专题报道

每年超400亿吨就够吗——砂子的稀缺超乎你的想象

发布日期:2018-05-16 浏览次数:

每年超400亿吨就够吗——砂子的稀缺超乎你的想象

 

全球采集量最大的矿物不是石油或煤炭,而是砂子。砂漠的砂子是由风化形成的,太过细腻和光滑,加之含有大量的钙盐和黏土,可塑性较差,不适合用在建筑和混凝土中。砂尘暴让人不胜其烦,地处砂漠腹地的人却在疯狂地购买砂子。阿拉伯诸多地区包括迪拜,正从澳大利亚大量进口砂子——迪拜的哈利法塔,这个世界最高建筑就含有澳大利亚的砂子。

砂子是世界上仅次于水的第二大自然资源,全球采集量最大的矿物不是石油或煤炭,而是砂子。越来越多的数据表明,砂子快不够用了。

2014年,联合国环境规划署发布的《砂子,比你想象的更稀缺》报告提到,全球每年有超过400亿吨的砂子和砾石(颗粒稍大的砂子)被开采出来。仅在2012年,全球使用的砂子就能沿着赤道建造出高和宽各27米的混凝土墙。全球每年近70%的砂子消耗在亚洲,仅中国在2011-2013年所使用的砂子就超过了美国20世纪整整100年的消耗量。

砂子和它所维系的生态系统正陷入困境,不管握紧还是松开,砂子正从我们指缝中流失。

砂战全球性短缺

迪拜人放着家里的那么多砂子不用,为何要买别人的?

建筑用砂有其特殊的要求和标准,主要来自河床和海洋,耗砂量巨大的建筑工程,让迪拜的海上砂自我供应“力不从心”,而砂漠的砂子是由风化形成的,太过细腻和光滑,加之含有大量的钙盐和黏土,可塑性较差,不适合用在建筑和混凝土中。

其实,砂子进口量最大的往往是那些被砂子包围着的海湾国家,他们虽然拥有丰富的砂子资源,但随着开采难度和成本的递增,进口砂子成为不二之选。

2013年,加拿大历史学家瓦科拉夫·斯米尔在其著作《现代世界:材料和非物质化》中称:“在我们的文明中,最重要的物质是水泥。”而砂子又是水泥的基础,目前建筑业是砂子消耗最大的行业。2012年,法国导演丹尼斯·德斯特拉克制作了一部名为“砂战”(Sand War)的纪录片,给出了惊人的数据:建造一座普通住宅需要200吨砂子;建造医院所需的砂子量为3000吨;修建1公里高速公路所需的砂子量是3万吨;建造一座核电站所需的砂子量是1200万吨。

锁在深山、守在水边的岩石,历劫千年的风化和侵蚀才能形成砂子。它们看上去一样,主要成分是石英,但有差异——有的圆滑有的有棱角,有的含有石膏,有的含有贝壳碎片甚至分解的塑料垃圾。

不只是用于建筑行业,砂子还是牙膏的摩擦剂,在太阳能电池、计算机芯片、智能手机、个人电脑等科技产品中,硅是主要原材料,大部分也源于砂子。

开采页岩气居然也需要砂子。近年来,美国大范围推广的水力压裂法,需要利用地面高压泵,将水、砂子和化学品制成压裂液灌入水平钻井,压入岩层,从而提取页岩气。2011-2014年间,美国水力压裂技术中砂的需求翻了一番还多,从2400万吨增长到了5900万吨。

气候变化也引发了海滩用砂的全球性短缺,但很少有人注意到这一点。在一般人看来,随着四季的变化,砂子与海滩似乎在玩捉迷藏的游戏,冬天的风暴会把砂子吹到海面上,海滩上只留下鹅卵石;而较小的海浪在夏天又将砂子们推回海滩上。

其实,天然砂滩在不断地瘦身。2014年,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)对地球温室效应给社会带来的影响进行了评估,若温室效应持续,日本许多砂滩将会因海平面的上升而消失。

