Повышение эффективности производства щебня и способы применения отсевов дробления

А.В. Генкель, ведущий специалист АО «ЕВРОБЕТОН» И.А. Гришин, к.т.н.; К.В. Бурмистров, к.т.н.; В.С. Великанов, к.т.н. ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Характерный сопутствующий фактор щебеночного производства – формирующиеся отсевы дробления горных пород. Годовые объемы реализации отсевов не превышают 2–4% от их производства вследствие наличия их на всех предприятиях и значительных затрат на их транспортировку до потребителя, приводящих к росту цен на них, как на готовый продукт, существенно превышающих рыночные цены на другие виды аналогичного сырья.

На многих горных предприятиях основная масса отсевов относится к отходам производства, накапливаемых на специальных складах и вывозимых в отвалы и даже в карьеры, что препятствует развитию горных работ, уменьшает полезную емкость складов и в ряде случаев ухудшает экологические показатели производства.

Основные факторы, определяющие выход отсева дробления при производстве щебня, – это крупность и прочность горной породы, технология производства и тип дробильного оборудования, ассортимент выпускаемой продукции. На предприятиях нерудных строительных материалов объемы отсевов дробления постоянно растут, представляя серьезную проблему для функционирования предприятий и безопасного состояния окружающей среды. Рассмотрим основные параметры, влияющие на выход отсева.

Ассортимент выпускаемой продукции (конъюнктура рынка)

Анализ современного рынка сбыта щебеночной продукции показал, что наибольшим спросом в дорожном строительстве и производстве бетона пользуются мелкие кубовидные фракции (5–10, 5–15, 5–20) с лещадностью до 10–15% (I, II группы). Организации дорожного строительства предпочитают закупать кубовидный щебень фр.5-20 (II гр.) из габбро-диабаза, гранито-гнейсов, с хорошими адгезионными свойствами (данные породы вступают в хорошее взаимодействие с битумом в асфальтовом покрытии). Напротив, кислые «розовые» граниты обладают плохой адгезией к битумам, поэтому совсем не востребованы дорожниками. Бетонные производства потребляют кубовидный щебень 5–20 (II гр.) из всех пород. Главным требованием к ним остаётся лишь оптимальная насыпная плотность (1,4 т/м3).

Щебень фр.25–60 (т.н. балластный щебень) используют исключительно железнодорожники, предъявляющие к нему множество требований (лещадность, гранулометрический состав, запыленность и т.д.). Поэтому ОАО «РЖД» диктует требования не только по качеству, но и как монопольный крупный потребитель, на цену его закупки.

Повышенный спрос на кубовидный щебень (в основном фр. 5–20 (II гр.)), отпускная цена на который составляет 360–400 руб/т с НДС (без учета доставки) и превышает цены на щебень той же фракции с повышенной лещадностью (фр. 5-20 (IV гр.)) на 160–200 руб/т, привел к необходимости пересмотра существующих схем дробления.

Рис. 1 Варианты получения кубовидного щебня

Для придания кубовидности щебню предприятиями производятся следующие процедуры:

- цепочка дробильно-сортировочных аппаратов (рис.1, схема №1) дополняется «кубикаторами» и к имеющимся трем стадиям дробления добавляется четвертая;

- производится полное перевооружение устаревших дробилок на современные, позволяющие дробить исходный продукт «в слое» (рис.1, схема №2);

- отказ от эксплуатации громоздких стационарных ДСЗ советской постройки со строительством современных полустационарных ДСЗ (открытого или закрытого типа) на основе оборудования компаний Metso, Sandvik, Maximus, Pi Makina и т.д.

Предпочтение, отдаваемое выпуску кубовидного щебня, существенно влияет на увеличение выхода отсева. Также на выход отсева влияет режим работы ДСЗ:

- открытый режим (цикл) – выпуск крупной и мелкой фракции; работа оборудования в стандартных условиях;

- закрытый режим (цикл) – отказ от выпуска крупной фракции, полная ориентация на производство мелкой фракции; работа оборудования в нестандартных нагруженных условиях.

Изменение выхода отсева в зависимости от степени лещадного выпускаемого товарного щебня и режимов работы ДСЗ приведено в табл. 1.

Табл. 1 Изменение выхода отсева в зависимости от режима работы ДСЗ, состава и качества выпускаемого щебня

Состав оборудования для выпуска товарного щебня различной лещадности

Комплекс оборудования большинства крупных щебеночных дробильно-сортировочных заводов, построенных в начале 1980-х годов, включает в себя щековые дробилки СМД-118 (ЩДП-12х15), СМД-111, конусные дробилки среднего и мелкого дробления КСД (КМД) -2200Гр, КСД (КМД) -1750Гр, грохоты для сортировки СМД-121 (ГИС-52), протяженные системы конвейерных транспортеров. Основные продукты, выпускаемые такими ДСЗ, – щебень фракций 25–60 (20–40), 5–25, 5–20. Лещадность крупной фракции соответствует II–III группе (улучшенный и обычный дробленый камень); качество выпускаемой мелкой фракции характеризуется низкосортностью (IV–V группа – «Щебень с обычной обработкой», «Низкосортный щебень»).

