生产用砂论文（精选4篇）
生产用砂论文 篇1
1 概述
混凝土用砂, 在普通混凝土中称“细骨料”, 在普通混凝土组分中占重量的25%~40%。据中商产业研究院数据库 (Ask CIData) 最新数据显示, 2014年中国商品商品混凝土产量达155412.74万m3。按混凝土平均容重2400kg/m3、砂堆积容重1600kg/m3计算, 混凝土年用砂量达到了9~15亿t, 6~9亿m3。随着我国基础建设的逐步扩大, 混凝土的使用量不断增加, 对混凝土用砂需求量也不断增大。在河砂资源逐步枯竭、天然砂资源减少的情况下, 混凝土日常生产中, 混凝土用砂矛盾日益突出, 表现在砂子来源广泛、品种繁多、品质指标波动大。如何控制好用砂的质量, 确保混凝土质量, 是一件不可避免且十分必要的工作。
在混凝土日常生产和各项检验工作中, 影响混凝土拌合物性能和强度的砂子品质指标有含泥量、吸水率、坚固性和酸碱性等十多个分项, 但对混凝土拌合物性能和强度影响程度, 并没有一个总体的检验方法和判断标准。笔者经过日常检验总结, 使用水泥胶砂强度和胶砂流动度测定方法来检测生产用砂, 可以直观地判断混凝土用砂的质量情况。
2 相关术语和技术要求
2.1 砂的术语定义
机制砂:也称“人工砂”, 是有岩石经爆破破碎、机械破碎、筛分, 或矿山尾矿和工业废渣, 制成粒径小于5.0mm的颗粒等。
天然砂:由自然条件作用而形成的, 公称粒径小于5.0mm的岩石颗粒。按其产源不同, 可分为河砂、湖砂、山砂、淡化海砂。
混合砂:由天然砂与机制砂按一定比例组合成的砂。
石粉:人工砂中公称粒径小于80μm, 且其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的颗粒含量。
2.2 砂的技术要求
一般包括:细度模数和颗粒级配、含泥量和泥块含量、石粉含量、坚固性、压碎指标值、云母含量、轻物质含量、有机物含量、硫化物和硫酸盐含量、氯离子含量、贝壳含量和碱集料反应。在国家标准GB/T14684-2011《建设用砂》或行业标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中, 对上述各项技术品质指标提出了详细的要求。
3 以生产用砂代替标准砂, 检测胶砂强度和胶砂流动度, 判断所用砂对混凝土拌合物性能和强度的影响
⑴材料来源和选用检测项目
水泥:海螺PII 42.5R;IOS标准砂;不同来源的天然砂、人工砂和混合砂;碎石, 规格为5~31.5mm连续级配。砂石自然风干至含水率小于0.5%, 筛除砂中5mm以上的颗粒, 在混凝土试验和生产时, 砂中5mm以上颗粒按百分含量计入石仔部分。
砂的选用检测项目:细度模数、含泥量、氯离子含量、吸水率、云母、贝壳。在测定砂氯离子含量的同时, 增加检测溶液的PH值项目, 用于判断酸碱度对混凝土强度的影响。各种砂测定结果如表1。
⑵采用GB/T17671《水泥胶砂强度检验方法》和GB/T2419《水泥胶砂流动度测定方法》对各种砂分别进行检测。以相同水灰比为0.50时, 材料用量:水225g, 水泥450g, 砂1350g。水:水泥:砂=0.5:1:3。胶砂试验结果如表2:
由表2试验结果可见, 基准样是ISO标准砂的水泥胶砂试验, 其他不同来源不同品质指标的砂, 在相同水灰比情况下, 其胶砂流动度和胶砂强度与基准样对比, 结果截然有异。1#河砂6#人工砂和7#混合砂, 细度模数相对较大, 属于偏粗砂, 强度与基准样最接近, 但胶砂流动度偏低, 原因是受粒径级配不同、泥 (粉) 含量大小和吸水率等的影响;2#与5#砂, 细度模数与基准样接近, 属于中砂, 胶砂流动度状态与基准样接近, 但强度结果即截然不同, 原因是受砂子含酸性和含贝壳等杂质的影响。
⑶以胶砂流动度为180mm~190mm为基准, 按0.01水灰比递增调整用水量, 对胶砂流动度低于180mm的1#、3#、4#、6#、7#砂重新进行胶砂试验, 综合结果如表3。
