砂子的稀缺超乎你的想象

  每年超400億噸就夠用？

  砂子的稀缺超乎你的想象

  全球采集量最大的礦物不是石油或煤炭，而是砂子。砂漠的砂子是由風(fēng)化形成的，太過細(xì)膩和光滑，加之含有大量的鈣鹽和黏土，可塑性較差，不適合用在建筑和混凝土中。砂塵暴讓人不勝其煩，地處砂漠腹地的人卻在瘋狂地購買砂子。阿拉伯諸多地區(qū)包括迪拜，正從澳大利亞大量進(jìn)口砂子——迪拜的哈利法塔，這個(gè)世界最高建筑就含有澳大利亞的砂子。

  砂子是世界上僅次于水的第二大自然資源，全球采集量最大的礦物不是石油或煤炭，而是砂子。越來越多的數(shù)據(jù)表明，砂子快不夠用了。

  2014年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《砂子，比你想象的更稀缺》報(bào)告提到，全球每年有超過400億噸的砂子和礫石（顆粒稍大的砂子）被開采出來。僅在2012年，全球使用的砂子就能沿著赤道建造出高和寬各27米的混凝土墻。全球每年近70%的砂子消耗在亞洲，僅中國在2011-2013年所使用的砂子就超過了美國20世紀(jì)整整100年的消耗量。

  砂子和它所維系的生態(tài)系統(tǒng)正陷入困境，不管握緊還是松開，砂子正從我們指縫中流失。

  砂戰(zhàn)全球性短缺

  迪拜人放著家里的那么多砂子不用，為何要買別人的？

  建筑用砂有其特殊的要求和標(biāo)準(zhǔn)，主要來自河床和海洋，耗砂量巨大的建筑工程，讓迪拜的海上砂自我供應(yīng)“力不從心”，而砂漠的砂子是由風(fēng)化形成的，太過細(xì)膩和光滑，加之含有大量的鈣鹽和黏土，可塑性較差，不適合用在建筑和混凝土中。

  其實(shí)，砂子進(jìn)口量最大的往往是那些被砂子包圍著的海灣國家，他們雖然擁有豐富的砂子資源，但隨著開采難度和成本的遞增，進(jìn)口砂子成為不二之選。

  2013年，加拿大歷史學(xué)家瓦科拉夫·斯米爾在其著作《現(xiàn)代世界：材料和非物質(zhì)化》中稱：“在我們的文明中，最重要的物質(zhì)是水泥?！倍白佑质撬嗟幕A(chǔ)，目前建筑業(yè)是砂子消耗最大的行業(yè)。2012年，法國導(dǎo)演丹尼斯·德斯特拉克制作了一部名為“砂戰(zhàn)”（Sand War）的紀(jì)錄片，給出了驚人的數(shù)據(jù)：建造一座普通住宅需要200噸砂子；建造醫(yī)院所需的砂子量為3000噸；修建1公里高速公路所需的砂子量是3萬噸；建造一座核電站所需的砂子量是1200萬噸。

  鎖在深山、守在水邊的巖石，歷劫千年的風(fēng)化和侵蝕才能形成砂子。它們看上去一樣，主要成分是石英，但有差異——有的圓滑有的有棱角，有的含有石膏，有的含有貝殼碎片甚至分解的塑料垃圾。

  不只是用于建筑行業(yè)，砂子還是牙膏的摩擦劑，在太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片、智能手機(jī)、個(gè)人電腦等科技產(chǎn)品中，硅是主要原材料，大部分也源于砂子。

  開采頁巖氣居然也需要砂子。近年來，美國大范圍推廣的水力壓裂法，需要利用地面高壓泵，將水、砂子和化學(xué)品制成壓裂液灌入水平鉆井，壓入巖層，從而提取頁巖氣。2011-2014年間，美國水力壓裂技術(shù)中砂的需求翻了一番還多，從2400萬噸增長到了5900萬噸。

  氣候變化也引發(fā)了海灘用砂的全球性短缺，但很少有人注意到這一點(diǎn)。在一般人看來，隨著四季的變化，砂子與海灘似乎在玩捉迷藏的游戲，冬天的風(fēng)暴會(huì)把砂子吹到海面上，海灘上只留下鵝卵石；而較小的海浪在夏天又將砂子們推回海灘上。

  其實(shí)，天然砂灘在不斷地瘦身。2014年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）對(duì)地球溫室效應(yīng)給社會(huì)帶來的影響進(jìn)行了評(píng)估，若溫室效應(yīng)持續(xù)，日本許多砂灘將會(huì)因海平面的上升而消失。

  然而，這場(chǎng)全球危機(jī)的嚴(yán)重程度被掩蓋了，所謂的“海灘營養(yǎng)項(xiàng)目”和“人工育灘”計(jì)劃試圖在夏季人們返回的時(shí)候，把砂子固定在原地，并修復(fù)受損的土地，從而制造出一種“海灘永在”的假象。