Для повышения качества товарного щебня схема аппаратов цепи дробления дополняется ударными центробежными дробилками ДЦ производства ОАО «НПО Центр» (Белоруссия), официальный представитель в России – ЗАО «Урал-Омега» (Магнитогорск). Дробилки ДЦ хорошо зарекомендовали себя на «додрабливании» исходного питания 5–25 (0–25) и последующем производстве фр. 5-20 с доведением четвертой группы лещадности до второй (см. рис.1, схема №1).

При добавлении к исходной схеме дробления (стадии 1–3) элемента кубизации (стадия 4) фактически готовая товарная продукция (фр. 5–25 IV гр.) подвергается дополнительному дроблению, что позволяет получать фр. 5–20 (II гр.) и приводит к образованию дополнительного объема отсева (0–5 мм). Анализ результатов производственной деятельности предприятия до модернизации ДСЗ и после ввода в эксплуатацию кубизирующей операции дробления позволяет сделать ряд выводов:

1. Выход отсева минимален при работе ДСЗ в открытом цикле и выпуске высоколещадного (25–35% и более) щебня (три стадии дробления); выход отсева максимален при закрытом цикле дробления (работа на одну мелкую фракцию) и выпуске низколещадного (менее 15%) кубовидного щебня (четыре стадии дробления).

Рис. 2 Зависимость выхода отсева от доли фр. 5&20 (II гр.) в общем объёме выпускаемого щебня

2. При открытом цикле работы ДСЗ доля мелкой фракции в общем объеме производства щебня составляет 25–30%; при закрытом – 100%. На рис. 2 наглядно показано увеличение выхода отсева при отказе от выпуска крупной фракции и полном переходе на мелкую кубовидную фракцию.

3. Модернизация ДСЗ с вводом 4-й стадии дробления и работой на открытом цикле не обеспечивает выпуск большого количества кубовидного щебня. Увеличение выпуска возможно лишь при ориентации на закрытый цикл, либо после проведения дополнительных дорогостоящих процедур, экономическая целесообразность которых не обоснована. Закрытый цикл применим при нулевом спросе на фракцию 25–60 (20–40). Увеличение выпуска фр. 5–20 (II гр.) в зависимости от принятого режима работы ДСЗ приведено на рис. 3.

Рис. 3 Влияние режима работы ДСЗ на объем производства щебня кубовидной фракции

Анализ рис. 2 и 3 показывает, что увеличение выпуска кубовидного щебня неизбежно ведет к увеличению доли и объёма отсевов в общем объёме переработанной горной массы.

Такие передовые компании в производстве дробильносортировочного оборудования, как Metso и Sandvik предлагают полный спектр технологических решений, включающих как физико-механические исследования горных пород для подбора оптимального комплекта оборудования, так и его поставку с проведением шеф-монтажных работ, обучением персонала и дальнейшим профессиональным сервисным обслуживанием. Полустационарный ДСЗ (на примере Metso) зачастую включает щековую дробилку (с дизельным или электрическим приводом на гусеничном ходу), расположенную в карьере, и конусные дробилки HP, GP вторичного и третичного дробления, работающие за пределами карьера.

Опыт работы с импортным оборудованием показал, что ДСЗ (в составе: LT-125, НР-500, НР-4 (2 ед.)) развивает оптимальную месячную производительность 80 тыс. т товарного щебня фр.5–20 (II–III гр.) при выходе отсева 40–42%.

Таким образом, при обеспечении кубовидности щебня в пределах II–III групп лещадности («улучшенный дробленый камень») при полном отказе от выпуска крупной фракции (20–40, 25–60, 40–70) выход отсева для отечественного и импортного оборудования будет находиться в пределах 38–43%.

Отсев производства можно рассматривать либо как отходы, либо как товарный продукт, подлежащий реализации.

Ориентация рынка на мелкий кубовидный щебень и полная монополия ОАО «РЖД» на объемы и цены закупаемого крупного щебня фр. 25–60 привели к отказу многих ДСЗ от производства крупного щебня и их переводу на закрытый цикл, при котором растет выход отсева. Сбыт отсева в течение года незначителен, в пределах – 1–3% от годового производства. Увеличенный выход отсевов приводит к росту себестоимости производства товарного щебня, так как доля добытой горной массы, перевезенной карьерным транспортом на ДСЗ, передробленной и отсортированной, складируется в отвал без реализации. Кроме того, предприятия несут немалые издержки на транспортировку увеличенных объёмов отсевов и его складирование.

