石英砂主要是由石英岩加工而成，我国石英岩资源丰富，探明储量约32亿吨。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是 SiO2 高达99%，石英砂的颜色为乳白色带红色或无色半透明状，莫氏硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，相对密度为2.65，其化学、热学和 机械性能具 有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。石英砂是重要的工业矿物原料，石英石可制造玻璃，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔 剂，陶瓷，研 磨材料，铸造，石英石在建筑中利用其有很强的抗酸性介质浸蚀能力，用来制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。
长兴县范湾石英砂厂石英砂矿石硬度为7，属于较硬物质，因此石英石的破碎，选择合适的破碎机对于提高效率，节约消耗至关重要。
1 原矿特性
表1 试样( c m : 5 × 5 × 5) 单轴抗压强度( M Pa )
| 试样 | 烘干态 | 风干态 | 饱和态 |
| 砾岩 | 99 . 5 | 97 . 1 | 32 . 4 |
| 砾岩 | 76 . 7 | 50 . 1 | 27 . 8 |
| 砂砾岩 | 83 . 7 | 62 . 4 | 56 .9 |
| 砂砾岩 | 106 . 4 | 26 . 9 | 26 . 4 |
| 砾岩 | 34 . 4 | 5 . 2 | 26 . 7 |
原矿为石英砂砾岩 , 石英砾岩 ; 胶结物为泥质和硅质 , 泥质胶结物矿石遇水较易碎散 , 硅质胶结物矿石有一定的强度 。 石英砂砾岩 、 石英 砾岩中的石英砂砾表面光滑 , 大部分直径为 10 ～ 13 mm , 有的甚至> 100 mm 。大块砾石在外力冲击下 , 较易沿裂隙碎散 成不规则状的角砾 , 其粒度为 3～10mm。
取试样测其单轴抗压强度 , 结果见表1。
原矿的颜色由黄到白不等 , 矿物成份较简单 , 由石英角砾和胶结物组成 。矿石密度约为 2. 6。原矿中角砾的主要成份为 SiO2 , 铁矿物主要分布在胶结物中 。原矿多元素化学分析结果 , 见表2 。
表2 原矿多元素化学分析结果( % )
2 破碎流程
原可行性研究 , 采用三段破碎工艺破碎原矿, 即粗碎采用 PE500×750 颚式破碎机 , 中碎采用 PF1214反击式破碎机和细碎 采用2PG700×400对辊破。以上工艺普遍存在以下缺点：1、单位产品投资规模很大；2、单位产品金属耗量惊人；3、副产品（<0.1mm）比 例过高；4、湿法生产需要大量的水且寒冷地区冬季无法生产。我们从较终成品的粒度和生产的效率的角度出发, 认为采用PCL立轴冲击式破碎机较为适用,, 因而提出了颚式破碎机-圆锥破碎机-立轴冲击式破碎机三段破碎矿石流程 。
PCL立轴冲击式破碎机是利用冲击能, 对中等硬度的脆性物料进行破碎的设备。目前, 在我国水泥、电力、建材、化工、煤炭及冶金等行业广为 应用。 该机除具有破碎比大 、 产品粒度均匀且过粉碎现象少、能耗低、设备制造容易、维修方便等优点外, 还具有产品粒度调整范围大、能选择性破碎等优 点。目前, 国产该机技术性能指标已接近国际先进水平。
PCL立轴冲击式破碎机的工作原理 , 物料由进料斗进人破碎机, 经分料器将物料分成两部分, 一部分由分料器中间进人高速旋转的叶轮 中, 在叶轮内被迅速加速, 其加速度可达数百倍重力加速度, 然后以60一75 m / S 的速度从叶轮三个均布的流道内抛射出去, 首先同由分料器 四周自由落体的一部分物料冲击破碎, 然后一起冲击到涡动腔内物料床层上, 被物料床层反弹, 斜向上冲击到涡动腔的**部, 又改变其运动方向, 偏转向 下运动, 从叶轮流道发射出来的物料形成连续的物料幕。这样, 一块物料在涡动破碎腔内受到两次以至多次机率破碎作用。被破碎的物料由下部排料口排出。经 循环筛分系统形成闭路, 一般循环三次即可将物料成为20 目以下。在整个破碎过程中, 物料相互自行冲击破碎, 不与金属元件直接接触, 而是与物料衬 层发生冲击, 磨擦而粉碎, 从而避免了传统的冲击式破碎机(锤式、反击式破碎机等) 磨损特别严重的缺点。
