Полный цикл дробления камня и горных пород: от сырья до инертных материалов

Дробление камня и горных пород — это процесс уменьшения крупных кусков породы, добытых в карьерах, шахтах или других источниках, до более мелких частиц контролируемого размера. Полученные материалы могут использоваться в качестве строительных заполнителей, материалов для основания дорог, компонентов бетона и асфальта, искусственного песка или сырья для дальнейшей переработки полезных ископаемых.

Полный процесс дробления обычно включает добычу исходного материала, подачу, первичное дробление, вторичное дробление, грохочение, третичное или мелкое дробление и окончательное грохочение. Точная конфигурация зависит от типа породы, требуемой производительности, размера исходного материала и спецификаций готового заполнителя.

1. Что представляет собой процесс дробления камня и горных пород?

1.1 Определение дробления горных пород

При дроблении горных пород механическая сила используется для разрушения крупных кусков породы на более мелкие частицы. В зависимости от области применения дробилки используют сжатие, ударное воздействие или другие механизмы дробления для последовательного уменьшения размера исходного материала.

Дробление отличается от грохочения и измельчения:

• Дробление уменьшает размер горных пород за счет механического воздействия.
• Грохочение разделяет частицы по размеру, но обычно не предполагает целенаправленного уменьшения их размера.
• Измельчение уменьшает уже мелкие частицы до значительно более тонкого материала, обычно для переработки полезных ископаемых или специализированных применений.

На типичной установке по производству заполнителей используется несколько стадий, поскольку попытка сразу уменьшить очень крупные куски породы до конечного размера продукта может привести к чрезмерному износу, повышенному энергопотреблению и неудовлетворительной форме частиц.

1.2 Зачем необходимо дробить горные породы

Основная цель дробления горных пород — получение материала с контролируемым размером частиц и характеристиками, подходящими для конкретного применения.

К основным целям относятся:

• Производство заполнителей для бетона и асфальта
• Производство материалов для дорожного основания и подстилающего слоя
• Получение материала с заданным гранулометрическим составом
• Производство искусственного песка
• Улучшение транспортировки и погрузочно-разгрузочных операций
• Подготовка руд или минералов к дальнейшей переработке
• Переработка бетона и строительных отходов

Например, карьер может добывать камень размером в несколько сотен миллиметров, но при этом ему необходимо получать отдельные фракции заполнителя 5–10 мм, 10–20 мм и 20–40 мм.

1.3 Типичная схема дробления камня

Типичный процесс дробления можно представить следующим образом:

Исходный материал → Подача → Первичное дробление → Вторичное дробление → Грохочение → Третичное дробление → Окончательное грохочение → Готовый заполнитель

Не каждой установке необходимы все эти стадии. Например, для мягкого известняка может потребоваться меньше стадий дробления, чем для твердого гранита или базальта. Аналогично, для производства простого материала дорожного основания может не потребоваться оборудование для мелкого дробления и формования, необходимое при производстве искусственного песка.

2. Добыча и подготовка исходного материала

Процесс дробления начинается еще до поступления материала в дробилку. Способ добычи и подготовка исходного материала напрямую влияют на производительность установки.

Разработка карьера и добыча

Твердые породы, такие как гранит и базальт, обычно добываются с помощью буровзрывных работ. В массиве бурятся взрывные скважины, взрывчатые вещества разрушают породу, после чего экскаваторы или погрузчики удаляют взорванный материал.

Другие материалы могут добываться с помощью:

• Механической выемки более мягких месторождений
• Дноуглубительных работ на некоторых месторождениях песка и гравия
• Выемки и переработки вторичного бетона
• К распространенным видам сырья относятся гранит, базальт, известняк, песчаник, речной гравий и вторичный бетон.

Погрузка и транспортировка

Экскаваторы и колесные погрузчики обычно загружают добытый материал в самосвалы. В зависимости от планировки карьера и требований к производительности конвейеры могут затем транспортировать материал на дробильную установку.

Эффективная транспортировка имеет большое значение, поскольку дробилка не может работать непрерывно, если подача материала нестабильна.

Роль вибрационного колосникового питателя

Вибрационный колосниковый питатель часто устанавливается перед первичной дробилкой. Он обеспечивает контролируемую и непрерывную подачу материала, позволяя более мелким частицам, загрязнениям и грунту проходить через отверстия колосников до поступления материала в дробилку.

Это позволяет сократить ненужное дробление, повысить стабильность подачи и защитить первичную дробилку от чрезмерного количества мелких частиц.

3. Этап 3: Первичное дробление

Первичное дробление является первым основным этапом уменьшения размера материала. Его главная задача — уменьшить крупные куски исходной горной массы до размера, который можно эффективно перерабатывать последующим оборудованием.

