砂

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背景

砂は、分解された岩、サンゴ、または貝殻の非常に小さな粒子からなる、緩く断片化された自然発生の物質です。砂は、アスファルトやコンクリートなどの建設資材にかさ、強度、その他の特性を提供するために使用されます。また、造園の装飾材料としても使用されます。特定の種類の砂は、ガラスの製造や金属鋳造の成形材料として使用されます。他の砂は、サンドブラストの研磨剤として、またサンドペーパーを作るために使用されます。

砂は早くも紀元前6000年に使用されました。 石を挽いて磨き、鋭利な道具やその他の物を作ります。石を湿らせた砂岩にこすりつけて、最先端を磨きました。平らな岩の上に緩い砂が散らばっていたり、砂の表面に物をこすりつけて滑らかにしたりすることもありました。ガラス釉薬を使った最初のビーズは、紀元前3、500〜3、000年にエジプトで登場しました。 ガラスは砂を溶かして作られましたが、火山活動によって形成された天然のガラスは、おそらくそれよりずっと前から知られていました。

米国では、バージニア州に短命のジェームズタウン植民地が設立され、1607年には砂がガラスの製造に使用されていました。最初の持続的なガラス製造ベンチャーは、1739年にニュージャージー州ウィスターバーグでキャスパーウィスターによって設立されました。建設目的の砂の生産は、第一次世界大戦中および1920年代を通じて、舗装道路の推進により大幅に増加しました。 1940年代後半から1950年代初頭の住宅ブームは、建物建設のためのコンクリートの使用の増加と相まって、生産をさらに押し上げました。

今日、砂の処理は数十億ドル規模のビジネスであり、砂や砂利を供給する非常に小さなプラントから、数人の地元の建築請負業者、1日あたり数百トラックの砂をさまざまな種類の砂に供給する非常に大規模で高度に自動化されたプラントにまで及びます。広い地域の顧客。

原材料

最も一般的な砂は、石英と長石の粒子で構成されています。石英砂の粒子は無色またはわずかにピンク色ですが、長石砂はピンク色または琥珀色です。ハワイで見られるような黒い砂は、火山活動によって形成された黒曜石の粒子で構成されています。他の黒砂には、磁鉄鉱や普通角閃石などの材料が含まれます。珊瑚の砂は白または灰色で、殻の破片が壊れた砂は通常薄茶色です。メキシコ湾の白い砂浜は、ギリシャ語で卵石を意味する魚卵石と呼ばれる石灰岩の滑らかな粒子でできています。ニューメキシコ州ホワイトサンズの白い砂は、石膏の結晶でできています。通常、石膏は雨水で溶けますが、ホワイトサンズ周辺は乾燥しているため、結晶が生き残り、起伏のある砂丘を形成します。

シリカ含有量の高い石英砂を使用してガラスを製造しています。石英砂を粉砕すると、鋭く角張ったエッジの粒子が生成され、木材を滑らかにするためのサンドペーパーを作成するために使用されることがあります。一部の石英砂は砂岩の形で見られます。砂岩は、圧力下で形成され、炭酸カルシウムなどのセメント材料によって一緒に保持された砂粒子で構成される堆積岩のような材料です。いくつかの砂岩は、ほぼ純粋な石英粒子で構成されており、マイクロプロセッサ用の半導体シリコンチップの製造に使用されるシリコンの供給源です。

鋳物砂、または鋳物砂は、金属鋳造に使用されます。それらは、約80％〜92％のシリカ、最大15％のアルミナ、および 2％で構成されています。 酸化鉄。アルミナ含有量は、モールドキャビティの形状を保持するために必要な適切な結合特性を鋳物砂に与えます。

川の土手からすくい上げられ、洗浄も選別もされていない砂は取り付け騒ぎと呼ばれます。それは一般的な建設および造園で使用されます。

砂粒子のサイズの定義はさまざまですが、一般に、砂には直径が約0.0025〜0.08インチ（0.063〜2.0 mm）の粒子が含まれています。これよりも小さい粒子はシルトとして分類されます。大きな粒子は、サイズに応じて、顆粒または砂利のいずれかになります。建設業では、粒子が0.25インチ（6.4 mm）未満の骨材はすべて細骨材に分類されます。これには砂が含まれます。 0.25インチ（6.4 mm）から約6.0インチ（15.2 cm）までの粒子を含む材料は、粗骨材として分類されます。

