隨著天然砂資源的枯竭及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)苛，機(jī)制砂的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及生產(chǎn)需求隨之增長(zhǎng)。與此同時(shí)，許多骨料生產(chǎn)商也正在探尋機(jī)制砂生產(chǎn)的可行性；以及如何處理日益龐大的廢料堆，因?yàn)槠渲泻邢喈?dāng)比例的有價(jià)值細(xì)骨料資源。

是否有一種惠及各方的解決方案？混凝土生產(chǎn)用機(jī)制砂專家Rolands Cepuritis和美卓破碎工藝專家Tero Onnela深入研究了這項(xiàng)課題。

機(jī)制砂在許多用途中可替代天然砂

砂，無(wú)論取自天然礫石、砂礦床，還是通過(guò)巖石破碎，鑒于其礦物質(zhì)和物理質(zhì)量，均被廣泛應(yīng)用在眾多用途中。砂的最典型用途是用于混凝土，約占材料體積的30-40%。

Tero Onnela深入分析了基本情況：“混凝土是最常用的人造材料，隨處可見(jiàn)。砂是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和建筑行業(yè)的必要元素。美國(guó)的大部分州際公路網(wǎng)均使用了耐久性強(qiáng)的混凝土，可承受大流量交通和天氣的變化。中國(guó)三峽大壩使用了美卓破碎設(shè)備生產(chǎn)的骨料，成為世界上最大的混凝土構(gòu)筑體。”

“公路和高速公路建設(shè)中常用的瀝青是第二重要用途。此外，還有所謂的功能性骨料，用于水處理廠的水凈化、高爾夫草坪與沙坑、兒童游樂(lè)場(chǎng)、賽馬場(chǎng)，以及極寒氣候下的防滑公路和人行道。在所有這些用途中，均可使用機(jī)制砂替代天然砂，且可以提高最終產(chǎn)品的性能。”

天然砂是一種日益枯竭的自然資源

天然砂的使用在許多地方都受到法律限制，在有些國(guó)家甚至被完全禁用，如日本、瑞典等國(guó)呼吁盡可能使用機(jī)制砂來(lái)代替天然砂。在澳大利亞，天然砂開(kāi)采許可證的限制也越來(lái)越多。

天然砂的非法開(kāi)采在某些發(fā)展中國(guó)家日趨嚴(yán)重，甚至到了肆無(wú)忌憚的地步，而監(jiān)管卻收效甚微。售賣天然砂被認(rèn)為是一種投資小、賺錢快的途徑，僅需一輛卡車、一名司機(jī)和砂源，便可獲利。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，印度等國(guó)家出臺(tái)了一項(xiàng)政策：在新采石場(chǎng)審批過(guò)程中給予扶持，以鼓勵(lì)建造新的機(jī)制砂生產(chǎn)裝置。

“我認(rèn)為有這么三類國(guó)家：以瑞典為例，利用特殊的天然礫石稅來(lái)規(guī)范采砂。某些歐洲國(guó)家利用其他手段限制開(kāi)發(fā)新采坑。然而，在印度、新加坡和馬來(lái)西亞等國(guó)家，面臨天然砂資源匱乏或快速減少等問(wèn)題。在這些國(guó)家，砂采自露天砂坑、海灘、內(nèi)陸沙丘、海洋與河道，通常是立法跟不上或執(zhí)法不到位。”Rolands Cepuritis補(bǔ)充道。

混凝土用機(jī)制砂

Rolands Cepuritis目前正在完善其博士論文《微配比混凝土用機(jī)制砂的開(kāi)發(fā)》。有關(guān)機(jī)制砂在混凝土生產(chǎn)中性能良好的原因，他有著清晰的觀點(diǎn)：

“混凝土生產(chǎn)商必須滿足其產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度的最小安全裕度。原材料的變異性越高，所需的水泥用量就越高，以保持一定水平的安全裕度。因此，歸根結(jié)底，質(zhì)量和變異性差的原材料與質(zhì)量較好的原材料相比，成本相當(dāng)，但質(zhì)量差別很大。”

“經(jīng)優(yōu)良工藝生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)制砂，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的質(zhì)量?？刂铺烊簧暗淖儺愋苑浅＠щy，特別是在不洗砂的情況下。”他說(shuō)道。由于空間、水源和脫水池導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題，以及在北歐國(guó)家寒冷地區(qū)的操作問(wèn)題，通常難以實(shí)現(xiàn)洗砂。

“使用機(jī)制砂還有其他一些直接的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如，由于風(fēng)化作用，天然砂顆粒為圓形；而機(jī)制砂顆粒呈棱角狀且表面紋理粗糙，能與混凝土中的水泥灰漿更好地粘結(jié)，從而在水泥用量相同的條件下提高強(qiáng)度性能（恒定水灰比）。”