Назначение первичного дробления

Первичное дробление должно:

• Уменьшать крупные куски взорванной или выкопанной породы до приемлемого размера.
• Формировать материал, подходящий для вторичных дробилок, конвейеров и грохотов.
• Обеспечивать стабильную первую стадию дробления с высокой производительностью.
• Предотвращать попадание негабаритных кусков, способных нарушить работу установки.

Щековые дробилки широко используются для первичного дробления, поскольку они принимают крупный исходный материал и работают за счет сжатия между неподвижной и подвижной щеками. Конусные дробилки часто выбираются для операций с твердыми породами и очень высокой производительностью, тогда как первичные ударные дробилки могут подходить для некоторых мягких и среднетвердых материалов или задач по переработке вторичного сырья.

На этапе первичного дробления обычно обрабатывается самый крупный исходный материал на установке. В зависимости от области применения и выбранного оборудования крупная карьерная порода может быть уменьшена до промежуточного размера, подходящего для дальнейшей вторичной переработки.

4. Этап 4: Вторичное дробление

Вторичное дробление выполняется после первичного, когда материал требует дальнейшего уменьшения размера, более точного контроля гранулометрического состава или улучшения формы частиц.

Зачем необходимо вторичное дробление

Вторичное дробление используется для:

• Дальнейшего уменьшения размера материала после первичного дробления.
• Получения заполнителей с более контролируемым размером.
• Подготовки материала к грохочению, третичному дроблению или окончательному складированию.
• Улучшения формы частиц для продукции, используемой в бетоне, асфальте и дорожном строительстве.
• Сокращения количества негабаритного материала, которое должно циркулировать в установке.

Конусные дробилки широко применяются для твердых и абразивных пород, таких как гранит и базальт, поскольку они обеспечивают дробление сжатием и позволяют получать стабильный материал. Ударные дробилки часто используются там, где целесообразно ударное дробление, особенно для более мягких пород, вторичного бетона или в случаях, когда форма частиц имеет большое значение.

Вторичная стадия обычно получает материал после первичного дробления, дополнительно уменьшает его размер и направляет его на грохот. Материал подходящего размера может миновать дальнейшее дробление, тогда как негабаритный материал направляется на третичное дробление или возвращается в дробилку по замкнутому контуру.

5. Этап 5: Грохочение и классификация материала

Грохочение разделяет дробленый материал по размеру. Это один из важнейших этапов контроля качества на дробильной установке, поскольку именно он определяет, соответствует ли готовый продукт требованиям заказчика.

Вибрационные грохоты используют одну или несколько дек, оснащенных просеивающей поверхностью с отверстиями заданного размера.

По мере перемещения дробленого материала по вибрирующей поверхности:

• Более мелкие частицы проходят через отверстия.
• Более крупные частицы остаются сверху и выгружаются в конце деки.
• Каждая дека грохота формирует отдельную размерную фракцию.
• Негабаритный материал может направляться обратно в дробилку для дальнейшего уменьшения размера.

Грохочение выполняет три основные функции:

• Разделение материала по размеру: оно формирует отдельные продукты заполнителя.
• Удаление мелкого материала: мелкие частицы могут отводиться до того, как они без необходимости попадут в дробилку.
• Контроль циркуляции: негабаритный материал возвращается на дробление до достижения требуемого размера.

Например, грохот может разделять материал на мелкую фракцию 0–5 мм, заполнитель 5–10 мм, заполнитель 10–20 мм и негабаритный материал. Негабаритная фракция может возвращаться в конусную дробилку или VSI в замкнутом контуре. Грохочение необходимо, поскольку одно только дробление не гарантирует, что каждая частица будет иметь требуемый размер.

6. Этап 6: Третичное и мелкое дробление

Третичное дробление является заключительным этапом уменьшения размера материала на многих установках по производству заполнителей. Оно используется, когда материал после вторичного дробления остается слишком крупным или когда необходимо получить мелкий, однородный и высококачественный продукт.

Когда требуется третичное дробление

Третичная стадия обычно требуется для:

• Получения более мелких фракций заполнителя.
• Производства искусственного песка.
• Получения высококачественного кубовидного заполнителя.
• Производства асфальтового и бетонного заполнителя с жесткими требованиями к форме частиц.
• Получения тонкого сырья для переработки минералов.
• Операций, где требуется высокая доля материала фракций 0–10 мм или 0–5 мм.