图 1 PCL立轴冲击式破碎机工作原理示意图
图 2 PCL立轴冲击式破碎机加工石英砂砾岩
该破碎机的破碎比大, 产量高, 产品粒度均匀。根据破碎机的处理量、原矿较大块度, 建议范湾石英砂厂采用PCL-7011立轴冲击式破碎机完成破碎。
3 破碎试验
为了可靠地确定破碎工艺, 上海巍立路桥设备有限公司进行了碎矿工业试验。试验所用机型为PCL-7011立轴冲击式破碎机, 其装机容量 为 110k W 。原矿取自范湾矿区硬度较大的矿石, 并经晾晒风干, 粒度小于40 mm , 且较均匀。由于此前没有砂砾岩用于生产玻璃用砂的生产 实例, 故只能用石灰岩作对比。通过试验, 在相同处理量下, 破碎乐平砂砾岩时, 破碎机负荷较小(电流为50A、55A) , 要较船山灰岩和溧阳灰 岩易碎得多, 其产量为 80 t / h。经筛析, 破碎产品中-0.71mm 级已占 55 %; -0 . 125mm 14. 85 %, 占 -0. 71mm 级产品的27 %, 其中-0. 1mm 级占16. 20 %。 而破 碎船山灰岩时, 该机的破碎能力为60t/h,且破碎产品中粗粒 含量较破碎乐平砂砾 岩要多得多, 较大颗粒大于50mm, 10～30 mm 级 为 30 %～40 % (表3) 。
表 3 砂砾岩破碎产品筛析结果
| 粒级/ mm | 产率/ % | 累计产率/ % |
| +20 | 0 | 0 |
| 20 ～ 10 | 1 . 50 | 1 . 50 |
| 10 ～ 2 | 23 . 31 | 24 . 81 |
| 2 ～ 0 . 8 | 15 . 46 | 40 . 27 |
| 0 . 8 ～ 0 . 53 | 13 . 33 | 53 . 60 |
| 0 . 53 ～ 0 . 38 | 5 . 32 | 58 . 92 |
| 0 . 38 ～ 0 . 25 | 11 . 52 | 70 . 44 |
| 0 . 25 ～ 0 . 18 | 9 . 39 | 79 . 83 |
| 0 . 18 ～ 0 . 15 | 2 . 73 | 82 . 56 |
| 0 . 15 ～ 0 . 125 | 2 . 59 | 85 . 15 |
| 0 . 125 ～ 0 . 1 | 5 . 94 | 91 . 09 |
| -0 . 1 | 8 . 91 | 100 |
破碎产品 - 0. 71m m 部分与连续性试验磨矿产品之比较 , 见表 5 。
表 5 破碎产品与磨矿产品之比较
| 粒度/ mm | -0 . 71 ～ +0 . 125 | -0 . 125 ～ +0 . 1 | -0 .1 |
| 破碎产品/ % | 73 . 00 | 10 . 80 | 16 . 20 |
| 磨矿产品/ % | 72 . 26 | 5 . 73 | 21 . 41 |
试验结果表明 , 使用PCL立轴冲击破碎机进行技术改造后，产品针片状含量降为4.8%，与单独用反击式破碎机作为较终破碎工序的工艺线相比， 产量提高 30-35%;由于增加了破碎整形工序，增加了破碎比和加工能力， 使产量大幅提升。与直接用反击式破碎机作为较终破碎工序加工碎石相比， 各 设备易损件磨 损降低25%;由于把反击式破碎机作为二级破碎使用，而高效立轴冲击破碎机金 属消耗量很少，因此，整个工艺过程中，易损件消耗量有大幅度 的降低。
新工艺线产品细粉含量符合浮法玻璃生 产工艺要求，新工艺线可用于砂岩、石英岩、硅石、长石的破碎，在碎玻璃的再破碎上也取得了很理想的效果。上海巍立PCL立轴冲击破碎机能用于中硬和较硬物 料的破碎、整形，被广泛适用于矿石、水泥、耐火材料、铝凡土熟料、金刚砂等筑砂，建筑骨料，在工程领域里 制砂机是机制砂石、垫层料、沥青混凝土的主要产 出设备。而在矿业领域，制砂设备是应用广泛的机械设备，能产生大量的粉矿，是矿业投资者的很好选择。
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