由表3结果可见, 调整水灰比, 使各种砂的胶砂流动度相似, 胶砂强度也有所改变, 在相同状态下, 强度值并不相等。砂浆状态和砂浆强度与砼状态和强度存在直接关系, 由此可以初步判断出实际生产上各种砂对混凝土性能的影响, 在相同水灰比、相同配合比的情况下, 胶砂流动度越小的砂, 则混凝土拌合物流动度或和坍落度会降低;胶砂强度越低的砂, 混凝土强度也必然受影响而降低。
⑷在国家行业标准JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中可知, 在一定条件下, 水灰比和胶砂强度决定混凝土强度。水胶比 (水灰比) 与混凝土强度关系式为:
式中:
W/B———水胶比 (水灰比)
aa, ab——回归系数
fcu, 0——混凝土配制强度
fb———胶凝材料28d胶砂抗压强度 (MPa)
根据式1可解得混凝土强度公式:
fcu, 0=-1W/B-ab-aafb (式2)
标准上规定, 在没有确立实际原材料与水胶比回归统计的情况下, 碎石aa值取0.53, ab值取0.20;卵石aa值取0.49, ab值取0.13。
根据表2试验结果, 胶凝材料 (水泥) 28天抗压强度为54.2MPa, 假如混凝土配合比采用0.50水胶比, 粗骨料为碎石时, 由式2计算混凝土强度为fcu, o=51.7MPa。这是标准计算方式, 即统一用标准砂测定胶凝材料28d胶砂抗压强度值计算出混凝土强度。显而易见, 这个值不能代表所有砂生产的混凝土强度结果。生产用砂质量不同, 相同配合比生产出来的混凝土强度必然不尽相同。
下面以相同水灰比0.50, 分别用上述几种砂配制混凝土30L, 验证其结果。“基准样”是以ISO标准砂配制的混凝土。根据砂的品质指标, 调整砂率和减水剂用量, 使拌合物状态尽量接近基准样。混凝土配合比和检验结果如表4。
通过混凝土试配结果可见, 各种砂由于品质指标不同, 生产出来的混凝土强度也不同, 混凝土强度与实际生产用砂的胶砂强度存在一种正比关系, 胶砂强度低的砂, 生产的混凝土强度也相对较低。建立“胶砂强度-混凝土强度”关系式, 在某个水灰比情况下, 其他材料不变, 某种砂的水泥胶砂强度x和混凝土强度y式为:
按上述试验结果, 建立水灰比为0.5曲线图1, 由趋势线可见, 决定系数R2=0.9329, 两者存在较好的线性关系, y=1.0443x-7.2879, 混凝土强度计算值与实测值误差在可控范围内。显然, 不论采用式2或式3, 以生产用砂代替标准砂测定出的胶砂28d强度值来计算混凝土强度, 均比单一采用标准砂的胶凝材料28d抗压强度值来计算混凝土强度更准确直观, 如表5。
同理, 根据水灰比公式1和强度公式2, 在任一个水灰比条件下, 各种砂配制的混凝土也会受到生产用砂品质指标不同的影响产生不同的强度, 且混凝土强度与水灰比成反比关系。因此, 可以根据混凝土设计规程, 在原配合比基础上, 水灰比分别提高和降低0.05, 分别试验得出它们对应的混凝土强度, 然后通过插值法, 即可以求出任意水灰比下对应的混凝土强度值。
4 结语
通过对不同生产用砂进行胶砂试验, 并与混凝土强度试验相对比可见:
⑴根据胶砂流动度的大小和状态可以判断此砂的吸水性或颗粒级配大致情况, 流动度小的砂, 吸水性、含泥 (粉) 量相对较大或颗粒级配较粗。
⑵根据某种砂的胶砂试验状态和强度结果, 可以判断此砂的总体质量, 强度越低, 则质量越差, 其生产出来的混凝土强度也相对越低。
⑶用某种砂试验的胶砂强度值计算其生产的混凝土强度, 比单一采用标准砂胶砂强度值计算的混凝土强度更接近实测值。
⑷建立生产用砂胶砂强度与混凝土强度对应关系式, 用于应付来源复杂、品种多样的生产用砂是可行的。
参考文献
[1]GB/T 14684-2011建设用砂[S].
[2]JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S].
[3]JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程[S].