Могут использоваться конусные дробилки, вертикально-валковые ударные дробилки (VSI), горизонтально-валковые ударные дробилки и специализированные дробилки тонкого измельчения. VSI особенно часто применяется в системах производства искусственного песка. Третичное дробление позволяет получать более мелкий материал и более стабильный продукт, но одновременно увеличивает износ, энергопотребление и требования к эффективному грохочению.

Не каждой установке требуется третичное дробление. На установке по переработке известняка для производства материала дорожного основания может быть достаточно питателя, первичной дробилки, грохота и системы складирования. В то же время установка для твердых пород, поставляющая заполнитель для бетона и искусственный песок, может потребовать нескольких стадий дробления и нескольких дек грохотов.

7. Этап 7: Окончательное грохочение и классификация заполнителя

Окончательное грохочение разделяет дробленый материал на готовые продукты, которые можно хранить, продавать или непосредственно поставлять на строительный объект.

Возможные продукты включают:

• Мелкий песок или искусственный песок.
• Заполнитель 5–10 мм.
• Заполнитель 10–20 мм.
• Заполнитель 20–40 мм.
• Негабаритный материал для рециркуляции или отдельного использования.

Точные размеры фракций зависят от страны, местных стандартов, требований заказчика и конечного применения. Например, производителю бетона может потребоваться узкая фракция 10–20 мм, тогда как подрядчику по дорожному строительству может потребоваться смешанный материал основания с определенным гранулометрическим составом, содержащий как крупный заполнитель, так и мелкие частицы.

После окончательного грохочения конвейеры транспортируют каждый продукт на отдельный складской штабель. Раздельное хранение штабелей предотвращает смешивание различных фракций. Хорошо спроектированная система складирования также обеспечивает стабильную погрузку в грузовики и минимизирует сегрегацию, при которой более крупные частицы скатываются к внешней части штабеля, а мелкие частицы скапливаются ближе к центру.

8. Полная технологическая схема дробления камня и горных пород

Полный процесс дробления камня и горных пород можно представить следующим образом:

Карьер/Шахта → Бурение и взрывные работы → Погрузка и транспортировка → Приемный бункер → Питатель → Первичная дробилка → Вторичная дробилка → Грохот → Третичная дробилка/VSI → Окончательный грохот → Складские штабели

Базовая дробильная установка

Для относительно простых задач может быть достаточно базовой конфигурации:

Питатель → Щековая дробилка → Грохот → Готовый заполнитель

Такая схема подходит, когда требуется относительно крупный продукт, а исходный материал не нуждается в интенсивном формовании или мелком дроблении.

Многоступенчатая дробильная установка

Для более твердых материалов, высококачественных заполнителей или производства нескольких фракций может использоваться более сложная конфигурация:

Питатель → Щековая дробилка → Конусная дробилка → Грохот → Конусная/VSI-дробилка → Окончательный грохот

Такая конфигурация обеспечивает несколько возможностей для уменьшения размера и классификации материала. Грохот отделяет материал требуемого размера от негабаритных частиц, а последние возвращаются в дробильный контур.

Заключение

Процесс дробления камня и горных пород представляет собой согласованную последовательность добычи, подачи, дробления, грохочения, классификации и складирования. Первичное дробление предназначено для крупных кусков исходной горной массы, вторичное дробление обеспечивает дальнейшее уменьшение размера, грохочение разделяет продукты, а третичное или VSI-дробление может добавляться при необходимости получения более мелких фракций или улучшения формы частиц.

Оптимальная конфигурация установки зависит от исходного материала, размера подачи, твердости, абразивности, требуемой производительности, целевых размеров заполнителя и местных требований к продукции. Хорошо спроектированный дробильный контур учитывает все эти факторы, обеспечивая выполнение каждой машиной соответствующего этапа уменьшения размера и классификации материала.

Часто задаваемые вопросы

1. Что представляет собой полный процесс дробления камня и горных пород?

Типичная последовательность включает добычу и подачу исходного материала, первичное дробление, вторичное дробление, грохочение, при необходимости третичное дробление и окончательное грохочение.

2. Какое оборудование необходимо для полной установки по дроблению камня?

Рассмотрите приемный бункер, питатель, первичную дробилку, вторичную дробилку, грохоты, конвейеры, дополнительную третичную дробилку, систему пылеподавления, а также электрическое и управляющее оборудование.

3. Как выбрать дробилку для конкретного проекта?

При выборе следует учитывать последовательность: материал → размер исходного материала → производительность → размер готового продукта → форма частиц → количество стадий дробления → бюджет.

4. Какие размеры заполнителя может производить установка по дроблению горных пород?

Выходная продукция может включать искусственный песок, мелкий заполнитель, средний заполнитель, крупный заполнитель и несколько индивидуально заданных фракций в зависимости от конфигурации грохота.