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专家解读机制砂行业的工艺技术与市场发展前景
建筑行业2018年以来最火的项目恐怕就是“机制砂”了，与钢材、散装水泥等建材的跌跌不休相比，产值居建材行业第二位的砂石，近年来却价格持续上涨，至今未见下行迹象。
随着机制砂的“走红”，越来越多的朋友咨询机制砂的工艺和发展前景。机制砂项目是唐山金泉冶化科技产业集团重点研发的“绿色矿山治理项目”中的项目之一，尤其是石灰石矿尾矿制砂、鹅卵石制砂、建筑废料全循环利用等技术是该公司打造的拳头技术产品。近日，编者走访咨询了唐山金泉公司总工室部分专家和技术人员，同时综合了国内其它该行业“走红”的工艺技术和理念向大家解读，本文重点介绍其生产流程和加工工艺内容及目前市场的发展状况。
一、机制砂基础知识
1、砂的分类：
在建筑行业中，砂的分类主要分为三种：即天然砂、人工砂（机制砂）和混合砂。
2、天然砂与机制砂的定义：
天然砂：天然砂指的是由自然条件作用而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒。其主要分为河砂，海砂和山砂。
机制砂：机制砂指的是由机械破碎后的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。其主要分为花岗岩制砂，鹅卵石制砂，石灰岩制砂，建筑废料制砂等。
混合砂：混合砂指的是天然砂和机制砂按一定比例混合到一起而得到的砂料。
3、天然砂与机制砂的优缺点：
坚固性和硬度：经过河水的搬运和长期冲刷后而形成的河砂的坚固性和硬度一般较大。而机制砂的坚固性能和硬度则由原料的硬度决定，但一般都达到GB/ T 141684293标准的优等品指标，在普通混凝土中使用不存在问题。
粒度和粒型：天然砂成品规则，手感细腻。而有些机制砂的粒型不好，针片状过多，这里有岩石的问题，但最主要的是设备的选型及制造工艺不恰当造成的。天然砂的粒型无法选择，而机制砂可根据需求改变制造工艺和选择不同的加工设备来加工不同粒型和大小的砂子，更能满足日常需求。
颜色的区别：用岩石或尾矿生产的机制砂从颜色到组成与天然砂区别很大，尤其干法生产的人工砂显得石粉很多，只要石粉含量达到10％左右时，看上去就像都是石头粉一样，使人疑虑，不敢使用。但大多数情况下混凝土对骨料本身岩石的矿物类型没有特殊的要求，不按其矿物成分分类。只需要具有足够高的硬度和强度，良好的级配和粒形，不含有害杂质，黏土和有机物等杂质即可。因此天然砂和机制砂经过合理的制造工艺后都完全满足建筑用砂的要求。
细度模数的稳定性：机制砂在生产过程中入料岩性、含水率和级配容易变化，筛分过程也会出现堵孔、破损等问题，破碎、除尘设备效率、参数也不稳定，容易导致机制砂细度模数不稳定。
4、机制砂的主要检测项目有哪些？
机制砂石粉含量是生产的必检项目，主要的检测方法有水洗法和干筛法两种试验方法，代表性的是美国ASTMC136或AASHTOT27，适用于干筛，ASTMC117或AASHTOT11，适用于水筛。然而我国一直是在水泥混凝土集料或沥青路面集料，都直接采用干筛方法，0.075mm筛通过量不经水洗确定，所以准确性较差。干筛法主要适用于水泥混凝土用集料，并且还要结合亚甲蓝值的检测结果综合评价。
5、机制砂主要生产工艺：
干法生产工艺：主要优点是：1）生产出来的机制砂水分含量低，一般低于2%，商混和干混砂浆可以直接使用；2）成品砂中石粉含量可调可控，集中回收能够综合利用，减少粉尘排放；3）生产过程中极少或不用水，节约水资源，保护环境；4）易于集中操作控制，实现自动化管理。5）不受干旱、寒冷季节的影响，能够全年连续生产。
湿法生产工艺：
与干法相比湿法主要有以下劣势：
1）消耗大量水，1t砂石料需耗水2~3.5m³；2）产品砂水含量高，须脱水，干混用须重新烘干；3）产品砂细度模数偏粗，砂子产量低；4）产生大量的泥粉污水，污染环境，且石粉不易回收；5）基建投资及设备种类多，机制砂生产成本高；6）在干旱少雨地区或结冰季节不能正常生产。
半干法制砂工艺：
半干法生产工艺相对湿法生产工艺，最大特点就是用水冲洗掉制砂原料表面的泥和石粉，成品砂部分或全部不再进行水洗，因此用水量相对少多了，成品砂中石粉流失量少了，水份含量较低。但这种砂石生产工艺还需较多的水资源，污水处理装置仍须配备，只不过规格小了许多。其投资费用比湿法少，比干法多，成品砂石粉含量介于二者之间，运行成本也在二者之间。
6、什么是“以破代磨，多破少磨“？