[4]GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法[S].
[5]GB/T 2419-2005水泥胶砂流动度测定方法[S].
生产用砂论文 篇2
2001年7月13日国家质量技术监督局发布的《建筑用砂国家技术标准》 (BG14684-2001) 中指出我国建筑用砂有两类:一是天然砂:由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒, 但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂。二是人工砂:经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂指由机械破碎、筛分制成的, 粒径小于4.75 mm的岩石颗粒, 但不包括软质岩、风化岩石的颗粒;混合砂指由机制砂和天然砂混合制成的砂。
2011年6月9日中华人民共和国交通部发布的《公路桥涵施工技术规范》中规定:混凝土中的细集料 (砂) 应采用级配良好、质地坚硬、吸水率小、颗粒洁净的河砂, 河砂不易得到时, 也可用硬质岩石加工的符合国家标准的人工砂。细骨料 (砂) 不宜采用海砂, 不得不采用海砂时, 应具备有可靠的冲洗条件, 冲洗后的细集料, 其氯离子含量等技术指标必须符合规定。
2010年12月8号中华人民共和国铁道部发布的《铁路混凝土工程施工技术指南》中规定:混凝土中的细骨料 (砂) 应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂, 也可选用专门机组生产的人工砂, 不得使用海砂。
从以上三个文件中可以看出, 目前我国桥涵建设用砂首选天然河砂, 在天然河砂不易得的情况下可以选用人工砂。天然河砂资源区域分布及状况:我国桥涵可用河砂资源分布很不均衡, 陕西有已经开采多年的灞桥砂, 山西有已经开采多年的静乐砂、豆罗砂, 河北有已经开采多年的石家庄灵寿县河砂, 沈阳有浑河流域砂, 吉林有长岭县巨宝山镇采砂场建筑用砂, 湖南、湖北、广东、广西河砂资源比较丰富, 云南昆明东川有河砂, 贵州、青海、甘肃河砂资源稀缺存量微少。沿海地区河砂资源较多。
2 过量采掘河砂所引发的相关问题保护措施
近年来, 随着基础建设规模的不断扩大, 河砂需求量持续增长。由于天然河砂是一种短期内无法再生的自然资源, 过量采掘河砂造成资源快速枯竭, 引发采砂河道生态环境问题及安全问题。据调查, 山西省忻州市豆罗镇的豆罗河砂, 静乐砂, 陕西灞桥地区的灞桥砂, 都存在河流生态环境逐年恶化、防洪问题严峻突出。人们对河流的大肆掠夺和索取, 使河流健康受到了严重的破坏, 河流生态环境呈现整体恶化的趋势, 河流自身生命系统出现危机, 同时采砂造成的河堤损毁、河岸坍塌、河床淤积增多等也使河道两岸人民生命财产受到了严重威胁。
为保护河流生态环境、保护人民生命财产, 国家出台了《中华人民共和国矿产资源法》、《矿产资源开采登记管理办法》、《探矿权采矿权招标拍卖挂牌管理办法》等一系列法律法规, 对开采出售砂资源都有做出了严格的规定。各地方政府也制定了相关规定, 如广东政府2012年8月7日出台了《广东省河砂管理条例》、河北省2008年2月14日出台了《河北省河道采砂管理规定》等。
需求量的增加和开采的限制造成了我国不少地区出现河砂资源逐步减少、质量日益下降和市场价格成倍上涨的情况, 导致河砂供需矛盾日益突出。
3 选用机制砂的好处
与有限的河砂资源相比, 在我们国家, 可作为机制砂的原材料就多了, 一般花岗岩、玄武岩、河卵石、石灰石、安山岩、流纹岩、闪长岩、辉绿岩、砂岩等都可以用来制作成砂。就发展趋势来讲, 人工砂将成为工程建筑施工用砂的最大来源。以日本为例, 上世纪80年代, 日本的天然砂与人工砂的使用比例大约为0.9:1;到上世纪90年代则降为0.5:1, 人工砂使用量已超过天然砂。
