Прогрессивные технологии производства высококачественного щебня мелких фракций

Повышенный спрос на высококачественный кубовидный щебень мелких фракций, связанный с выполнением государственных программ строительства дорог и доступного жилья, стимулировал многие предприятия к выпуску такого продукта. Для поддержания конкурентоспособности своей продукции и соответствия ее требованиям рынка предприятия вынуждены модернизировать производство путем реконструкции действующих и строительства новых технологических линий с применением современного дробильного оборудования.

Производительность линии (установки) и содержание зерен пластинчатой и игловатой формы в щебне определяется минералогическим составом, текстурно-структурными особенностями, прочностью сырья и типом дробилки, используемой на конечной стадии дробления.

Мировой и отечественный опыт получения высококачественного кубовидного щебня базируется на следующих альтернативных подходах:
 применении специальных дробилок-грануляторов;
 применении безэксцентриковых дробилок, в конструкции рабочей камеры которых закладывается возможность дробления в слое материала — данный принцип проще всего реализуется в конусных инерционных дробилках КИД® (зарегистрированный торговый знак ОАО «НПК “Механобр-техника”»).

Эффективность использования этих методов не универсальна и зависит от вещественного состава сырья и технологической задачи дезинтеграции.

Особенностью первого подхода являются замкнутый цикл дробления и, как правило, значительный выход отсевов фракции 0–5 мм (до 40–50%), а также многостадийность производства щебня [1].

В связи с относительно низким качеством щебня, получаемого в эксцентриковых дробилках, где реализуется принцип дробления «камень о броню», в ряде случаев после них в IV-й стадии дробления как раз и используются роторные центробежные дробилки-грануляторы типа Barmac или Merlin с вертикальной осью ротора (VSI) [2].

Использование роторных центробежных дробилок может рассматриваться как дополнительная операция дробления, назначение которой — исправление формы зерен без существенного сокращения размеров дробимого материала. При такой технологической задаче удается избежать форсированных режимов разрушения материала.

Известно, что роторные центробежные дробилки широко применяются для дезинтеграции материалов относительно невысокой прочности и абразивности: известняка, доломита, мела, гипса и др. В последние годы это оборудование активно пропагандируется для производства кубовидного щебня из крепких изверженных пород.

В иностранной литературе такие дробилки часто называются raunder, что буквально означает «скруглитель», т. е. основная задача такого оборудования — изменение формы зерен материала. При переработке рваного камня в центробежной ударной дробилке происходит обламывание краев зерен, поэтому форма щебня оказывается более близкой к шару, чем к кубу. Такой материал, хотя и удовлетворяет требованиям ГОСТа 8276-93, при использовании в дорожном строительстве не снижает расход вяжущего, т. к. обладает большей пустотностью, чем  щебень с зернами формы, приближающейся к кубу. В работе [3] отмечено, что средняя пустотность сыпучего материала с зернами шаровидной формы при плотной укладке может достигать 36%, в то время как материал из различных многогранников имеет пустоность менее 30%.

Опыт Орского карьероуправления подтверждает, что при получении кубовидного щебня на ударных дробилках ДЦ-1,6 производства ЗАО «Урал-Омега» для устойчивой работы перерабатываемый материал не может иметь исходную крупность более 25 мм, при этом содержание зерен пластинчатой и игловатой формы в полученном щебне фр. 5–15 мм составляет 4–8%, при выходе отсевов фр. 0–5 мм — от 38 до 48%. Циркуляционная нагрузка составляет до 40% [4].

Использование современных отечественных разработок позволяет существенно упростить технологическую схему с одновременным повышением качества готовой продукции и снижением эксплуатационных расходов. Примером может служить технология, основанная на применении конусных инерционных дробилок КИД конструкции НПК «Механобр-техника»[5].

Данная технология успешно эксплуатируется на многих российских и зарубежных предприятиях, специализирующихся на производстве кубовидного щебня.

Основное отличие инерционных дробилок от обычных эксцентриковых заключается в регулируемой высокой степени сокращения дробимого материала.

Применение дробилок КИД открывает уникальную возможность для реализации двухстадиальной схемы дробления крепких изверженных горных пород с целью получения кубовидного щебня при максимальном размере куска взорванной горной массы до 500 мм [6].

Впервые такая установка введена в эксплуатацию в апреле 2008 г. в Республике Казахстан на Буландынском каменном карьере для переработки гранита с получением высококачественного щебня узких фракций (5–10 мм, 10–15 мм и 15–20 мм). Технологическая схема представлена на рис. 1

Первичное дробление осуществляется в агрегате из двух щековых дробилок СМД-110А производства ОАО «Дробмаш», весь продукт дробления которого крупностью 120 мм направляется в дробилку КИД-1200М, которая обеспечивает производительность до 150 т/ч по питанию в открытом цикле. Установка работает в связке с трехситным грохотом «Орбитор» ГИС-53 производства ОАО «НПК “Мехнобр-техника”» и может производить щебень наиболее востребованного диапазона крупности 5–20 мм при содержании в нем кубовидных зерен до 92% при выходе отсевов дробления 0–5 мм до 22%.

