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砂子不夠用了

砂子——這種毫不起眼、遍地都是的東西——據說不夠用了?

這是真的。

今年以來,湖北省境內,高鐵、機場、高速公路等重點工程因砂石斷供導致停工,居民裝修買砂甚至要到村委會開證明。

湖北26個在建高速公路碎石、黃砂缺口高達3700萬噸,增加成本約50億元,工期延遲15%。

在江西上饒余干縣,為防止砂石資源外流,縣界各主要干道設立了檢查站,發現一起,查處一起。

在重慶市城口縣,500萬噸砂石需求,市場供給僅160萬噸左右,缺口超過60%。

據福建省相關部門測算,2019至2021年全省年均建設用砂預測約1.1億立方米,缺口達75%。

……

供需矛盾帶來了價格暴漲。

從去年下半年以來,砂子、石子等建筑砂進入了瘋狂上漲的一年,部分地區砂石價格漲幅近100%。廣東、福建、浙江、江蘇、海南等沿海地區已開始“進口河砂”。

不僅是在中國,砂子短缺已成為一個全球性問題。

《自然》雜志日前就發布消息稱,全球的砂子已經不夠用了!

英國礦物產品協會預計,全球對于砂子的需求將會以每年5.5%的速度增長。如果利用不加以節制,砂子早晚會成為稀缺品。

說到這有人要問了,撒哈拉、塔克拉瑪干,這些大沙漠不有的是砂子嗎?海灘上的砂子也數不勝數,怎么突然就稀缺了?

今天,庫叔就來好好講講。

1

小小砂子,如此重要?

很多人覺得,砂子不夠用就不夠用嘛,沒啥大事。

地方政府可不這么想,面對砂子供應的嚴峻形勢,湖北、福建、海南等多地已專門出臺文件,保障建設用砂。

湖北省出臺的《關于加強重大項目建設砂石料供應保障有關事項的通知》提出,正確把握保護和發展的關系;進一步科學編制、修訂河道采砂規劃;增加合法許可區采砂采石供給規模;避免“一刀切”簡單工作法;加大重大項目砂石供應保障;切實做好廢棄砂石綜合利用;積極開拓新砂源;建立部門協同聯動機制等13條舉措。

福建省則由省住建廳等八部門牽頭,出臺《關于福建省保障建設用砂規范發展展指導意見》,明確開展機制砂替代,科學利用河砂,鼓勵資源回收利用。

從小司空見慣的沙子,怎么搞成這樣了?

原來,砂子是人類一種非常古老的建筑材料,也是現代文明的基礎。

古埃及人用砂子建造了金字塔。美索不達米亞人用它制作了最初的玻璃。

在中國,18世紀從西方引入水泥之前的漫漫數千年期間,我們的老祖宗用砂子、石灰、小石子混合蓋房屋、修城墻,甚至建萬里長城。

作為被應用廣度僅次于水、位居第二的自然資源,砂子是一種廉價但使用量極大的原料,采集量比化石燃料還要多。

2013年,加拿大歷史學家瓦科拉夫·斯米爾在其著作《現代世界:材料和非物質化》中就聲稱:“在我們的文明中,最重要的物質是水泥?!倍白佑质撬嗟幕A,目前建筑業是砂子消耗最大的行業。

在混凝土中,砂子能同水泥分子相結合,增加水泥分子的擴散面積,形成水泥漿后,增強水泥的水化作用。在水泥水化過程中,砂子能有效地降低水泥水化熱,抑制水泥因物理、化學反應體積變化時裂縫的產生。砂子還能填充石子顆粒間的空隙,起到骨架作用,提高混凝土的密實性和強度,并可有效地節省水泥。砂子還可在膨脹土、冰凍土等不良土層中充當墊層,起到保護作用。

除了眾所周知的建筑用途,砂子還用來制造玻璃,玻璃器皿和手機屏都需要熔化砂子制成的玻璃;沙子還用在自來水廠、排污系統和泳池的過濾系統;沙子還是牙膏中作為硅磨料的原材料;沙子更是硅材料的重要來源——工業領域用碳和二氧化硅在高溫下反應制取硅,然后用來生產太陽能電池、集成電路芯片等。

開采石油也要用到沙子。近年來受到追捧的水力壓裂法是開采頁巖油氣時所使用的一種鉆井技術,主要目標是讓油氣井增產。原理就是利用地面高壓泵,將大量化學物質摻雜水、砂子、石子制成壓裂液,再灌進巖石深處并壓裂巖石,最終釋放出石油或天然氣。

可以說,砂子是現代生產不可或缺的資源。

2

沙漠那么大,砂子不夠用?

砂子用了幾千年沒碰到什么危機,為什么突然就不夠用了?