一般在有河砂的地方, 应该首选河砂, 这不仅是因为国家或行业标准有此要求, 也是因为机制砂开采比河砂复杂, 且机制砂开采后需对当地环境进行恢复还原, 所以河砂的开采成本比机制砂的制作成本低很多。选择河砂供方必要条件:供方必须具有河砂开采权资格, 开采区域在政府划定的允许权限范围内, 且有营业资格。在没有河砂资源的地区, 从其他地区采购河砂运距又很远, 运费昂贵时, 建议选择用机制砂或混合砂, 这样成本相对就会低一些。
4 合理使用机制砂, 以控制好采购成本
使用机制砂时, 首先要确定好是自建还是选择合作供方。自建砂石厂首先要选择好原材料, 保障生产产品的质量稳定。还要选择有经验有实力的合作投资商共同对自然资源进行合理的利用, 优化运输成本, 在单价上和保供上做到最优化。
总之, 因为砂资源分布区域的局限性, 地区的差异性, 工程项目物资人员在项目开工伊始, 就应该对项目所在地砂资源进行市场调查, 调查内容包括砂资源类型、政府相关政策、供应商资质及履约能力、砂的存货量及潜在量、运输方式、运距、运费、价格可控因素及变化原因等等。掌握了当地砂资源的市场信息后, 再测算各种采购方案的成本, 选出最经济的方案, 然后通过竞价或逐个洽谈等方式选取供方。
在此, 分享以下笔者在工作中进行砂资源采购的案例:山西禹门口黄河大桥项目混凝土大概约近10万方, 此工程地处山西河津市, 黄河对岸为陕西韩城市。此地最近砂资源为陕西灞桥砂, 其价格到工地为每方135元 (不含税票) 。经过反复测算和实地 (三四个月) 考察, 利用当地砂砾土、当地细砂及灞桥砂混采取掺洗方式满足施工需要, 经测算成本为每方70元以内, 具体实施成本为每方70元, 大大减低了采购成本。尽管后期制梁质量要求的需要成本涨到90元。保守一点按照80元计算, 减低成本为135-80 (元) 55*10=550 (万元) 。实际节约600万元以上。
5 建议
建议在砂采购合同中约定使用数量时最好采用按混凝土包方的模式, 即根据项目部每月生产的混凝土方量、混凝土配合比及合同约定的砂损耗率反算每月用砂量, 以此数量作为双方结算数量, 结算单价采取固定单价, 到工程结束都不变。此种模式既有利于砂损耗率的控制, 避免了数量验收误差, 同时也节省了项目部验收砂数量的人力。
摘要：本文介绍了桥涵建设用砂的分类、使用规定及分布状况。分析了如何合理选择桥涵用砂, 控制物资采购成本。
关键词：砂资源,物资控制,采购成本,建议
参考文献
生产用砂论文 篇3
随着预拌砂浆政策推广力度加大, 砂浆企业经济效益不断提高, 全国各地大量砂浆生产企业相继投产。目前, 砂浆企业在当地砂浆市场也形成了一定的竞争压力, 因此, 砂浆企业开始在砂浆质量与成本上寻找平衡点。砂在砂浆体系中的影响非常明显, 不仅关系到砂浆的强度和施工性, 也关系到砂浆的成本。所以砂浆企业结合本地砂的实际情况, 搭配出合理级配合和模数的砂非常重要
2 砂浆企业用砂的调查分析
2.1 各地砂浆企业实际生产使用砂的状况
根据各地砂浆厂实地调研和咨询情况, 现在砂浆厂使用的砂有:河沙、江沙、机制砂、尾矿砂等。由于各地产砂的实际情况不同, 这些砂的使用情况又不尽相同, 有的砂偏粗, 细度模数在2.7以上;有的砂偏细, 细度模数在2.0以下;而且进厂的砂又不能较长时期稳定在一个范围。粗砂中哑铃形级配的砂粉料用量大, 需水量也大, 容易离析, 不易抹平收光。细砂的级配近似圆形, 粒径集中在0.3mm和0.6mm, 这样的砂生产砂浆需水量很大, 容易下沉粘刀, 需用来包裹的胶凝材料也多, 而且含泥量也难符合小于5%的要求, 配制的砂浆后期的强度低、易开裂。机制砂由于很多厂不是自己的生产线, 制砂厂出砂的片状和石粉含量高 (10%~15%) , 也不符合实际应用要求。生产应用的砂成萝卜形, 模数2.6左右, 颗粒级配好, 节约粉料, 强度好, 施工效率高。