  上述聯(lián)合國的報(bào)告指出，世界上3/4的海灘正在衰落。

  采砂不可小覷的“后遺癥”

  海砂開采曾一度被認(rèn)為是河砂開采的替代工程，合法開采之外，有的砂子在一夜之間被偷走，海灘上留下丑陋的坑和被連根拔起的植物。

  砂子是由礦物和巖石沉積物組成的顆粒狀物質(zhì)，構(gòu)成了陸地的一部分，也為生態(tài)系統(tǒng)提供了至關(guān)重要的支持作用。

  無論合法還是非法的采砂，都會(huì)造成嚴(yán)重的海岸侵蝕，還會(huì)對(duì)河流、海岸和海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可忽視的影響。

  這些影響并非立等可見，但河流與海洋擁有“長久記憶”，那些被挖掘的痛、被掠奪的傷，都會(huì)隨時(shí)間的推進(jìn)一一展現(xiàn)出來。從破壞微生物棲息地到影響植物的光合作用，從迫使河流改變航道到影響地下水水位......留下不可小覷的后遺癥。

  很多微生物藏在砂子里并不可見，也不為人所知，但它們對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和肥力至關(guān)重要。砂子被開采走了，微生物也就失去了棲息地。

  英國斯旺西大學(xué)生態(tài)學(xué)家理查德·安斯沃思與同事在一篇發(fā)表于《整體環(huán)境科學(xué)》上的文章中，研究了采砂導(dǎo)致印度尼西亞海草減少的原因。他們發(fā)現(xiàn)，在挖砂過程中產(chǎn)生的沉淀物會(huì)阻礙海草的光合作用，而以海草為食的物種，又可能進(jìn)一步因?yàn)楹２莸臏p少而受到威脅。

  砂子對(duì)于地下水的補(bǔ)給也很重要，在河床上它是流動(dòng)的河流和地下水位之間的聯(lián)系，也是蓄水層的一部分，所以從某種角度看，非法的挖砂就相當(dāng)于搶劫水資源。砂子含有大量的水，當(dāng)它被盲目地開采并裝載到卡車上時(shí)，大量的水會(huì)在運(yùn)輸過程中丟失。

  在中國，挖砂造成的生態(tài)影響也受到了學(xué)界關(guān)注。

  鄱陽湖是中國最大的淡水湖，也是國際重要濕地，處于阿拉斯加至澳大利亞這條候鳥遷徙路線的中間地帶，每年這里會(huì)迎來數(shù)十個(gè)遷徙物種，包括四千多只幸存的西伯利亞鶴。21世紀(jì)初以來，因長江中游地區(qū)的采砂活動(dòng)迅速擴(kuò)大等原因，鄱陽湖水位下降，來此遷徙的物種也大受影響。

  2018年3月2日，在《科學(xué)》的報(bào)道中，中科院南京地理與湖泊研究所的環(huán)境水文專家賴錫軍表示，“砂石開采已經(jīng)大大降低了鄱陽湖的水位，尤其是在冬季?！毕陆档乃粶p少了鳥類獲得水生植物的機(jī)會(huì)。當(dāng)湖底的泥土干燥變硬的時(shí)候，這些以水生植物為食的鳥類，如以浮水植物根莖為食的鴻雁和以草灘上苔草的嫩葉和嫩芽為食的白額雁等可能會(huì)因“拔不動(dòng)”水生植物的營養(yǎng)的塊莖而挨餓。

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  留砂減少利用和回收再造

  物以稀為貴，砂子的價(jià)格在飆升，全球貿(mào)易也在發(fā)生變化，一些國家已經(jīng)開始采取行動(dòng)，禁止出口砂子，并開始研究人造砂子。

  多年來新加坡的填海造陸工程之所以得以延續(xù)，主要是依賴大量的砂子進(jìn)口。2017年，鑒于挖砂造成的生態(tài)環(huán)境危害，新加坡最大的砂子供應(yīng)國之一柬埔寨出臺(tái)政策，永久禁止砂子出口。斷了糧的新加坡為了應(yīng)對(duì)不斷增加的人口對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求，也計(jì)劃嘗試采用較少砂子的填海技術(shù)。

  砂子的替代材料——機(jī)制砂逐漸被推上市場(chǎng)。模擬砂子的形成過程，通過機(jī)械，巖石被加工成不同規(guī)格和大小的機(jī)制砂，目前在橋梁、機(jī)場(chǎng)和高速公路等大型設(shè)施建筑上使用較多。不過，如何降低機(jī)制砂的含泥量還有待進(jìn)一步研究。

  回收砂子也被看好，建筑和采石場(chǎng)的塵埃材料，甚至玻璃和混凝土中也可回收出砂子。

  新西蘭一家啤酒廠就設(shè)計(jì)出了酒瓶變砂子的炫酷回收機(jī)，將玻璃瓶子投入回收機(jī)后，激光啟動(dòng)一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的切割鋼錘，切割鋼錘將玻璃碎成渣子，雙重真空系統(tǒng)就會(huì)除去渣子中的二氧化硅粉塵和塑料標(biāo)簽，產(chǎn)生200克的砂子替代品。