然而,这场全球危机的严重程度被掩盖了,所谓的“海滩营养项目”和“人工育滩”计划试图在夏季人们返回的时候,把砂子固定在原地,并修复受损的土地,从而制造出一种“海滩永在”的假象。

上述联合国的报告指出,世界上3/4的海滩正在衰落。

采砂不可小觑的“后遗症”

海砂开采曾一度被认为是河砂开采的替代工程,合法开采之外,有的砂子在一夜之间被偷走,海滩上留下丑陋的坑和被连根拔起的植物。

砂子是由矿物和岩石沉积物组成的颗粒状物质,构成了陆地的一部分,也为生态系统提供了至关重要的支持作用。

无论合法还是非法的采砂,都会造成严重的海岸侵蚀,还会对河流、海岸和海洋生态系统产生不可忽视的影响。

这些影响并非立等可见,但河流与海洋拥有“长久记忆”,那些被挖掘的痛、被掠夺的伤,都会随时间的推进一一展现出来。从破坏微生物栖息地到影响植物的光合作用,从迫使河流改变航道到影响地下水水位......留下不可小觑的后遗症。

很多微生物藏在砂子里并不可见,也不为人所知,但它们对土壤结构和肥力至关重要。砂子被开采走了,微生物也就失去了栖息地。

英国斯旺西大学生态学家理查德·安斯沃思与同事在一篇发表于《整体环境科学》上的文章中,研究了采砂导致印度尼西亚海草减少的原因。他们发现,在挖砂过程中产生的沉淀物会阻碍海草的光合作用,而以海草为食的物种,又可能进一步因为海草的减少而受到威胁。

砂子对于地下水的补给也很重要,在河床上它是流动的河流和地下水位之间的联系,也是蓄水层的一部分,所以从某种角度看,非法的挖砂就相当于抢劫水资源。砂子含有大量的水,当它被盲目地开采并装载到卡车上时,大量的水会在运输过程中丢失。

在中国,挖砂造成的生态影响也受到了学界关注。

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,也是国际重要湿地,处于阿拉斯加至澳大利亚这条候鸟迁徙路线的中间地带,每年这里会迎来数十个迁徙物种,包括四千多只幸存的西伯利亚鹤。21世纪初以来,因长江中游地区的采砂活动迅速扩大等原因,鄱阳湖水位下降,来此迁徙的物种也大受影响。

2018年3月2日,在《科学》的报道中,中科院南京地理与湖泊研究所的环境水文专家赖锡军表示,“砂石开采已经大大降低了鄱阳湖的水位,尤其是在冬季。”下降的水位减少了鸟类获得水生植物的机会。当湖底的泥土干燥变硬的时候,这些以水生植物为食的鸟类,如以浮水植物根茎为食的鸿雁和以草滩上苔草的嫩叶和嫩芽为食的白额雁等可能会因“拔不动”水生植物的营养的块茎而挨饿。

留砂减少利用和回收再造

物以稀为贵,砂子的价格在飙升,全球贸易也在发生变化,一些国家已经开始采取行动,禁止出口砂子,并开始研究人造砂子。

多年来新加坡的填海造陆工程之所以得以延续,主要是依赖大量的砂子进口。2017年,鉴于挖砂造成的生态环境危害,新加坡最大的砂子供应国之一柬埔寨出台政策,永久禁止砂子出口。断了粮的新加坡为了应对不断增加的人口对基础设施的需求,也计划尝试采用较少砂子的填海技术。

砂子的替代材料——机制砂逐渐被推上市场。模拟砂子的形成过程,通过机械,岩石被加工成不同规格和大小的机制砂,目前在桥梁、机场和高速公路等大型设施建筑上使用较多。不过,如何降低机制砂的含泥量还有待进一步研究。