如果使用天然砂制作混凝土產(chǎn)品，性能改進(jìn)的可能性會(huì)很??；而使用機(jī)制砂，性能上則有更大的調(diào)整空間，可以找到適合不同類型混凝土的最佳配比。

還有一大障礙，是對(duì)機(jī)制砂應(yīng)用的接受程度。例如，澳大利亞昆士蘭州仍要求混凝土配方中細(xì)骨料的40%需為天然砂。這需要在未來(lái)做出改變，以應(yīng)對(duì)不斷下降的資源供給，并提高優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂產(chǎn)品的可利用性。

商業(yè)應(yīng)用？

天然砂的立法和供應(yīng)，決定其價(jià)格與收益。此外，還有與采砂許可證審批相關(guān)的成本，使得資源開(kāi)采在經(jīng)濟(jì)效益方面難以實(shí)施。

“采砂場(chǎng)的運(yùn)輸成本在總生產(chǎn)成本中占比很高。如果是價(jià)值更高的最終產(chǎn)品，例如用于玻璃制造的硅砂，運(yùn)輸成本高是可以接受的。但是，對(duì)于利潤(rùn)低的大宗砂產(chǎn)品，情況則完全不同。制砂現(xiàn)場(chǎng)必須盡量靠近使用現(xiàn)場(chǎng)。”Onnela解釋道。

“最重要的是經(jīng)濟(jì)規(guī)模。如果一座采砂場(chǎng)靠近使用現(xiàn)場(chǎng)，只需簡(jiǎn)單地篩選至適當(dāng)粒度的產(chǎn)品。但使用機(jī)制砂，還需要考慮很多方面的問(wèn)題。如果破碎基巖，生產(chǎn)成本很高，而且還涉及一些額外費(fèi)用。破碎巖石的30-40%，有時(shí)高達(dá)50%，被遺棄在廢料堆中。物料粒度越小且硬度越低，所產(chǎn)生的廢料就越多。為了提高盈利能力，必須降低廢料量或找到這些細(xì)料的新用途。”Onnela作出了說(shuō)明。

“小于4mm的顆粒常被視為廢料，即不適用于任何用途。廢料堆越來(lái)越大，經(jīng)營(yíng)者必須支付垃圾費(fèi)。如果能夠找到細(xì)料的用途及銷路，則會(huì)各方受益。例如，在芬蘭，會(huì)將部分采石場(chǎng)廢料用于道路和庭院鋪設(shè)。”

Onnela表示，確立商業(yè)應(yīng)用在很大程度上取決于行業(yè)如何開(kāi)發(fā)和制定不同用途的機(jī)制砂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同樣重要的是，利益相關(guān)者需要深刻認(rèn)識(shí)到機(jī)制砂的卓越性，才能使機(jī)制砂得到廣泛認(rèn)可與應(yīng)用。當(dāng)然，定價(jià)需要有競(jìng)爭(zhēng)力。

“絕大多數(shù)巖石均可用于混凝土生產(chǎn)。巖石必須具有一定硬度，最大的挑戰(zhàn)之一是，云母難以清除且成本高。關(guān)鍵問(wèn)題在于：市場(chǎng)如何？是否有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)？換句話說(shuō)，能否以合理的價(jià)格大量提供機(jī)制砂？”

“天然砂與機(jī)制砂的質(zhì)量差異很大。機(jī)制砂的典型特征是質(zhì)量穩(wěn)定。使用質(zhì)量穩(wěn)定的砂通?？蓽p少水泥用量5-20%，混凝土生產(chǎn)商會(huì)從中受益。減少水泥用量還可降低CO2排放。”Onnela補(bǔ)充說(shuō)道。

Cepuritis利用一個(gè)實(shí)例闡述了這一問(wèn)題：

“引用一個(gè)挪威的案例。在這個(gè)案例中，無(wú)論是機(jī)制砂，還是天然砂，運(yùn)輸距離都很短，不到40公里。優(yōu)質(zhì)天然砂的價(jià)格為每噸80-85挪威克朗，而作為粗骨料生產(chǎn)副產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂，價(jià)格為30-35挪威克朗/噸。而且還有質(zhì)量提升的空間和投資價(jià)值。”

“增加一臺(tái)VSI反擊式破碎，生產(chǎn)成本會(huì)增加10 挪威克朗/噸；而細(xì)粒分級(jí)，還會(huì)增加10 挪威克朗/噸。產(chǎn)品的利潤(rùn)率也會(huì)隨之提高。然而，事實(shí)并非那么簡(jiǎn)單：您還需要在整體工藝開(kāi)發(fā)方面投入大量資源。機(jī)制砂生產(chǎn)商需要了解客戶需求并與之合作，開(kāi)展有別于常規(guī)骨料市場(chǎng)的全新的技術(shù)營(yíng)銷方式。這是個(gè)挑戰(zhàn)，也是個(gè)機(jī)會(huì)。”

