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。砂漠的砂子是由風化形成的，太過細膩和光滑，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口砂子——迪拜的哈利法塔，這個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準，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化形成的，太過細膩和光滑，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，砂子進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，進口砂子成為不二之選。

  2013年，加拿大歷史學家瓦科拉夫·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。”而砂子又是水泥的基礎(chǔ)，目前建筑業(yè)是砂子消耗最大的行業(yè)。2012年，法國導演丹尼斯·德斯特拉克制作了一部名為“砂戰(zhàn)”（Sand War）的紀錄片，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、計算機芯片、智能手機、個人電腦等科技產(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。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，冬天的風暴會把砂子吹到海面上，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，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（IPCC）對地球溫室效應(yīng)給社會帶來的影響進行了評估，若溫室效應(yīng)持續(xù)，日本許多砂灘將會因海平面的上升而消失。

  然而，這場全球危機的嚴重程度被掩蓋了，所謂的“海灘營養(yǎng)項目”和“人工育灘”計劃試圖在夏季人們返回的時候，把砂子固定在原地，并修復受損的土地，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，都會造成嚴重的海岸侵蝕，還會對河流、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，都會隨時間的推進一一展現(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。

  英國斯旺西大學生態(tài)學家理查德·安斯沃思與同事在一篇發(fā)表于《整體環(huán)境科學》上的文章中，研究了采砂導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)生的沉淀物會阻礙海草的光合作用，而以海草為食的物種，又可能進一步因為海草的減少而受到威脅。

  砂子對于地下水的補給也很重要，在河床上它是流動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，非法的挖砂就相當于搶劫水資源。砂子含有大量的水，當它被盲目地開采并裝載到卡車上時，大量的水會在運輸過程中丟失。

  在中國，挖砂造成的生態(tài)影響也受到了學界關(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，每年這里會迎來數(shù)十個遷徙物種，包括四千多只幸存的西伯利亞鶴。21世紀初以來，因長江中游地區(qū)的采砂活動迅速擴大等原因，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》的報道中，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會。當湖底的泥土干燥變硬的時候，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因“拔不動”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，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)國之一柬埔寨出臺政策，永久禁止砂子出口。斷了糧的新加坡為了應(yīng)對不斷增加的人口對基礎(chǔ)設(shè)施的需求，也計劃嘗試采用較少砂子的填海技術(shù)。

  砂子的替代材料——機制砂逐漸被推上市場。模擬砂子的形成過程，通過機械，巖石被加工成不同規(guī)格和大小的機制砂，目前在橋梁、機場和高速公路等大型設(shè)施建筑上使用較多。不過，如何降低機制砂的含泥量還有待進一步研究。

  回收砂子也被看好，建筑和采石場的塵埃材料，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)計出了酒瓶變砂子的炫酷回收機，將玻璃瓶子投入回收機后，激光啟動一個快速旋轉(zhuǎn)的切割鋼錘，切割鋼錘將玻璃碎成渣子，雙重真空系統(tǒng)就會除去渣子中的二氧化硅粉塵和塑料標簽，產(chǎn)生200克的砂子替代品。

  除此之外，提高建筑標準，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。

  “你是風兒我是砂，纏纏綿綿繞天涯......”不管砂兒是不是被風兒吹走的，砂子們可能要集體去浪跡天涯。學會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地從我們的手指中溜走。  

  相關(guān)知識：

  機制砂是指通過制砂機和其它附屬設(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。機制砂要有專業(yè)的設(shè)備才能制出合格適用的砂石。

  機制砂生產(chǎn)線有振動給料機、顎式破碎機、制砂機、振動篩和膠制砂生產(chǎn)線

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

  1、堅固性與耐久性試驗。機制砂的堅固性能比河砂稍差，但仍然達到GB/T 141684293標準的優(yōu)等品指標，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與石粉含量。

  2、機制砂石粉含量對水泥拌合物性能的影響。通過水泥的試驗、砂漿試驗、混凝土試驗，用機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)物和運輸?shù)纫蛩乜紤]。但對混凝土的強度基本不變；用機制砂配制泵送混凝土等特種混凝土時，注意砂率不宜過高，防止降低混凝土強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)劣對整個工程的質(zhì)量及耐久性具有舉足輕重的影響。在滿足用砂性能指標的前提下，選用經(jīng)濟可行的方案，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)，使用反擊式高效細碎機或沖擊式破碎機制造優(yōu)質(zhì)機制砂進行混凝土施工生產(chǎn)不僅是可行的，其綜合效益也是顯著的。同時在機制砂使用中，也可以進行建筑材料學科方面的研究試驗、積累經(jīng)驗，為學科的發(fā)展奠定基石。

  機制砂石生產(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，重要的是有先進設(shè)備和政策引導。因此，為了進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、要加強尾礦綜合利用技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)先進技術(shù)、先進設(shè)備、先進工藝，加快研究成果轉(zhuǎn)化；

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

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

  機制砂標準

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

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

  混合砂：由機制砂與特細砂混合而成的砂。

  機制砂混凝土：用機制砂作為細骨料配制的混凝土。

  混合砂混凝土：用混合砂作為細骨料配制的混凝土。

  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。