2.2 砂浆厂对砂的处理情况
由于天然河沙日趋短缺, 很多砂浆厂没有太多选择供砂的单位, 又考虑到运输成本对砂浆的影响, 基本就近选择。所以只是简单要求一下砂的石块含量和水分含量, 对进厂的砂的存放也没分开, 基本普通砂浆一种砂, 也没考虑进厂砂细度不一致的情况。再就是砂仓设计也不够合理, 大多就是两个特种用砂仓, 三个普通用砂仓。现在也有些厂的生产设备有筛分系统, 设计四个级配普通砂仓, 但没考虑到连续化生产时, 可能出现粗颗粒和细颗粒仓的砂跟不上生产节奏而停产的尴尬, 而且现烘现用的砂温度高, 对有机外加剂产生影响, 降低使用效果。
2.3 目前机制砂的使用现状
随着土木工程建设的蓬勃发展和对工程质量的重视, 建筑市场对砂的需求数量越来越大, 质量上要求也越来越高, 而合格的天然砂资源却越来越少。天然砂是一种地方性资源, 且短时间内不可再生。近年来, 由于天然砂资源短缺, 价格上涨, 一些地区出现了超量开采、毁田开挖、破坏河道挖砂的现象。过渡的开采不但破坏人类赖以生存的环境, 而且由此引发不少工程事故。为此, 国务院和各地人民政府相继出台了禁采和限采天然砂的规定。
机制砂是“由机械破碎、筛分制成的, 粒径小于4.75mm的岩石颗粒”。由于机制砂颗粒表面粗糙、尖锐多棱角、级配不良等一系列问题, 很多厂家对机制砂还抱有怀疑态度, 也有一些砂浆厂自己生产机制砂, 由于破碎设备不理想, 生产出来的砂往往“两头多, 中间少”而不能够合理的利用。机制砂中的石粉含量和单位水泥用量较少时, 水泥浆体不足以包裹在机制砂颗粒尤其是细小的石粉颗粒周围, 随着石粉含量的增加, 预拌砂浆的粘聚性变差, 导致砂浆的分层离析。因此, 在石粉含量较少时砂浆和易性就差;当单位水泥用量较多时, 预拌砂浆中有足够的浆体包裹在机制砂颗粒周围, 并且随着机制砂中石粉含量的增加, 水粉比减小, 砂浆保水能力增强。但是, 随着水泥用量的增大, 易造成砂浆稠度的损失, 会使分层度增大。应根据单位体积的水泥用量确定出机制砂中石粉的最佳含量。对于机制砂大于2.36mm的颗粒控制在5%~10%为宜, 超过10%施工性明显下降, 容易离析, 甚至降低强度, 过少会增加水泥用量, 加大用水量, 也会对强度不利。
3 不同级配和模数砂的砂浆实验情况
3.1 不同砂的筛分试验
细度模数1.97损失14g (筛底)
细度模数3.07损失9.49g (筛底)
细度模数2.81损失41.40g (筛底)
细度模数2.66损失11.6g (筛底)
3.2 各种砂配合比 (表5)
3.3 四种砂浆物理力学性能比较 (表6)
3.4 实验现象及调整
A砂浆泌水最严重, 稠度损失大, 层度比较大;B砂浆手感偏重, 不好收光;C砂浆落地灰多, 不易收光;D砂浆综合性能优良。
对A砂浆、B砂浆和C砂浆, 通过调整TL-4复合添加剂组成材料的配比, 重新试配, 调配出了性能优良好施工的砂浆。
注:水泥为华新复合水泥, TL-4为武汉奥特龙加气块砂浆专用复合添加剂, 粉煤灰为鄂州电厂二级灰。
3.5 实验结论
⑴通过表6可以看到自控砂D的抗压强度、抗折强度、粘结强度都较前三者好, 保水性也较前三种砂浆高。
⑵将四种砂浆给专业抹灰师傅进行墙体施工, 明显的砂浆D抗流挂, 爽滑性要高于其他三种样, 单位时间施工面积也要更大。
⑶级配好的自控砂D做出的砂浆强度高, 可以节约水泥用量, 降低成本。
⑷对于级配不好粗砂、细砂和机制砂, 调整TL-4复合添加剂组成材料的配比, 也能调配出性能优良好施工的砂浆。