砂の密度は1立方ヤードあたり2,600〜3,100ポンド（1立方メートルあたり1,538〜1,842 kg）です。砂粒子の間に閉じ込められた含水量は、密度を大幅に変化させる可能性があります。

製造
プロセス

砂の準備は、自然分解、抽出、選別、洗浄、場合によっては破砕という5つの基本的なプロセスで構成されます。最初のプロセスである自然分解には、通常、数百万年かかります。他のプロセスはかなり短い時間で済みます。

処理プラントは、輸送コストを最小限に抑えるために、材料の自然堆積物のすぐ近くに配置されています。植物が砂丘またはビーチの隣にある場合、植物は砂のみを処理できます。川床の隣にある場合、2つの材料が混ざり合うことが多いため、通常は砂と砂利の両方を処理します。ほとんどのプラントは静止しており、何十年も同じ場所で稼働する可能性があります。一部の植物は移動可能であり、採石場に牽引するために別々のコンポーネントに分割することができます。移動式プラントは、近くに固定プラントがない遠隔建設プロジェクトに使用されます。

加工工場の能力は、完成品の1時間あたりの生産量で測定されます。静止した植物は1時間あたり数千トンを生産することができます。移動式プラントはより小さく、その出力は通常1時間あたり50〜500トン（50.8〜508メートルトン）の範囲です。

多くの場所で、アスファルト製造プラントまたは生コン工場が砂利プラントと同じ場所で稼働しています。そのような場合、砂と砂利の排出量の多くは、アスファルトとコンクリートプラントの備蓄に直接運ばれます。

次の手順は、建設目的で砂や砂利を処理するために一般的に使用されます。

自然分解

• 1固い岩は、氷河の動き、凍結中の亀裂内の水の膨張、岩同士の落下の衝撃などの自然の機械的力によって塊に分解されます。
• 2岩の塊は、植物や雨の化学的作用と機械的衝撃の組み合わせによってさらに粒子に分解されます。これは、次第に小さくなる粒子が風や水によって運ばれ、摩耗するためです。
• 3岩の粒が水路に運ばれると、一部は土手に沿って堆積し、その他は最終的に海に到達し、そこでサンゴや貝殻の破片と結合してビーチを形成する場合があります。風で運ばれる砂が砂丘を形成することがあります。

抽出

• 4砂の抽出は、フロントローダーと呼ばれるゴムタイヤ式の車両で川岸から砂をすくい上げるのと同じくらい簡単です。一部の砂は、浮き浚渫を使用して水中から掘削されます。これらの浚渫船は、砂の堆積物を緩めるための回転カッターヘッドと砂を吸い上げるためのサクションパイプを備えた長いブームを備えています。
• 5フロントローダーで砂を抽出した場合は、トラックや電車に捨てるか、コンベヤーベルトに載せて近くの加工工場に運びます。砂が浚渫で水中から抽出される場合、砂と水のスラリーはパイプラインを介してプラントにポンプで送られます。

並べ替え

• 6処理プラントでは、流入する材料は、スラリーの一部としてまだ混合されていない場合、最初に水と混合され、フィーダーの大きな穴あきスクリーンから排出されて、岩、粘土の塊を分離します。スティック、その他の異物。材料が粘土や土と強く結合している場合は、ブレードミルを通過して小さな塊に分割される可能性があります。
• 7次に、材料は、サイズに応じて粒子を分離するために、異なる穴の直径または開口部を持ついくつかの/穴あきスクリーンまたはプレートを通過します。スクリーンまたはプレートは、幅が最大10フィート（3.1 m）、長さが最大28フィート（8.5 m）で、水平から約20〜45度の角度で傾斜しています。それらは振動して、各レベルに閉じ込められた材料がスクリーンの端から離れて別々のコンベヤーベルトに移動できるようにします。最大の穴がある最も粗いスクリーンが上にあり、下のスクリーンには徐々に小さな穴があります。