Выбор дробилок первичного дробления был обусловлен проектными решениями, где приоритетным признано оборудование российского производства. К сожалению, отечественная промышленность до сих пор не выпускает щековых дробилок ЩДС, которые могли бы принимать кусок более 500 мм, а выдавать материал 0–120 мм с производительностью до 150 т/ч.

Единственной приемлемой машиной может считаться дробилка СМД-110А, но ее расчетная производительность при величине разгрузочной щели 75 мм составляет 58 м3/ч, а фактически — до 50 м3/ч. Поэтому для обеспечения бесперебойного питания дробилки КИД-1200М проектом предусмотрена установка двух дробилок СМД-110А параллельно.

В настоящее время на ОАО «Орское карьероуправление» запущена в эксплуатацию дробилка КИД-1500. Ее эксплуатационная производительность составляет от 293 до 319 т/ч. Результаты опробований представлены в таблице 1.

Результаты сравнительных испытаний дробилок КИД-1500 и КМД-2200 представлены на рисунке 2, из которого следует, что выход необходимого товарного продукта класса 5–20 мм в дробилке КИД-1500 больше, чем в КМД-2200.

Дробилка смонтирована на открытом воздухе в составе комплекса по производству высококачественного щебня. В качестве сырья используется габбродиабаз Круторожинского месторождения. Данный материал имеет слоистую структуру, и получение из него кубовидного щебня с использованием традиционных эксцентриковых дробилок весьма затруднено. Применение КИД-1500 позволило получить щебень фр. 5–20 мм с содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы менее 10%, т. е. I группы качества по ГОСТу 8267-93. Дробилка принимает максимальный кусок до 150 мм.

Технологические возможности дробилки КИД-1500 позволяют также использовать ее при реализации двухстадийной схемы получения высококачественного щебня. Для этого необходимо установить на I стадии щековую дробилку, которая бы выдавала дробленый продукт с максимальным размером кусков до 150 мм соответствующей производительности.

Одновременно с производством щебня из изверженных горных пород существует проблема получения высококачественного щебня из песчано-гравийных смесей (ПГС). В данном случае дополнительным требованием ГОСТа 8267-93 является то, что щебень из гравия должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80% по массе. Получение такого продукта на эксцентриковых дробилках представляет определенные сложности. Как было указано выше, в таких машинах нельзя деформировать слой материала на величину, превышающую установленный между дробящими телами разгрузочный зазор, т. е. куски материала менее разгрузочной щели не будут разрушаться. Для получения щебня фракции 5–20 мм из технологического процесса выделяется на грохоте класс менее 20 мм, чтобы обеспечить дробленый продукт. Тем не менее, количество дробленых зерен в щебне не всегда соответствует требованиям ГОСТа 8267-93.

Первый опыт применения дробилок КИД для производства щебня из ПГС был в 2001 г., когда дробилка КИД-600 была установлена в ООО «Юлинта» (г. Боровичи Новгородской обл.). На данном предприятии переработка велась по сухому способу, поэтому значительное количество глинистых включений попадало в КИД. Тем не менее, щебень, получавшийся в результате дробления в КИД-600, был 1 группы по качеству. Валдайский гравий отличается повышенным содержанием зерен слабых пород. При работе по КИД-технологии отмечено селективное дробление и обогащение по прочности, правда, при этом отмечалось некоторое снижение производительности.

В октябре 2005 г. в ООО «Промстройинвест» на Малкинском песчано-гравийном карьере в Ставропольском крае смонтирована и запущена в эксплуатацию установка по выпуску кубовидного щебня на базе конусной инерционной дробилки КИД-1200М производства ОАО «НПК “Механобр-техника”» [7]. Основной технологией предусматривается вывод из процесса мелкого гравия фр. 5–20 мм после промывки на грохотах исходной песчано-гравийной смеси. Количество такого продукта достигает 100–120 т/ч. Практического применения такой гравий не находит, и за годы эксплуатации на складах предприятия скопилось не менее 200 тыс. куб. м этого материала, поэтому вплотную встал вопрос о получении конкурентоспособной продукции из отходов производства.

Для получения высококачественного кубовидного щебня взамен КМД-1750 была установлена дробилка КИД-1200М. Подверглась модернизации и классифицирующая часть установки. Были смонтированы дополнительные конвейеры и установлено второе сито на контрольном грохоте. Регулируя толщину слоя материала путем изменения величины разгрузочной щели и дробящей силы, когда слой продавливается только на определенную величину, были получены практические данные, подтверждающие возможность дробления материала в толстом слое. Для обеспечения заданной производительности величина разгрузочной щели составляла 45 мм. Получаемый продукт дробления – щебень преимущественно кубовидной формы. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы в фр. 5–10 мм составляет в среднем 9%. Выход отсевов фр. 0–5 мм — 26,3%, содержание дробленых зерен — до 92%.