回收砂子也被看好,建筑和采石场的尘埃材料,甚至玻璃和混凝土中也可回收出砂子。

新西兰一家啤酒厂就设计出了酒瓶变砂子的炫酷回收机,将玻璃瓶子投入回收机后,激光启动一个快速旋转的切割钢锤,切割钢锤将玻璃碎成渣子,双重真空系统就会除去渣子中的二氧化硅粉尘和塑料标签,产生200克的砂子替代品。

除此之外,提高建筑标准,延长建筑寿命,优化现有建筑和基础设施的使用是减少砂子消耗的另一种方法。

中国还处于快速发展、需要消耗大量砂子的时期,但我们目前还未留意到国内关于优化砂子资源的政策。

“你是风儿我是砂,缠缠绵绵绕天涯......”不管砂儿是不是被风儿吹走的,砂子们可能要集体去浪迹天涯。学会用更聪明的方法减少砂子的使用,我们才能阻止这些最珍贵的资源永远地从我们的手指中溜走。

相关知识:

机制砂是指通过制砂机和其它附属设备加工而成的砂子,成品更加规则,可以根据不同工艺要求加工成不同规则和大小的砂子,更能满足日常需求。机制砂要有专业的设备才能制出合格适用的砂石。

机制砂生产线有振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶制砂生产线

带传输机等设备组合而成。根据不同的工艺要求,各种型号的设备进行组合,满足客户的不同工艺要求。

1、坚固性与耐久性试验。机制砂的坚固性能比河砂稍差,但仍然达到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。但在经常遭受摩擦冲击的混凝土构件中使用,除必须掺用外加剂,还应控制混凝土的灰砂比和砂的压碎指标与石粉含量。

2、机制砂石粉含量对水泥拌合物性能的影响。通过水泥的试验、砂浆试验、混凝土试验,用机制砂配制混凝土与天然引砂无大的区别。一般来讲,同坍落度的前提下,机制砂的用水量要稍大些,但要根据施工条件及结构物和运输等因素考虑。但对混凝土的强度基本不变;用机制砂配制泵送混凝土等特种混凝土时,注意砂率不宜过高,防止降低混凝土强度和耐久性等工程质量。

在工程建设过程中,砂石作为混凝土结构材料的重要组成部分,其质量优劣对整个工程的质量及耐久性具有举足轻重的影响。在满足用砂性能指标的前提下,选用经济可行的方案,既要满足施工质量要求,又要有效地控制生产成本,这样在天然砂资源缺乏的地区,使用反击式高效细碎机或冲击式破碎机制造优质机制砂进行混凝土施工生产不仅是可行的,其综合效益也是显著的。同时在机制砂使用中,也可以进行建筑材料学科方面的研究试验、积累经验,为学科的发展奠定基石。

机制砂石生产线是废弃尾矿资源再利用制砂的首选设备,受到尾矿处理行业的高度关注,尾矿处理并非难事,重要的是有先进设备和政策引导。因此,为了进一步做好尾矿资源开发利用工作,可以通过采取以下措施:

一、要加强尾矿综合利用技术创新,研发先进技术、先进设备、先进工艺,加快研究成果转化;

二、是使用好资金,重点支持大型企业、大型矿区的尾矿和“废渣”中的资源利用工作。

机制砂生产线由反击式破碎机、振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备组成。

机制砂标准

机制砂:由机械破碎,筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石颗粒,但不包括软质岩,风化岩的颗粒。

特细砂:按《建设用砂》(GB/T 14684)规定方法检验所得细度模数为0.7-1.5的天然河砂。

混合砂:由机制砂与特细砂混合而成的砂。

机制砂混凝土:用机制砂作为细骨料配制的混凝土。

混合砂混凝土:用混合砂作为细骨料配制的混凝土。

塑性混凝土:混凝土拌合物坍落度10-90mm的混凝土。

大流动性混凝土:混凝土拌合物坍落度等于或大于160mm的混凝土。

泵送混凝土:混凝土拌合物坍落度不低于100mm并用泵送施工的混凝土。

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中国砂石协会

2018年05月16日

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