洗濯

• 8最も粗いスクリーンから外れた材料は、さらにスクリーニングされる前にログウォッシャーで洗浄されます。この機器の名前は、砂と砂利で満たされた回転ドラムの中に短い長さの木製の丸太を入れて、こすり洗い動作に追加するという初期の慣習に由来しています。最新の丸太ワッシャーは、わずかに傾斜した水平トラフと、トラフの軸に沿って走るシャフトに取り付けられたゆっくりと回転するブレードで構成されています。ブレードは、材料がトラフを通過するときに材料をかき回して、残っている粘土や柔らかい土を取り除きます。大きな砂利粒子は分離され、さまざまなサイズに選別されますが、砂利に付着していた小さな砂粒子は持ち帰られ、流入する物質の流れに追加される可能性があります。
• 9中間スクリーンから出てきた材料は、保管して、粗い砂利または細かい砂のいずれかとブレンドして、さまざまな骨材混合物を作ることができます。
• 10最高級のスクリーンを通過する水と材料は、水平の砂分類タンクにポンプで送られます。混合物がタンクの一方の端からもう一方の端に流れると、砂は底に沈み、一連のビンに閉じ込められます。大きくて重い砂の粒子が最初に脱落し、次に徐々に小さい砂の粒子が脱落し、軽いシルト粒子が水の流れの中で運び去られます。次に、水とシルトは分類タンクからポンプで排出され、クラリファイアを通過してシルトが底に沈み、除去されます。澄んだ水はフィーダーに再循環され、再び使用されます。
• 11砂は、傾斜したシリンダーの内側をゆっくりと上に移動する回転脱水スクリューを使用して、分類タンクの底にあるビンから除去されます。次に、サイズの異なる砂を再度洗浄して残っているシルトを取り除き、コンベヤーベルトで保管のために備蓄に運びます。

粉砕

• 12一部の砂は、自然には利用できない特定のサイズまたは形状を生成するために粉砕されます。破砕機は、砂が非常に短い距離で隔てられた上部回転コーンと下部固定コーンの間に落ちる回転コーンタイプであり得る。この分離距離よりも大きい粒子は重金属コーン間で押しつぶされ、結果として生じる粒子は底から落下します。

品質管理

ほとんどの大規模な骨材処理プラントは、コンピューターを使用して資材の流れを制御します。流入する材料の供給速度、選別スクリーンの振動速度、および砂分類タンクを通過する水の流量はすべて、完成品の比率を決定するため、監視および制御する必要があります。アスファルトとコンクリートの混合物の多くの仕様では、骨材のサイズと形状を一定に分布させる必要があり、骨材の生産者は 砂の準備は、自然分解、抽出、選別、洗浄、場合によっては5つの基本的なプロセスで構成されます。粉砕。砂は、浮き浚渫またはフロントローダーのいずれかによって発生した場所から抽出されます。浚渫船はパイプラインを介して砂と水のスラリーを処理プラントに送りますが、フロントローダーは砂をすくい上げてトラックまたはコンベヤーベルトに運び、プラントに輸送します。砂は、さまざまなサイズの粒子を分離する一連のスクリーンで分類されます。砂は洗浄され、小さい粒子は砂分類タンクに送られ、そこで粒子はさらに分離されます。より小さな粒子が必要な場合、一部の粒子は粉砕される可能性があります。砂と砂利がこれらの仕様を満たしていることを確認してください。

未来

多くの地域での砂と砂利の生産は、ますます厳しくなる制限の下に置かれています。連邦水質浄化法に基づいて運営されている米国陸軍工兵隊は、河川、小川、その他の水路からの砂の採掘を許可する必要があります。これらの許可を取得するために必要な特別な研究の費用は、多くの場合、中小企業が事業を継続することを可能にするには高すぎる。また、既存の骨材加工工場周辺の住宅開発により、騒音、粉塵、トラックの通行が制限されている場合もあります。特定の地域におけるこれらの制限の全体的な結果は、建設に使用される砂と砂利は、将来、大幅に増加したコストで地域外から輸送されなければならないということです。