万吨砂石骨料建设项目为例，主要从该项目骨料和机制砂生产工艺流程、设备等多方面进行阐述，旨在为砂石行业健康有序发展提供宝贵的实践经验。
该项目由天津水泥工业设计研究院有限公司总承包，新建1条年产300万吨骨料生产线，其中包含101万吨精品砂。主要建设内容包括卸车棚、破碎站、除泥系统、筛分车间、TRMA31立磨制砂系统、骨料储存间、发运系统及附属设施等。主机设备均由中国建材装备集团提供，如反击式破碎机和TRMA31机制砂立磨等。图1.1为该骨料线俯视图。
图1.1 骨料生产线俯视图
2 原料情况和项目概述
2.1 原料情况
本项目附近矿石资源丰富，骨料生产厂家众多，规模小、污染大、能耗高，不符合国家产业发展要求，至2018年起政府对矿石资源进行了整合。该水泥公司借助整合时机，取得某处建筑用灰岩矿山资源，距离其现有的熟料水泥生产厂区约12km。
此矿山地处丘陵地带，矿石以石灰岩为主，且埋藏较浅，适合露天开采。矿层厚度稳定，结构致密，泥土夹层少，适用于建筑石料、水泥生产等用途。由于岩石结构稳定，母岩强度相对较高，生产粗骨料压碎值低，形貌较好，针片状含量相对较低，适合生产高比例、多种级配的骨料产品。经过充分试验研究验证，及周边销售市场需求，将骨料产品定位为20~31.5mm、10~20mm、5~10mm精品粗骨料、0~5mm普通机制砂，以及精品机制砂等五个产品，根据市场需求增加了40~80mm石灰烧成用石灰石产品定位。
图2.1 矿山岩层形貌
表2.1 原料主要化学元素检测结果
此矿山石灰石品质较好，CaO平均含量约51%以上，且SiO2含量低，可极大减少设备磨损；矿山含泥量低，可不经过除泥直接生产骨料。
2.2 项目概述
本项目建设一条年产300吨骨料砂石生产线，其中机制砂能力101万吨/年。骨料破碎系统主要由除泥筛分、两段破碎、检查筛分和成品筛分等环节组成，最终得到三种不同粒径的精品骨料和普通机制砂产品。制砂设备采用机制砂立磨，该系统主要由立磨、筛分、脱粉系统等环节组成，最终获得精品机制砂和石粉两种产品。具体的产品设计方案如下：
表2.2 工艺系统产品方案
2.3 项目工艺设计创新点
创新点1：20~31.5mm骨料在其库位偏高时可以从检查筛分直接返回二破继续破碎，生产0~5mm，5~10mm，10~20mm骨料，避免因20~31.5mm骨料滞销影响骨料生产；
创新点2：板喂机和波辊筛下料在泥含量较低时不再进入除土筛分系统，直接进骨料检查筛，降低物料损失、生产能耗和设备磨损；
创新点3：对检查筛分优化设计，在筛上循环料溜管增设三通阀，分出31.5mm+大颗粒料作为生石灰烧制原料，增加利润增长点；
创新点4：机制砂生产选用节能高效的立磨装备，立磨可满足任意过剩的0~5mm，5~10mm，10~20mm，20~31.5mm骨料单独生产机制砂，并通过振动筛和组合式选粉机灵活调节机制砂的细度模数和粉含量，生产出建筑用砂和预拌砂浆用砂等多种产品；
2.4 智能化技术应用
生产线配备了智能DCS工业控制系统，主机设备控制实现从原矿破碎到成品包装的全过程自动化。操作人员仅需在系统界面上设定好参数，生产线便可一键启停，避免了传统生产线中频繁的人工操作，大幅减少了劳动力成本。通过先进的传感器和数据采集技术，生产线实时监控设备运行状态，确保设备在最佳工况下工作。生产过程中产生的数据会被实时收集、存储，便于根据这些数据对设备进行调整，优化生产流程，提升效率。
原料进厂、产品销售出厂已接入一卡通计量，可快速、准确、安全、可靠地完成整个称重过程，并对厂内车辆进行有效的调度和管理，实现计量数据的远程监控、查询、统计等操作。一卡通计量可以有效减少物料损耗，降低原料和成品损耗率；有效提高管理水平，进行销售预测和辅助决策分析等。骨料发运采用布料式自动放料装车机系统，整个过程实现了“无人值守”，减少了8位操作岗位人员，扫描、装车时间在5分钟左右，提升服务质量的同时，极大地提高了物流效率。