Необходимо отметить при этом процесс обогащения щебня по прочности.

В сырье присутствуют в небольшом количестве непрочные породы, присутствие которых в готовой продукции основного производства не позволяет выпускать щебень марки более 800. При дроблении в КИД зерна слабых пород разрушаются, и получаемый щебень имеет марку не менее 1000. Фактически марка щебня была больше, так как при лабораторных испытаниях потери массы при определении дробимости были менее 8%, но ГОСТ 8267-93 регламентирует максимальную марку щебня из гравия не более 1000.

Были проведены наладочные работы с целью определения оптимального режима работы. В результате получены следующие технические показатели, представленные в таблице 2.

Ввиду того, что на установке перерабатывается практически чистый гравий, отсев дробления фр. 0–5 мм является дробленым песком. В нем отсутствуют глинистые включения и пылевидные фракции, что делает его пригодным для использования в качестве песка для бетонов в соответствии с требованиями ГОСТа 8736-93.

В 2007 г. запущена в эксплуатацию установка по производству кубовидного щебня из гравия в ТОО «Нурлытас-2002» (г. Шымкент, Республика Казахстан). Особенностью месторождения ПГС «Бадам-2» является практически полное отсутствие валунной составляющей. Максимальный размер исходного куска гравия не превышает 150 мм. Это позволило организовать дробление в одну стадию. Содержание природного песка не превышает 30%. Технологическая схема была разработана с промывкой на грохотах и обогащением на спиральных классификаторах. Применение мокрого способа производства позволило выпускать кроме высококачественного щебня также обогащенный песок из отсевов дробления. Ввиду того, что месторождение является старой поймой горной реки Бадам, в исходном гравии практически отсутствуют карбонаты. Прочность гравия составляет от 95 до 120 МПа. Технологическая схема представлена на рисунке 3.

При проведении пуско-наладочных работ были получены показатели, представленные в таблице 3.

Ввод в эксплуатацию установки позволил в значительной степени ликвидировать дефицит щебня для дорожного строительства и производства железобетона в регионе.

Применение дробилок КИД для производства щебня из ПГС позволяет:
 производить обогащенный по прочности высококачественный щебень;
 производить щебень из гравия мелких фракций;
 одновременно со щебнем производить крупный дробленый песок.

Таким образом, производство высококачественного кубовидного щебня из изверженных горных пород по двухстадийной схеме возможно с применением высокотехнологичного оборудования, каковыми являются дробилки КИД. Внедрение упрощенных двухстадиальных технологических схем щебеночных заводов позволяет снизить капитальные затраты на их строительство на 32%, энергозатраты — на 20%, уменьшить износ футеровочной стали почти в 2 раза и повысить производительность труда более чем на 20% [6].

Литература
1. Арсентьев В. А., Вайсберг
Л. А., Зарогатский Л. П., Шулояков А. Д. «Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок». — С-Пб.: Издательство ВСЕГЕИ, 2004 г. стр. 32–34.
2. Гущин А. И., Косян Г. А., Артамонов В. А., Козин А. Ю., Кушка В. Н. «Реальность производства щебня I группы по форме зерна». // «Строительные материалы», № 2, 2002 г., стр. 4–5.
3. Ицкович С. М., Чумаков Л. Д., Баженов Ю. М. «Технология заполнителей бетона». — Москва, Высшая школа, 1991 г. стр. 17–21.
4. Далатказин А. А. «Опыт работы “Орское карьероуправление” по получению щебня кубовидной формы на дробилке ДЦ-1,6». Материалы ХI Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов». С-Пб, 2004г., с.17.
5. Вайсберг Л. А., Зарогатский Л. П. «Новое поколение щековых и конусных дробилок». // «Строительные и дорожные машины», № 7, 2000 г., стр. 16–21.
6. Вайсберг Л. А., Шулояков А. Д., Спиридонов П. А. «Сокращение стадиальности дробления — оптимальный путь снижения себестоимости высококачественного щебня». // «Строительные материалы», № 11, 2002 г., стр. 7–9.
7. Рыков В. Ф. Спиридонов П. А. «Установка с дробилкой КИД-1200М для производства щебня из гравия в ООО “Промстройинвест”». // «Строительные материалы», № 6, 2006 г., стр. 21.

Редакция журнала «Федеральный строительный рынок» поздравляет коллектив специалистов под научным руководством д. т. н., профессора Леонида Вайсберга с присуждением Премии Правительства РФ за 2009 год за разработку и внедрение ресурсосберегающих технологий в горной промышленности.