  除此之外，提高建筑標(biāo)準(zhǔn)，延長建筑壽命，優(yōu)化現(xiàn)有建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的使用是減少砂子消耗的另一種方法。

  中國還處于快速發(fā)展、需要消耗大量砂子的時(shí)期，但我們目前還未留意到國內(nèi)關(guān)于優(yōu)化砂子資源的政策。

  “你是風(fēng)兒我是砂，纏纏綿綿繞天涯......”不管砂兒是不是被風(fēng)兒吹走的，砂子們可能要集體去浪跡天涯。學(xué)會(huì)用更聰明的方法減少砂子的使用，我們才能阻止這些最珍貴的資源永遠(yuǎn)地從我們的手指中溜走。  

  相關(guān)知識(shí)：

  機(jī)制砂是指通過制砂機(jī)和其它附屬設(shè)備加工而成的砂子，成品更加規(guī)則，可以根據(jù)不同工藝要求加工成不同規(guī)則和大小的砂子，更能滿足日常需求。機(jī)制砂要有專業(yè)的設(shè)備才能制出合格適用的砂石。

  機(jī)制砂生產(chǎn)線有振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、制砂機(jī)、振動(dòng)篩和膠制砂生產(chǎn)線

  帶傳輸機(jī)等設(shè)備組合而成。根據(jù)不同的工藝要求，各種型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行組合，滿足客戶的不同工藝要求。

  1、堅(jiān)固性與耐久性試驗(yàn)。機(jī)制砂的堅(jiān)固性能比河砂稍差，但仍然達(dá)到GB/T 141684293標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品指標(biāo)，在普通混凝土中使用不存在問題。但在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構(gòu)件中使用，除必須摻用外加劑，還應(yīng)控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標(biāo)與石粉含量。

  2、機(jī)制砂石粉含量對(duì)水泥拌合物性能的影響。通過水泥的試驗(yàn)、砂漿試驗(yàn)、混凝土試驗(yàn)，用機(jī)制砂配制混凝土與天然引砂無大的區(qū)別。一般來講，同坍落度的前提下，機(jī)制砂的用水量要稍大些，但要根據(jù)施工條件及結(jié)構(gòu)物和運(yùn)輸?shù)纫蛩乜紤]。但對(duì)混凝土的強(qiáng)度基本不變；用機(jī)制砂配制泵送混凝土等特種混凝土?xí)r，注意砂率不宜過高，防止降低混凝土強(qiáng)度和耐久性等工程質(zhì)量。

  在工程建設(shè)過程中，砂石作為混凝土結(jié)構(gòu)材料的重要組成部分，其質(zhì)量優(yōu)劣對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量及耐久性具有舉足輕重的影響。在滿足用砂性能指標(biāo)的前提下，選用經(jīng)濟(jì)可行的方案，既要滿足施工質(zhì)量要求，又要有效地控制生產(chǎn)成本，這樣在天然砂資源缺乏的地區(qū)，使用反擊式高效細(xì)碎機(jī)或沖擊式破碎機(jī)制造優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂進(jìn)行混凝土施工生產(chǎn)不僅是可行的，其綜合效益也是顯著的。同時(shí)在機(jī)制砂使用中，也可以進(jìn)行建筑材料學(xué)科方面的研究試驗(yàn)、積累經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)科的發(fā)展奠定基石。

  機(jī)制砂石生產(chǎn)線是廢棄尾礦資源再利用制砂的首選設(shè)備，受到尾礦處理行業(yè)的高度關(guān)注，尾礦處理并非難事，重要的是有先進(jìn)設(shè)備和政策引導(dǎo)。因此，為了進(jìn)一步做好尾礦資源開發(fā)利用工作，可以通過采取以下措施：

  一、要加強(qiáng)尾礦綜合利用技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)工藝，加快研究成果轉(zhuǎn)化；

  二、是使用好資金，重點(diǎn)支持大型企業(yè)、大型礦區(qū)的尾礦和“廢渣”中的資源利用工作。

  機(jī)制砂生產(chǎn)線由反擊式破碎機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、制砂機(jī)、振動(dòng)篩和膠帶傳輸機(jī)等設(shè)備組成。

  機(jī)制砂標(biāo)準(zhǔn)

  機(jī)制砂：由機(jī)械破碎,篩分制成的,粒徑小于4.75mm的巖石顆粒,但不包括軟質(zhì)巖,風(fēng)化巖的顆粒。

  特細(xì)砂：按《建設(shè)用砂》(GB/T 14684)規(guī)定方法檢驗(yàn)所得細(xì)度模數(shù)為0.7-1.5的天然河砂。

  混合砂：由機(jī)制砂與特細(xì)砂混合而成的砂。

  機(jī)制砂混凝土：用機(jī)制砂作為細(xì)骨料配制的混凝土。

  混合砂混凝土：用混合砂作為細(xì)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。

  大流動(dòng)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。