4 对于进厂砂不稳定的调整措施
4.1 砂的选择
砂浆厂尽量选择两种及以上的砂, 将符合生产用砂的砂堆放靠近皮带输送仓的位置;另外达不到要求的偏粗偏细的两种砂先在实验室按比例调配, 做出基本符合用砂要求的砂。
4.2 生产设备的设计
设计初期根据自己实际生产情况及当地砂的情况进行分仓除尘和降温。建议提升机将烘干砂提上去后, 存放在两个200t的预留砂仓, 经计量下料到单筒回转混合机, 出砂口有鼓风机进行冷却, 最后进入500t成品砂仓, 符合生产用砂的可直接进入混合机冷却后入仓, 不连续生产的时候可不降温进入成品仓自然冷却。
4.3 机制砂的调整
机制砂分三个仓, 第一个是2.4~1.2, 第二个是1.2~0.15, 第三个算是收尘仓, 是0.15以下的, 也就是60目以下的, 石粉有专门的收尘设备收到石粉仓, 不过制砂设备出来的机制砂, 2.4~1.2的比1.2~0.15的比例是0.5:1, 未经筛分的混合砂级配还不错, 在机制砂一区。对于破碎后的机制砂两头多中间少应在实验后采用备用沙堆进行中和, 使整体砂达到比较合理的一个级配。
5 结论与建议
使用细度模式2.6, 级配良好的砂生产抹灰砂浆, 保水高, 分层小, 粘接力好, 强度高, 易施工。砌筑砂浆有条件可以选择稍粗的砂进行配比, 保证强度, 提高粘接力。对于级配不好的砂, 调整复合添加剂组成材料的配比, 也能调配出性能优良好施工的砂浆。
经过筛分和合理搭配的砂生产砂浆质量稳定, 可以降低成本, 减少施工现场的不利因素。
使用过渡砂仓和冷却系统, 避免因为砂的温度影响使砂浆凝结时间过快、泌水、粘接力不好等情况发生。
生产用砂论文 篇4
该文针对湖北某地石英岩进行选矿提纯试验研究,采用成熟、可靠、成本较低的选矿工艺流程及相应作业参数获得优质成品精砂,达到工业生产太阳能超白玻璃对硅质原料的质量要求,为后续选矿厂设计、设备选型与建厂提供齐全、可靠的试验数据。
1 矿石组成与化学成分
矿石分为块状燧石岩和角砾状燧石岩2种类型。此次试验原料矿石几乎全为块状燧石岩,仅局部见呈细脉(宽几厘米)的角砾状燧石岩穿插。矿石矿物组成主要是玉髓(5%～70%)和石英(30%～95%),两者总含量占总体积的99%以上。
体视显微镜下原矿砂特征照片见图1,偏光显微镜下原矿砂特征照片见图2。
由图1、图2可知,显微镜下原矿有以下特征:原矿主要成分为石英,主要呈粒状,颗粒大小极不均匀,微细颗粒易团聚,最大0.7 mm,最小0.01 mm。矿物还含有赤铁矿、褐铁矿,极少量的磁铁矿、金红石和细条状白云母。其中,赤褐铁矿主要呈包裹体形式存在;细粒赤褐铁矿呈浸染状分布于石英颗粒内部;磁铁矿一般以单体游离形式存在,单体一般0.193 mm,最大0.27 mm;金红石主要以包裹体形式存在,颗粒大小一般0.025 mm;白云母主要呈包裹体形式存在,细条状,一般0.002 mm×0.012 mm。
2 选矿提纯试验方案的选择
此次试验原矿质量较好(石英含量较高,杂质相对较少),为优质原料,但不能直接用做太阳能超白玻璃生产用砂。该原矿中主要的杂质为赤铁矿、褐铁矿,极少量的磁铁矿、金红石和细条状白云母。选矿提纯试验拟定的方案如下:1)首先使用破碎、磨矿及筛分作业控制原矿粒度上限(+0.71 mm=0),再使用分级作业来控制粒度下限(-0.1 mm ≤5%),满足工业生产太阳能超白玻璃对硅质原料的粒度要求;2)然后使用磁选作业除去破碎与磨矿过程中混入的机械铁及原矿中其它磁性矿物;3)最后使用擦洗或浮选作业除去包裹在石英颗粒表面及浸染状分布于石英颗粒中的杂质矿物,满足工业生产太阳能超白玻璃对硅质原料的成分要求。
3 试验研究
3.1 原矿处理