В настоящее время накоплено значительное количество отсевов практически на всех ДСЗ. Несмотря на рекомендации [1] на предприятиях не выделяют фр. 0–5 мм, после первой стадии дробления и раздельно не складируют отсевы, полученные на последующих стадиях дробления. В связи с этим склады (отвалы) отсевов содержат значительное количество глинистых и тонких частиц. Ситовые характеристики отсевов дробления различных горных пород приведены в табл. 2.

Табл. 2 Ситовые характеристики отсевов дробления различных горных пород

Как видно из табл. 2, содержание частиц менее 0,16 мм даже в отсевах из прочных пород достигает 6–12%, что делает малопригодным их применение без дополнительной переработки [2].

В естественном виде отсевы могут быть использованы для устройства насыпей, земляного полотна и рекультивации отработанных карьеров, также в небольшом количестве их используют для производства дорожных материалов. При дополнительной обработке спектр применения полученных продуктов расширяется. Песок из отсевов может быть использован в качестве заполнителя и наполнителя бетонов, для производства облицовочных и дорожных материалов, строительных растворов.

Дополнительная переработка может включать фракционирование или обогащение отсевов. Существуют два основных способа классификации материалов, в том числе и отсевов в воздушной или водной средах [3]. При первом способе могут использовать процессы грохочения или воздушной центробежной классификации. Основные недостатки «сухого» способа – низкая эффективность разделения материала по зерну 0,16 мм на вибрационных грохотах, необходимость подсушивания исходного питания до содержания влаги 1,0–0,5%, невысокая производительность оборудования, необходимость использования аспирационных систем для улавливания пыли и проблемы с ее последующим размещением.

При втором способе возможно использовать «мокрое» грохочение, разделение в гидроциклонах. Недостатки этого способа – сезонность работ установки по получению песка, необходимость операций по его последующему обезвоживанию, обязательность организации оборотного водоснабжения и строительства шламохранилища.

Таким образом, при любом способе получения песка из отсевов дробления различных горных пород предприятию потребуются значительные капитальные и эксплуатационные затраты, что определяет достаточно высокую себестоимость такого песка (до 1500 руб/т). Горнодобывающие компании пойдут на такие затраты при условиях высокой рыночной стоимости песка, большого спроса на эту продукцию, обеспечивающих полную компенсацию затрат не только на содержание отсевов в складах и отвалах, но и на их производство.

В настоящее время для большинства горнодобывающих предприятий стоимость размещения отсевов дробления на складах с учетом затрат на аренду земельного участка, транспортирование отсевов и экологические платежи составляет от 5 руб/т. При этом отпускная цена необогащенных отсевов устанавливается от 75 руб/т. С учетом того что объемы реализации песков составляют около 15% от их количества, предприятия теряют потенциальную прибыль от реализации этого попутного для них продукта. Наиболее приемлемым представляется снижение цены необогащенных отсевов дробления до минимально возможного уровня, что приведет к росту объемов их реализации. Например, снижение отпускных цен до 10–15 руб/т позволило бы получить заметную прибыль от реализации отсевов и одновременно снизить затраты на экологические платежи и арендную плату за землю на 20% и более.

Вместе с такими условиями производство щебня перейдет в разряд малоотходных, если решить задачу товарного использования шламов и пыли. В этом случае преимущество производства фракционированного песка из отсевов дробления становится очевидным.

Для предприятий, перерабатывающих известняки и мрамор, кроме щебня выгодно производить фракционированный песок и мраморную крошку, так как из отходов (фр. –0,16 мм) сухим способом легко производятся товарные продукты – микромрамор, порошки для подкормки и т.д. В этом случае производство щебня становится практически безотходным.

Источники информации: 1. Руководство по обогащению отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов.// Рекомендации. Министерство транспортного строительства, Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт «Союздорнии». М., 1992. 2. ГОСТ 314242010. Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия. 3. В.А. Артамонов, В.В.Воробьев, В.С. Свитов Опыт переработки отсевов дробления// Строи тельные материалы. 2003. №6. С. 28–29. 4. Далатказин А.А. Повышение эффективности технологии дробильно-сортировочных заводов по производству щебня из скальных пород.// Обогащение руд. 2009. №4. 5. Куприянов Л.И., Буткевич Г.Р. Состояние промышленности нерудных строительных мате риалов.// Строительные материалы. 2003. №4. С.2–3.
Ключевые слова: отсев, щебень, дробление, грохочение, песок, строительные материалы, дробильно-сортировочный завод

Журнал "Горная Промышленность"№6 (124) 2015, стр.64