该项目拥有智能能源管理系统，可以实时采集工厂内能源消耗数据，并以可视化的方式呈现出来，对设备进行实时监测和能耗分析，企业可据此优化生产流程，合理安排设备运行时间，显著降低能耗，提高生产效率。能源管理系统有利于企业实现节能减排目标，降低运营成本，提升企业的社会责任感与环保形象，为实现双碳目标贡献力量。
3 骨料破碎系统工艺流程
3.1 骨料破碎工艺
骨料破碎系统工艺流程如图3.1所示。主要由一段破碎、除泥、检查筛分，返回二段破碎、骨料筛分、成品粗骨料+普通机制砂、智能装运发车系统组成。
图3.1 骨料生产工艺流程图
本项目破碎设备均采用反击式破碎机，该设备具有破碎比大、产品细、粒形好、产量高、能耗低、结构简单、易于维护等优点、适用于破碎中硬度的矿石。矿山开采后经运输车辆送至一段破碎下料口，由重负荷板式输送机送到波动辊式筛分机，小于60mm的细料经过皮带运输进行进一步的除泥，除泥筛选用香蕉型振动弛张筛，上层筛网采用 31.5mm 孔径，下层筛网采用10mm 孔径，两层筛网均为聚氨酯材质，香蕉型弛张筛和聚氨酯筛网的组合，能够处理粘性、湿性等复杂物料，有效防止物料堵塞，提高筛分效率，且聚氨酯筛网具有高弹性和抗冲击性，耐磨性能好。原料经过一段破碎后，进入检查筛分，大于31.5mm的物料返回与除泥筛筛上物料进入二段破碎进行中细破。二段破碎与一段破碎出料汇总在一条皮带输送至检查筛，减少投资成本和土地占用。检查筛采用直线振动筛，采用20mm和31.5mm两层聚氨酯筛网，可通过改动20~31.5mm物料是否返回二段破碎来调整骨料生产比例并缓解销售压力。成品筛采用三层金属筛网，将来料分级为0~5mm机制砂、5~10mm，10~20mm，20~31.5mm等三种精品骨料，骨料经过皮带运输进入成品库中。骨料线全程采用收尘器+皮带机和提升机输送，在密闭空间保持微负压状态，确保无扬尘的同时减少骨料表面粉尘附着，提高骨料品质。四个成品库均为Φ12m×32 米，储量设计为2000t。
表3.1 骨料破碎系统主机设备表
3.2 骨料产品级配
表3.2 20~31.5mm骨料的颗粒级配
表3.3 10~20mm骨料的颗粒级配
表3.4 5~10mm骨料的颗粒级配
骨料破碎系统中三种粗骨料成品颗粒级配如上表所示，均符合JG／T568-2019《高性能混凝土用骨料》中对骨料颗粒级配的要求，且各粒级累计筛余接近该粒级国标上限，2.36mm以下含量低，说明骨料表面含粉极少。就目前生产运行情况来看，10~20mm骨料产品比例最高，约占30%~35%，其销售价格也高于其他骨料。该骨料线可通过调整检查筛20~31.5mm物料是否进二段破碎从而调整骨料生产比例，以适应市场需求。
表3.5 0~5mm颗粒级配
普通机制砂颗粒级配如表3.5所示，细度模数约2.8~3.1，含粉量10%~20%，颗粒级配较GB\T 146864-2022《建设用砂》中对Ⅱ区机制砂要求略有差距，主要是0.15mm筛余偏低，而含粉量偏高。该产品也可直接销售或进入立磨整形提高品质。
4 立磨机制砂系统工艺流程
我国现有的骨料线由于个别品种骨料的产量与销量不平衡，时常出现某一个品种的骨料库满而制约生产的现象，采用立磨制砂可对骨料库存及时进行调整，极大地改善此现象。即可将任意过剩的（5~10mm，10~20mm，20~31.5mm）骨料和0~5mm普通砂进入立磨单独生产精品机制砂，通过调整立磨制砂喂料比例从而调整个别骨料库位，使骨料线长时间连续生产。
立磨采用料床碾压的工作原理，可同时做到中碎、细碎、粉磨，且其工艺流程简单，配套设备占地面积小，可长时间高负荷运转、具有大产能稳定可靠的特点。通过更换筛机筛网，调整磨机控制参数即可实现生产细砂、中砂、粗砂等不同品种的机制砂，具有极强的市场适应能力。立磨制砂系统采用干法生产工艺，相较于湿法水洗工艺节约大量水资源，做到零排放，满足国家节能减排和绿色发展的要求。电控系统采用先进DCS工业控制系统+显示仪表控制模式，可实现一键启停全自动控制，操作简单、可靠性高、扩展灵活。