为满足试验研究需要,按图3中的流程对原矿进行处理,制成-3 mm样品并进行化学成分分析和粒度组成分析。试样制备流程见图3,试样化学成分全分析结果见表1,-3.0 mm试样粒度筛析结果见表2。
3.2 “磨矿—筛分—分级”试验
用棒磨机对-3.0 mm试样进行磨矿作业,然后利用筛分作业来控制粒度上限,将试样粉碎至-0.71 mm。影响磨矿效果的主要因素是磨矿浓度、磨矿时间和装棒量。综合考虑磨矿细度和成本,最终选用磨矿条件:磨矿浓度50%,装棒量9.12 kg,磨矿时间8.5 min。
采用ϕ50 mm水力分级机对磨矿产品进行分级试验,降低产品中-0.1 mm粒级含量。磨矿—分级试验流程见图4。磨矿—筛分—分级试验条件及结果见表3。
试验结果表明:分级作业可以有效控制磨矿产品中-0.1 mm粒级的含量,通过调节上升水量,即可获得较好的分级效果,确定最佳上升水量为40 L/h;上升水量为40 L/h时,分级沉砂中-0.1 mm粒级占3.64%,同时溢流中+0.1 mm粒级只占4.19%,满足太阳能超白玻璃对硅质原料的粒度要求。
3.3 “磨矿-筛分-分级-磁选”试验
试样经磨矿—筛分—分级试验处理后,粒度组成已达到要求,但分级沉砂化学成分(Fe2O3含量)仍不达标。为了去除破碎和磨矿过程中带入的机械铁,同时也为了进一步去除原矿本身含有的磁性矿物,对分级沉砂进行磁选试验。磁选试验流程见图5,磁选试验条件及结果见表4。
试验结果表明:随场强增加,磁选精砂中Fe2O3含量变化不大;当磁场强度增加到5 000×80 A/m后,再提高磁场强度,精砂中Fe2O3含量基本无变化;虽然磁选精砂的化学成分(Fe2O3含量)仍不达标,但对比原矿化学分析结果,可知磁选可以除去破碎、磨矿过程中混入的机械铁及原矿中含有的部分磁性矿物,效果非常明显。因此磁选作业是必不可少的,确定采取一段磁选,磁场强度为5 000×80 A/m。
3.4 浮选探索试验
为进一步降低磁选精砂中Fe2O3的含量,对磁选精砂进行浮选试验。浮选是由于不同矿物的表面性质差异,通过它们对矿浆中液体和气体的作用不同而实现分离。本试验采用蚌埠玻璃工业设计研究院研制的,且已经在硅砂行业广泛应用的1#浮选药剂,对磁选精砂进行浮选试验。浮选试验流程见图6,浮选试验条件及结果见表5。
试验结果表明:随着浮选捕收剂用量的增加,精砂中Fe2O3在不同程度的降低。当1#浮选捕收剂用量为16 mL时,浮选效果最佳,Fe2O3含量为0.006 9%;浮选精砂化学成分满足超白玻璃对硅质原料的要求。
3.5 擦洗探索试验
为进一步降低磁选精砂中Fe2O3的含量,对磁选精砂进行擦洗试验。擦洗作业是在一定的矿浆浓度下,利用叶轮的旋转,带动矿浆转动,从而使砂粒与砂粒之间发生撞击、磨擦,进而达到去除石英颗粒表面胶结物的目的。擦洗作业中可以加入介质,加介质的目的是通过介质溶解铁及其它要除去的元素来分离硅砂颗粒表面的薄膜铁及伴生在石英砂中的铁矿物或含铁矿物等。
经试验研究发现,HCl和H2SO4两种对含铁矿物的溶解效果好,本次试验选用浓度为50%HCl和20%H2SO4为介质进行擦洗试验。擦洗探索试验流程图见图7。擦洗试验条件及结果见表6。
试验结果表明:无介质擦洗后的精砂中Fe2O3含量不能达到指标要求;在添加HCl和 H2SO4介质擦洗后,精砂中Fe2O3含量达到了指标要求;考虑到经济可行性(H2SO4用量较HCl少)和环境污染(HCl易挥发),最终确定H2SO4作为擦洗介质;当20%的H2SO4用量4 mL、擦洗时间10 min时,Fe2O3含量为0.005 6%,Al2O3=0.031,0.71～0.1mm粒级占96.13%,均满足精砂指标的要求。确定擦洗条件:浓度20%的H2SO4,用量4 mL、擦洗时间10 min。
3.6 “磨矿—分级—磁选—擦洗” 稳定试验