因为破碎的能源利用率要比粉磨的高，多破少磨有利于节约能源，但也不能完全以破代磨，因为两者的能源利用随着物料粒度变小成反向变化。
7、什么是“石打石”和“石打铁”各有何特点？
机制砂生产线中的冲击破的2种破碎方式“石打石”和“石打铁”各有特点，只是适用范围不同。其中，“石打石”适用于中硬以上磨蚀性大的物料，如玄武岩等。“石打石”工作情况下成品粒型较好，含粉量稍多。“石打铁”适用于中硬以下磨蚀性小的物料，如石灰石等。“石打铁”工作情况下，破碎效率高，周护板磨损费用较高，成品粒型稍差。“石打铁”磨损最严重的应该是铁砧，故其结构设计和铸造工艺也是影响制砂机效率的重要因素。另外，“石打石”适用于整形，“石打铁”适用于制砂。
8、选用干法、湿法、半干法人工砂石生产工艺的依据是什么？
1）首先决定于人工砂石系统所处的地区和水资源情况、原料洁净程度，以及对骨料、人工砂石粉含量、细度模数的具体要求。如果原始条件允许，优先选用干法生产工艺，次之采用半干法生产工艺，最后采用湿法生产工艺。2）从设备投入、占地面积大小、生产管理难易程度、人工砂石料加工成本考虑，也是优先考虑干法，次之半干法，最后是湿法。
9、机制砂表观密度、松散堆积密度、空隙率的标准：
机制砂表观密度不小于2500kg/m³；松散堆积密度不小于1400kg/m³；空隙率不大于44%。
10、判定机制砂亚甲蓝（MB）值的方法：
用于判定机制砂中粒径小于0.075mm颗粒含量主要是泥土，还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。机制砂亚甲蓝值要求MB≤1.4，宜控制在1.0以下为好。
二、机制砂生产工艺流程
制砂生产总是在不断地探索中前进，从传统的湿法制砂生产到今天的干法制砂生产，工艺和设备虽经历了种种变化，但是不变的是人们对砂石生产的节能高效的追求、对实现可学科持续的砂石生产的追求。但是，在追寻新型制砂设备和工艺的同时，要善于对传统制砂工艺中好的地方加以继承和利用，结合现代化的新型制砂设备和工艺往往带来的是新旧工艺的碰撞与融合、带来的是砂石生产焕发新的生命活力。
目前，机制砂的主流工艺如下：
1、石灰石机制砂：
采用石灰石或石灰石尾矿进行机制砂的主要工艺流程如下：
（一）、石灰石原料由给料机均匀给料到颚式破碎机中进行粗碎，粗碎后物料输送到振动筛上进行预筛分。
（二）、预筛分后的粗物料（第一层筛网上的物料）反回颚式破碎机内重新破碎，预筛分后的中物料（第二层筛网上的物料）输送到反击式破碎机内进行细碎。
（三）经过反击式破碎机细碎后的物料输送到振动筛上进行二次筛分。二次筛分后的中物料（第二层筛网上的物料）反回到反击式破碎机内重新破碎，二次筛分后的细物料（第三层筛网上的物料）输送到立式冲击破碎机内进行制砂。
（四）、经过立式冲击破碎机制砂后的物料输送到振动筛上进行三次筛分。三次筛分后的细物料（第三层筛网上的物料）反回到立式冲击破碎机内重新制砂，三次筛分后的4.75mm以下的物料（第三层筛网以下的物料）输送到洗沙设备中。
（五）、物料经过洗沙设备后，大部分砂料被输送到脱水筛上进行脱水作业（此部分砂料多为粗砂，即细度模数偏大）。小部分细砂随污水经过细沙回收机时细砂被回收后与脱水筛上粗砂混合到一起后输出成品砂。
目前，采用石灰石机制砂的原料主要是石灰石采矿后的0-20mm尾矿,如：唐山金泉成套设备有限公司设计研发的石灰石尾矿治理生产线可以把石灰石碎石尾矿进行机制砂和重钙粉生产实现复合循环生产，实现综合利用。
2、鹅卵石制砂：
鹅卵石制砂与石灰石制砂相比有一些创新性的砂石生产模式，有以下优势：
（一）、把鹅卵石制砂机械安置在采砂船上，利用采砂船的传统采砂工艺和现代化的鹅卵石、河卵石采集工艺，实现自然砂资源和人工砂石资源的同步开采，由于鹅卵石制砂机能够针对鹅卵石、河卵石实现高效的砂石破碎生产，因此整个生产线并不需要很多的破碎设备，根据生产需求，可以配置一台圆锥破进行一破，提高鹅卵石制砂生产效率和砂石质量；
（二）、可以实现破碎后的砂石骨料直接利用采砂船上的洗砂机进行洗砂，但是不是利用自然水流的冲洗，而是利用洗砂机和洗砂池进行洗砂，洗过的水经过循环过滤后排到河流之中，减少对河流的污染，同时提高洗砂的回收利用率，具有一举两得的功效。
3、建筑废料生产机制砂：
该项技术是唐山金泉公司根据多年发展经验,引进国内外先进破碎技术,经多次的改革,推出的可将废弃建筑物料变废为宝的新型生产工艺：
（一）、可以实现城市建筑垃圾全循环的回收利用。
（二）、将建筑垃圾进行破碎处理，得到机制砂。