图4.1 立磨制砂生产线
4.1 立磨制砂工艺
该项目立磨制砂生产线如图4.1所示，立磨装机功率800Kw，设计生产能力为240t/h。系统主要设备为立磨、振动筛机、组合式选粉机、旋风筒、风机、收尘器等组成，精品砂成品库和石粉库设计储量分别为2000t和800t。立磨制砂系统主要设备见表4.1。
表4.1 立磨制砂主要设备表
图4.2 立磨制砂系统工艺流程
立磨制砂的工艺流程见图4.2，碎石经计量和筛上循环料一同送入立磨落到磨盘中央，电动机通过减速机带动磨盘转动，物料产生离心现象并受到磨盘边缘的磨辊研磨，粉碎后的物料从磨盘边缘溢出到磨机外，即物料全部外循环，通过提升机送入两台高频筛对物料进行筛分，筛机采用四层复合式筛网，筛网孔径为2.36mm和4.75mm，通过三通阀调整2.36~4.75mm物料回磨量从而调节机制砂的粒度级配和细度模数，不满足粒径要求的粗料经皮带机和提升机输送返回立磨继续研磨，形成闭路循环。筛下物料经皮带机和提升机输送喂入组合式选粉机调节机制砂的粉含量和石粉细度，分选后的石粉进入旋风筒捕集，机制砂经皮带和斗式提升机输送入成品库。
4.2 立磨制砂运行工况
该设备自2024年11月投产后，经过四个月的连续生产运转，主要运行工况数据见表4.2，机制砂成品质量稳定，磨机可长时间高负荷运转、噪音小且振动值低，系统整体电耗较低。
表4.2 TRMA31运行工况数据
可根据骨料成品库位灵活调整入磨原料的粒度，立磨功率与受喂料粒度影响较大，喂料较粗时，磨机循环量大，物料需要多次循环入磨机研磨才能达到机制砂粒度要求，产量和磨机运行功率会因此受到影响。四种不同粒度大小的物料入磨机制砂，都可将成品机制砂细度模数、含粉量控制在要求区间。
5 立磨机制砂产品质量与性能
5.1 立磨机制砂产品质量
表5.1 立磨机制砂颗粒级配
立磨制砂质量稳定可控，按照生产线对机制砂成品要求可将细度模数可稳定控制在2.7~3.0，含粉量控制在7~10%，机制砂颗粒筛余符合GB\T 146864-2022《建设用砂》中对Ⅱ区机制砂的技术要求，颗粒级配具有显著的“两头少、中间多”，0.15~0.6mm颗粒占比约25~30%，解决了常规机制砂产品呈“哑铃状”颗粒分布的弊病。
5.2 立磨机制砂颗粒形貌
众多试验研究表明，机制砂的颗粒形貌对机制砂混凝土工作性能和抗压强度具有显著影响：机制砂颗粒接近球形，比表面积越小，使浆体厚度增大，显著增强其流动性能。此外，机制砂粒形能够改善混凝土的保水性和电通量，提高混凝土早期抗裂性能。
采用莱弛Camsizer X2颗粒形貌仪（干法），对立轴制砂机、反击式破碎机和机制砂立磨等三种不同设备生产的机制砂进行颗粒形貌分析，实验数据表明，立磨机制砂具有较高的球形度，球形度可达0.82以上，略优于立轴机制砂，而反击破机制砂球形度明显低于其它两种。立磨机制砂对称度和宽长比也略优于反击破、立轴机制砂。
表5.2 不同种类机制砂颗粒形貌对比
图5.2为微距摄影机近距离观察反击破和立磨生产的机制砂部分粒级的照片，可以明显看出，相较反击破机制砂，立磨生产的机制砂颗粒整体形状更加规则，颗粒棱角、边缘经磨辊碾压后更加圆润。
图5.1 反击破机制砂颗粒
图5.2 立磨机制砂颗粒
6 结论
(1)骨料线的建设和主要设备选择要充分考虑矿石的物理特性和生产线的产能要求，合理设计产品规格，本项目以石灰岩矿石为原料，采用两段式反击破生产三种精品骨料和普通机制砂，采用先进的机制砂立磨生产高品质机制砂，工艺创新高效环保。
(2)该项目的骨料产品，粒形好，颗粒级配优秀，均符合JG／T568-2019《高性能混凝土用骨料》中对骨料颗粒级配的要求，且各骨料产品比例可做适当调整，可及时应对市场变化和需求。
(3)立磨满足任意骨料单独制砂，可及时调整成品库位，保证产线长时间运转；立磨制砂系统具有大产能、电耗低、可靠性强等优点；且立磨制砂产品的质量控制、颗粒级配和形貌较其他制砂设备更优，具有更广阔的市场空间。