一言以蔽之:用得多,來源少。

基建與工業消耗在增加

近年來,大量的基建是造成砂子需求暴增的主要原因,鐵路、公路、工廠等基礎設施的建設都離不開這種材料。

2012年,法國導演丹尼斯·德斯特拉克制作了一部名為《沙戰》的紀錄片,給出了驚人的數據:

建造一座100平米的三層普通住宅需要200噸砂子,造一所醫院所需的砂子量為3000噸,建1公里高速公路所需的砂子量是3萬噸,造一座核電站所需的砂子量是1200萬噸。

有研究顯示,中國在過去幾年中所用掉的砂子總量,已經超過了美國上世紀100年中的砂子消耗量。聯合國商品貿易數據庫的統計,中國占據了全球砂子進口總量的五分之一。

對于砂子的消耗,遠不止建筑業,在玻璃制造、太陽能光伏、集成電路、開采石油、頁巖氣等多個工業領域都會產生對砂子的大量消耗。

2014年,聯合國環境規劃署曾發布《砂子,比你想象的更稀缺》報告,估計全球每年有超過400億噸的砂子和礫石(顆粒稍大的砂子)被開采出來。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。

而隨著全球人口增加及城市化的發展,砂子資源的需求量不斷提升,目前每年會用到320億噸到500億噸砂子。

填海造陸,也消耗大量砂子

新加坡的國土,從1819年的578平方公里,到今天的719平方公里,生生增加了大約25%的國土面積,而這新增的141平方公里新加坡國土就是用砂石骨料“填”出來的。

新加坡砂石主要從馬來西亞進口。根據聯合國商品貿易統計數據庫(UN Comtrade)資料顯示:新加坡去年從馬國進口的砂子有5900萬噸,成本為3.47億美元(約合人民幣24億元),占新加坡去年砂子進口總量的97%,也占馬來西亞去年出口砂子總量的95%。

挖砂嚴重影響生態環境,而新加坡的需求又如此巨大,以至于柬埔寨、馬來西亞等國紛紛限制砂子出口到新加坡。

美國大范圍開采頁巖油氣,也是耗“砂”大戶。

近年來,美國大力推廣水力壓裂法來開采石油、天然氣,通過這種新的開采方法,實現了油氣資源開采的爆炸性增長。

前文中也提到,這項逆天的技術有一個必需品就是砂子,需要將水、砂子和化學品灌入水平鉆井,壓入巖層,從而提取石油或天然氣。從2011至2014年,水力壓裂中砂的需求翻了一番,從2400萬噸增長到了5900萬噸。

目前砂子、礫石的開采速度已經超過了自然恢復速度,預計到本世紀中葉,需求量就會超過供給量。

《自然》雜志認為,砂子資源比想象中更早出現短缺,是因為人類并沒有準確統計過砂子的開采量。

在許多國家,采砂是不受管制的。砂子開采方法,從挖泥船和抽吸泵,到用鏟子和徒手挖掘,多種多樣。在需求最大的發展中國家,采砂行業大多是小型、非正規的,很難監測和控制。然而由于國際砂土貿易數據庫過于粗糙,科學家目前還不清楚有多少砂從河流中被開采,因此無法追蹤其可持續性。

3

這種砂子,真用不了

很多人怎么都不相信砂子會短缺,因為,沙漠占到了地球上陸地表面積的20%,沙漠里面不有的是砂子嗎?海灘上的砂子也是數不勝數。

但事實上,“自然界的砂子多得是=作為資源的砂子不短缺”,這種論斷是錯的。

看個例子。

中東的阿聯酋,就在沙漠邊吧?而根據聯合國的數據,其在2014年進口了價值4.56億美元的砂子。

為什么?

首先,沙漠的砂太細。

一般來說,建筑用砂直徑比較大,一般在1-3毫米左右。建筑業需要的砂子,截面要盡量圓,近似于圓形的砂粒各方向受力才合理。而沙漠砂直徑很小,一般在0.25毫米以下,也沒有混合水泥和瀝青所需的足夠碎裂面,不符合建筑要求。

此外,沙漠的砂,其中黏土的含量通常比較高,還含有鈣鹽。如果用于混凝土的話,這些黏土成分會大大降低混凝土的強度。

還有,沙漠中的砂子是在干燥的環境中形成的,堿含量過高,腐蝕性較大,這也是最致命的缺點。

同樣,由于氯離子含量超標會造成鋼筋銹蝕,給建設工程質量和結構安全帶來隱患,海砂也不能用于工程建設。

2018年10月,住房城鄉建設部等8個部、局專門出臺了《關于加強海砂開采運輸銷售使用管理工作的通知》。

通知明確要求,違法違規使用海砂,將會嚴重威脅人民群眾生命財產安全。工程竣工驗收資料必須包含混凝土氯離子含量檢測合格的證明文件。

那么,能夠供人類所用的砂子從何而來呢?