（三）、实现破碎、筛分、分级、整形一体机处理。
（四）、实现建筑垃圾100%回收利用。
（五）、实现移动式处理生产线：形成建筑垃圾就地解决、现场再生利用的循环发展模式，绿色高环保、应用效果好，让建筑垃圾不出施工现场就能发挥作用。
三、机制砂市场发展前景
据中国砂石协会不完全统计，我国砂石用量从1981年的不足5亿吨发展到2013年的120多亿吨，年产销量增长了20多倍。砂石产业2013年产值超过3000亿元，带动的运输业产值2000多亿元，位居全国第二大建材行业。“按照国家基础建设中长期的发展规划，预计砂石的用量仍将以每年20%以上的速度增长”，中国砂石协会会长胡幼奕认为，虽然机制砂产量增长快，但产能缺口还会存在一段时间。从长期来看中砂价格呈现稳步上涨的趋势，结合城镇化的利好消息以及环境保护的诉求，预计未来中砂价格将持续增长。
据业内人士介绍，目前国内砂石骨料行业的润率高达70%左右，甚至有企业砂石骨料利润超过100%，这也是近两年国内各大水泥集团加大力度进军砂石骨料行业的主要原因。
随着经济建设的快速发展，我国基础设施建设方兴未艾,建筑材料的消耗巨大。占混凝土质量85%以上的砂、石是混凝土的骨架，是消耗自然资源最大的材料，但是经过几十年的开采，一些地区有限的天然砂石资源已经用尽，价格不断上涨，影响了工程建设的进展。在经济利益的驱使下，很多地区都出现了乱采乱挖天然砂石的情况，在现有的江河开采，改变河道走向、水流、影响河堤安全、破坏鱼类生存环境、影响防洪、污染水质、影响景观。出于对环境和资源的保护，国家和各地方政府出台相关法规和政策严格限制或禁止开采天然砂石，进一步减少了天然砂石的来源。
近二十多年以来，随着我国城镇化进程的加快，对原有建筑物的拆除、改造工程日益倍增。大量的建筑废弃物堆积在城市郊区的公路、河道、沟壑附近，占用了大片土地，带来了非常严重的二次污染。废弃混凝土的再生利用已成为亟需解决的课题，将废弃混凝土破碎作为再生骨料既能解决天然骨料资源紧缺的问题，保护骨料产地的生态环境，又能解决城市废弃物堆放、占地和环境污染等问题，实现混凝土生产过程中的物质循环利用，以保证建筑业长久的可持续发展。
中国的很多地区矿产资源丰富多样，但由于经济实力、技术条件、产业基础、市场需求及资源状况等多种因素制约，在开发过程中，不合理的开采和“三废”排放，加剧了地质环境恶化、水土流失和水质污染等。约20%～80%的尾矿没有合理利用，已约有上百亿吨的尾矿大量堆积，特别是小型矿山，尾矿随意堆放，占用土地，污染环境，埋下隐患，造成重大事故。但如果经过适当地分选和加工，不少尾矿就可以制成人工砂石。既解决了环境污染等问题，又提高了自然资源利用率，形成综合效益，完全符合建设资源节约型、环境友好型社会的科学发展观和可持续发展的国策。
据估算，2018年我国建设用骨料总量约为130亿吨，2019年继续持续供不应求的局面，今年机制砂行业规模化发展已成定局。目前，很多国企和商业巨头转型发展，竞相争夺机制砂市场。海螺水泥、华新水泥、中建材等都对未来在砂石骨料行业布局提出了明确的计划。
据不完全统计：
目前，中国部分1000万吨级砂石骨料产线主要有：
1、中电建池州年产能7000万吨
2、中国建材砂石骨料产能6000万吨
3、日昌升矿业九江年产能6000万吨
4、金隅冀东年产能7000万吨
5、河南安阳中联年产能2000万吨
6、河南国联矿业年产能2000万吨
7、瑞德保尔年产能2000万吨
8、海螺骨料年产能2000万吨
9、福建松下码头年产能2000万吨
10、华新骨料年产能1650万吨
11、浙江康介矿业年产能1000万吨
12、广州东升实业年产能1000万吨
13、湖南凡泰矿业年产能1000万吨
14、湖北娲石骨料年产能1000万吨
15、湖北民本矿业年产能1000万吨
16、湖州德宁矿业年产能1000万吨
17、安徽雷鸣矿业年产能1200万吨
同时，两广的华润水泥，江西的亚东水泥，江苏的中联水泥，浙江的红狮水泥，四川的拉法基，湖北的华新水泥和葛洲坝，安徽的上峰水泥及中材水泥等等也都已加入！砂石骨料将成为未来各大水泥集团除水泥业务以外主要的一个争夺板块。
资料编辑：
中国石灰产业学会
孙菲
2019.07.08
相关链接：
唐山金泉冶化科技产业集团.
唐山金泉成套设备有限公司.
唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司
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