“挪威桑內(nèi)斯地區(qū)的Velde Pukk采石場(chǎng)就是一個(gè)充分利用現(xiàn)有原材料的絕佳案例。他們?cè)诓墒瘓?chǎng)中實(shí)施巖石鉆孔、運(yùn)輸、預(yù)拌混凝土、地面鋪砂、垃圾填埋、瀝青生產(chǎn)和路面攤鋪，以及混凝土和瀝青的回收利用。”

選擇正確的技術(shù)

“機(jī)制砂的生產(chǎn)通常比天然砂的開(kāi)采復(fù)雜得多。單獨(dú)的機(jī)制砂破碎生產(chǎn)線極少見(jiàn)，通常都是與粗碎破碎生產(chǎn)線相關(guān)聯(lián)。” Cepuritis解釋說(shuō)。

“破碎廠的精確布置各不相同。生產(chǎn)工藝通常包含數(shù)個(gè)破碎段，涉及破碎、輸送、篩分與分級(jí)。”

“關(guān)于設(shè)備，所有必要技術(shù)都很成熟。美卓在這方面掌握很多知識(shí)和技術(shù)，可以為客戶提供有價(jià)值的機(jī)制砂生產(chǎn)建議。” Onnela說(shuō)。

“開(kāi)發(fā)從未停止。最大的差距在于混凝土的材料技術(shù)。到目前為止，所有教材的編纂都默認(rèn)為使用天然砂。實(shí)際上，混凝土技術(shù)人員并不了解新型機(jī)制砂材料，以及如何更好地利用這些新材料。近年來(lái)，研究成果累累，但應(yīng)用為之甚少。”

“如果您想在采石場(chǎng)開(kāi)發(fā)機(jī)制砂產(chǎn)品，就必須充分了解其制成品，比如混凝土。您不能只給最終用戶提供一個(gè)樣品，因?yàn)榭蛻暨€會(huì)以現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行樣品試驗(yàn)。在多數(shù)情況下，實(shí)驗(yàn)都會(huì)失敗。所以，您需要采用更直接的技術(shù)營(yíng)銷方式，讓客戶了解新材料的性能，并共同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。這與混凝土等摻合料的銷售方式基本相同。” Cepuritis總結(jié)道。

美卓助您應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

美卓在各種機(jī)制砂生產(chǎn)解決方案及相關(guān)設(shè)備方面擁有多年技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

粒型至關(guān)重要。破碎設(shè)備是重中之重，它關(guān)系到產(chǎn)品粒型和級(jí)配。諸如Nordberg? HP?系列和GP?系列等圓錐破碎機(jī)，可同時(shí)生產(chǎn)細(xì)骨料和粗骨料。由于破碎段更少，還能減少初期投資成本，并節(jié)約能源。

美卓HRC?高壓輥磨技術(shù)特別適用于機(jī)制砂生產(chǎn)。在正確的操作條件下，顆粒間破碎有助于產(chǎn)出立方體產(chǎn)品。

“研究表明，利用高速?zèng)_擊式破碎可生產(chǎn)出適用于各種用途的最佳終產(chǎn)品。美卓Barmac? VSI立軸沖擊式破碎機(jī)可改善物料的穩(wěn)定性和形狀，并達(dá)到近似天然砂的質(zhì)量。相比于大多數(shù)VSI破碎機(jī)采用金屬部件破碎石塊，Barmac VSI則采用石打石的破碎方式。最終產(chǎn)品的粒型越好，在混凝土、瀝青和基層混合料中發(fā)揮的性能就越高。石打石破碎和研磨作用在所有沖擊式破碎原理中可實(shí)現(xiàn)最低的噸成本。”Onnela作出說(shuō)明。

隨后，利用空氣分級(jí)機(jī)回收所需量的細(xì)顆粒和粉塵。美卓靜態(tài)空氣分級(jí)機(jī)經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能夠生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的機(jī)制砂。

“對(duì)于混凝土，有兩方面要求：首先要具有良好的攪拌性與和易性；其次要達(dá)到設(shè)計(jì)的最終抗壓強(qiáng)度。具有良好和易性的新鮮混凝土易于攤鋪在地面或進(jìn)行鑄模，且無(wú)骨料離析或泛漿。對(duì)于瀝青和功能性骨料，須滿足級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)。”

“為了達(dá)到這些要求，需要對(duì)破碎產(chǎn)品進(jìn)行篩選與分級(jí)。利用振動(dòng)篩分選出2-4mm最大粒度的砂。利用濕式加工或空氣分級(jí)機(jī)有效分級(jí)巖粉或填料。對(duì)于混凝土和瀝青砂生產(chǎn)，最適合采用空氣分級(jí)方法。如果需要，利用兩段空氣分級(jí)和混合分級(jí)的填料與砂，制成混凝土砂。在一般情況下，單段空氣分級(jí)即可滿足需要。”

“干瀝青砂是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，無(wú)需蒸發(fā)水。而蒸發(fā)水則是熱拌瀝青廠中的高能耗工藝。”