工業使用的砂子主要來自河流,但河流面積只占地球面積的1%。

某種程度上,砂子如同煤、石油、天然氣一樣,形成需要花費很長時間,短時間內是不可再生的。

河流、風,在自然界中打磨石塊、剝離山體,經過成百上千年的風化和侵蝕而分解,形成巖石。巖石經歷數千公里的路程,沿著河流移動,并在沿途中不斷地碰撞,變成更小的巖石,磨圓了棱角,改變了形狀,沉積在河道中,成為能夠被人類所使用的砂子,整個過程非常漫長。

而近現代以來,各江河干流的大壩建設大幅減少了河砂的下泄總量。

河流修建大壩后,上游來水中挾帶的泥砂多沉積在水庫之中,大量的河砂沉淀在水庫的死庫容以下,無法沖刷出來?!咀ⅲ核缼烊?,指水庫在正常運用情況下,允許消落到的最低水位以下的庫容?!?/p>

以湖北省十堰市為例,十堰市城區建筑用砂主要來源于漢江鄖縣段的河砂。如今,漢江上游層層攔壩,下泄水含砂量逐年減少,在自然力沖擊下,河水中的河砂含量日漸稀少,相對應的自然是下游河床的河砂逐年降低,這是河砂總量減少的總要源頭原因。

下游河砂禁采

砂子開采一般都會瞄準水生生態系統,如果不合理布局,除了破壞砂子資源,還會帶來嚴重的生態環境問題。

無序采砂,使河床深度下切,入滲加重,枯季水位下降,水量變少,水面變窄,會破壞生物賴以生存的環境。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境水文專家賴錫軍表示:“砂石開采已經大大降低了鄱陽湖的水位,尤其是在冬季?!?/p>

面對采砂產生的負面環境影響,1988年國務院就出臺了《中華人民共和國河道管理條例》。近年來,有關部門在全國范圍內加強整治。2018年7月,水利部辦公廳發布《關于開展全國河湖采砂專項整治行動的通知》,實施河湖采砂專項整治行動。

采砂業在全國范圍內迎來整治風暴,多地政府發文,明確禁止一切采砂行為。據不完全統計,禁止和限制采砂的省直轄市已經超過20個,地級市近200個,縣級市千余個。

長期看,加強河砂開采管理,是利國利民的好事,但是受部分地區“一刀切”禁采政策影響,砂石企業出現大批關停,成為砂子供應緊缺的因素之一。

市場流通梗阻

廣東、湖北、江西等地頻頻出現砂石統一由某一企業供應,人為控制供應價格和供應總量的現象,使出貨量在需求端更加減少。

部分控制砂石料資源、碼頭資源、物流運輸資源的主體,也會采用囤積居奇、漫天要價的方式,不斷炒高砂價,進一步加劇了砂短缺的局面。

此外,今年受淮河流域降雨偏少影響,京杭運河砂石運輸嚴重受阻,也導致全國砂石供需形勢緊張。

4

開源節流,精打細算吧

越來越多的人意識到砂危機的存在,是時候考慮謹慎使用砂子,開源節流,并著手尋找其替代品了??!

增加供應成為當務之急。

湖北、福建等地都在砂資源保障中提到,堵住盜挖亂采“口子”的同時,科學有序開“正門”,為市場提供合法砂源。避免“一刀切”簡單工作法,實行精準、分類施策。

業內專家則建議,可研究利用三峽水庫清淤砂,研究增加長江上游采砂量的可行性;完善支流、湖泊的采砂規劃,長江流域采砂形成“一盤棋”格局。比如,荊南四河河道是逐步淤塞形成的,洞庭湖多年平均淤砂量達到了1億噸,這些砂源都應該得到合理有序利用。

此外,工業化生產機制砂將是未來保障砂子供應必不可少的選擇。

所謂人造砂,即通過機械設備,工程化地生產砂子。

具體的辦法是,通過機械設備,將大石塊敲打成小塊,然后研磨成碎顆粒。機械化生成的一個優勢是,可以根據不同需求,加工成不同規則和大小的砂子。機械化生產的砂子,由于采用機器破碎,所以產出來的形狀不規則,而且表面積比較大,粘結面積也會比較大,質地非常堅硬,粘接性能也很好。

說干就干!

2018年,鐵路總公司就已經開始對機制砂混凝土運用于高鐵箱梁進行試驗。

2019年8月21日,浙江省交通廳出臺《浙江省交通工程建設項目應用推廣機制砂若干意見》加強交通工程建設項目機制砂應用推廣。

2019年,福建省推動規?;瘷C制砂項目落地,新增機制砂年產能1500萬立方米;到2021年,累計新增機制砂年產能7000萬立方米,實現全省建設用砂供需基本平衡。

……

機械制砂是可選的一條替代路徑。當然,由于機制砂石生產過程中,環保、設備、運輸等方面資金投入較大,雖然能增加市場供應,一定程度緩解短缺問題,但成本帶來的價格攀升,依然是一大難題。此外,由于過去大量工程技術標準都是以河砂的性能指標為基礎,替換成機制砂以后,還需要做大量的工程試驗,尤其是在應用于重大工程項目前需要做充分的試驗和論證。

所以,要走這條替代之路還需要大量鋪墊。

此外,除了機制砂,碎石、工業礦渣、回收塑料等,在一定程度也能夠替代砂子,但尚未形成規模。

微小的砂子帶來了全球的危機,未來怎么辦

洗砂機設備洗沙機www.dongweijixie.com依靠全人類的共同努力和智慧了。凡事都要精簡節約,大手大腳,沙子也會用完的......


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