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全球沙子面临枯竭,真相是什么?

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  出品:科普中国

  制作:关鹏(辽宁省自然事务服务中心)

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  前不久,美国媒体CNBC报道了一条让很多人感到费解的消息,称目前全球正在面临沙子短缺的危机。

  紧接着,CCTV再次报道了一则新闻,称坐落在沙漠中的阿联酋,每年要从国外进口沙子,迪拜每年也要花至少4亿美元进口沙子。


  沙漠里的沙子那么多,为什么不用呢?

  多个报道提到,“沙漠的沙子颗粒非常的细小,在显微镜下可以看到,沙子由于风蚀形成而非常圆润,不能作为建筑用砂”,这个表述基本是正确的。

  但并不是因为“圆润”不适合用于建筑,而是风成砂分选性更高,粒度非常小,以至于很难承担建筑中的骨料的作用。

  一些水成砂的磨圆度可以非常高,但依然可以作为优质的建筑用砂。

  但沙漠中的沙子并非一定不能用于建筑,沙漠地区一些低矮的建筑,当地的沙子配合黏土和其他的一些充当骨料的成分,依然可以满足建设要求。


  △风的吹扬让沙漠中的沙子颗粒更细|图片来源:Pixabay.com,CC0

  砂石能否用于建筑的决定性条件在于需要具备一定粒度,且分选性不好,参差不齐恰好可以承受多种角度的力,实现骨料的抗压和抗剪。

  阿联酋之所以需要大量进口砂石,更确切的是因为其建设的建筑物设计需求大,需要理化特性更好的砂石骨料。

  成为合格的建筑用砂的标准并不高,但人类使用现代混凝土的历史仅百余年,但很多建筑物的设计使用寿命都要超过这个数。

  所以,很多建筑材料的问题是在几十年后才发现的,进而对建筑骨料的认识也一直在发展变化,要成为优质建筑用砂的要求也越来越高。

  最开始的要求仅仅是砂的粒度(细度模数)和配比,配合碎石满足建筑骨架的构建。

  但后来人们发现,建筑用砂中的含泥量和石粉含量,会影响粘合剂(主要是水泥)的效用。

  随着建筑设计需求的提高,发现砂子的材质(成砂母质),自身坚固性对建筑抗压性有很大的影响。


  △生产中用到不同粒度的砂石骨料|图片来源:作者拍摄

  在混凝土成型后的若干年后,发现碱性物质与活性成分发生化学反应,会生成膨胀物质(或吸水膨胀物质)而引起混凝土产生内部自膨胀应力而开裂,这就是混凝土的碱集料反应。

  沙漠中碱含量高,会影响建筑使用。这些原因都制约了沙漠的沙子成为优质建筑用砂,不能满足一些强度要求稍高的建筑。

  我们也不难理解为何拥有堪称蓝星建筑展览馆的迪拜、阿布扎比等城市的阿联酋需要舍近求远的满世界进口优质砂石了。

  如果家里正在装修或者对建筑行业有所了解的话,就会发现当下的砂石价格确实水涨船高,真的是砂石短缺导致价格上涨吗?

  首先可以确定的是,我们并不缺少砂石资源。

  特别是人类城市的发展特点——逐水而居,导致世界上绝大多数城市都建设在冲积平原上,既有平整的土地用于耕种和建设房屋,又可以获得足够的水源和便捷的交通,而在这些冲积平原下还有着丰富的砂石资源。

  问题出在砂石资源开采方式上。

  天然砂资源作为无风险矿种,无论是勘查还是开采都非常容易,既不需要高昂的勘查成本,资源禀赋条件几乎是肉眼可识,也不需要什么复杂的开采技术,甚至连矿山开采中几乎非常常规的炸药都不需要申请,只需要一台钩机就可以满足采掘条件(这也是天然砂盗采严重的重要原因)。


  △生产工艺简单的砂石矿山|图片来源:作者拍摄

  但成也萧何败也萧何,简单松散的赋存特点也决定了天然砂必须使用露天开采的生产方式,而且开采厚度不大,但挖掘面积大,这就造成了极大的生态成本。


  △开采面积巨大的露天砂石矿山|图片来源:作者拍摄

  当人民对生活环境和生态安全的需求迫切起来,社会经济可持续发展和循环经济成为最响亮的声音,这种环境代价巨大的天然砂产业发展必然受到管控。


  △新型砂石骨料生产全封闭的车间,极大的减少的粉尘等环境影响|图片来源:作者拍摄

  从产业角度来看,对砂石土矿山采减数减量的管控,从源头确定了合法开采砂石土矿山的数量和规模,匹配产能、产量和需求三者的关系,提高大中型矿山的比例,关停随便一挖的小矿山,留存集约化、规模化的大中型矿山。


  △满足绿色矿山建设要求的新型砂石骨料生产基地沙盘|图片来源:作者拍摄

  在国土空间管制的角度,随着新的“国土空间规划体系”建立,生态保护红线、永久基本农田和城镇开发边界三条管制区域落地,留给对环境影响巨大的矿业生产的时间不多了(大雾:空间不多了)。

  以辽宁省为例,2018年底出台了号称历史上最强的《关于深入贯彻落实新发展理念全面实施非煤矿山综合治理的意见》(辽委发〔2018〕49号)管控政策,砂石土矿山从2018年基期的1200余家,减量至2000年末的300家。

  当然这也提高了矿山生产的成本和准入门槛,但企业也因此获取了更高的收益,有能力也有愿望进行合理的编写并实施《矿产资源开发利用方案》和《矿山地质环境保护与治理恢复方案》,进行绿色矿山建设等高投入,降低生态和环境影响的生产工作,进而实现了砂石产业的供给侧调整。

  如此一来,砂石价格也出现了迅速上涨,而且引起了一些声音。

  但这种上涨是在一个合理的区间内,而且也是对生态影响的合理补偿。

  鉴于新时代中国特色社会主义可持续发展思想和十八大提出的生态文明建设,合理控制天然砂开采,逐步提升机制砂石等替代砂源利用比例,优化产销布局,加快构建区域供需平衡、价格合理、绿色环保、优质高效的砂石产业体系的矿政管理工作势在必行。


  △不同粒度的机制砂生产车间|图片来源:作者拍摄

  多部委联合发布的《关于推进机制砂石行业高质量发展的若干意见》,就是在砂石价格的上涨,市场需求仍然巨大,刺激机制砂产业兴起的的背景下出台的。

  正所谓,天然不够,机制来凑,天然砂资源被严格管控,但依然有非常多的具备制砂潜质的材料可以开发。

  除了大家想到的河道航道疏浚砂、水库库区淤积砂,甚至海砂,建筑垃圾、矿山剥离废石、矿渣和尾矿等砂石资源,在符合安全、生态环保要求的前提下也可以实现“变废为宝”。


  △铁矿山产生过程中产生的剥离废石具有巨大潜力|图片来源:作者拍摄

  因为绿色文明建设需求的提升,建筑用砂的要求也越来越高,出现了生产方式和销售价格双提升。在制砂机的卷动下,砂子也“卷”了起来!

  ps:对文中一会儿“沙子”,一会儿又用“砂子”是不是挺懵?

  通常来说,我们使用沙子作为统称,而使用“砂”则是具有工程意义,意味着对其粒度是有所要求。

  感谢中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队荆博对文章科学性的审核。


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