综合上述各条件试验及探索试验的结果可知,试样经过“磨矿—分级—磁选—浮选”或“磨矿—分级—磁选—擦洗”选矿工艺流程处理后,精砂化学成分和粒度组成均能达到指标要求,但考虑浮选流程较复杂、药剂成本较高、配套设施多,不建议作为工业生产的推荐流程。因此,确定采用“磨矿—分级—磁选—擦洗”选矿工艺流程进行实验室稳定试验。
稳定试验条件:
磨矿:磨矿设备:棒磨机;介质:钢棒;钢棒重量:9.12 kg;磨矿浓度:50%;磨矿时间:8.5 min。
分级:分级设备:Φ50 mm水力分级机;上升水量:40 L/h。
磁选:磁选设备:湿式强磁选机;磁场强度:5000×80 A/m。
擦洗:擦洗设备:擦洗机;介质:H2SO4;浓度:20%;擦洗时间:10 min;介质用量:4 mL。
稳定试验流程图见图8,擦洗精砂化学分析结果见表7,擦洗精砂粒度筛析结果见表8。
3.7 尾砂分析
3.7.1 尾砂化学分析
本次试验的尾砂主要是分级作业产生的分级细砂和磁选作业产生的磁选尾砂。取稳定试验中的分级细砂和磁选尾砂进行化学成分分析和粒度筛析。尾砂化学成分分析结果见表9,分级细砂粒度筛析结果见表10,磁选尾砂粒度筛析结果见表11。
采用两次磁选作业对分级细砂进行处理,分级细砂磁选试验流程见图9,“分级—磁选”细砂化学分析结果见表12。
3.7.2 分级细砂综合利用
由表9、表10可以看出,分级细砂产率为22.07%,其中-0.1 mm占98.64%,这种粒度的砂不适合作玻璃用砂,通常作为尾砂丢弃。但是在工业生产中,对于年产40万t/年精砂的选矿厂来说,每年将产出8万t的细砂,应考虑回收综合利用。
由表12可以看出,两道磁选后的分级细砂Fe2O3含量为0.18%～0.22%,要用于到陶瓷和玻纤,仍需探讨后续的其它选矿工艺流程。
4 结 论
a.此次的试验样品中石英与有害成分不易分离,但采用相应的选矿技术,控制试验参数,可有效的降低石英中的有害成分。
加酸擦洗或浮选是达到最终指标的关键。但考虑到浮选作业药剂成本较高、操作复杂、配套设施多,不建议作为工业生产的最终推荐流程。推荐流程为:“破碎—磨矿—筛分—分级—磁选—擦洗”。经改革工艺流程,得到精砂质量如下:产率:γ=56.62～57.81%;化学成分:SiO2=99.76%～99.80%,Al2O3=0.019%～0.030%,Fe2O3=0.005 6%～0.005 9%;粒度组成:+0.71 mm=0,-0.71+0.1 mm=97.22%～98.10%,-0.1 mm=2.78%～1.90%。各项指标均能达到太阳能超白玻璃用砂的质量要求。
b.选矿提纯试验中产生的尾矿主要是分级细砂和磁选尾矿。
分级细砂质量为:产率:γ=22.07%;化学成分: SiO2=98.62%,Al2O3=0.14%,Fe2O3=1.18%;粒度组成:+0.71 mm=0,-0.71+0.1 mm=1.36%,-0.1 mm=98.64%,可用于水泥、铸造等工业。
磁选尾砂质量为:产率:γ=8.11%;化学成分: SiO2=98.42%,Al2O3=0.19%,Fe2O3=1.34%;粒度组成:+0.71mm=0,-0.71+0.1mm=93.98%,-0.1 mm= 6.02%,可用于陶瓷、水泥、铸造、建筑等工业。
c.试验中仅擦洗作业使用了化学药剂,产生的废水对环境有一定的污染,必须经过处理,达到排放标准后才可外排;其它选矿作业均为物理方法,产生的废水及尾矿,对环境无污染。
d.此次试验结果稳定,数据齐全,工艺流程成熟、可靠,各个流程的关键参数均做了优化,降低了生产成本,因此可作为设计建厂的依据。
参考文献
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