Песок: состав, применение и современные методы обработки

Общие сведения

Песок — естественный рассыпчатый материал из крошечных фрагментов горных пород, кораллов, ракушек и минералов. Он придаёт объём, прочность и текстуру строительным материалам (асфальт, бетон), служит декоративным элементом ландшафта и незаменим в стекольной промышленности, литье форм и абразивах (пескодув, наждачная бумага).

Исторически песок используется тысячелетиями. В 6000 г. до н.э. ранние культуры точили и полировали каменные инструменты на влажном песчанике. Первые стеклянные бусины с глазурью появились в Египте 3500–3000 гг. до н.э. при плавке песка — хотя вулканическое стекло, вероятно, было известно раньше.

В США песок для стекольной промышленности применяли с 1607 г. в колонии Джеймстаун. Устойчивая отрасль возникла в 1739 г. в Вистарбурге (Нью-Джерси) под руководством Каспара Вистара. Спрос взлетел во время I мировой войны и в 1920-х при асфальтировании дорог, а послевоенный строительный бум ещё больше увеличил потребление песка в бетоне.

Сегодня переработка песка — мультимиллиардная отрасль: от мелких местных поставщиков до высокоавтоматизированных заводов, отгружающих сотни машин в день.

Сырьё

Основные типы песка:

• Кварцевый песок — бесцветный или слегка розоватый, высокий SiO₂, для стекла и абразива (наждачка).
• Полевой шпат — розовые или янтарные оттенки, тоже богат кремнеземом.
• Чёрные пески — на Гавайях из обсидиана; другие содержат магнетит или хорнбленду.
• Коралловый песок — белый или серый, из осколков кораллов.
• Ракушечный песок — светло-коричневый, из фрагментов ракушек.
• Известняковый песок (оолит) — белые пески Мексиканского залива, из мелких зерен известняка.
• Гипсовый песок — белые пески Уайт-Сэндс (Нью-Мексико), кристаллы гипса.

Кварцевые пески с высоким SiO₂ служат основным источником кремния для полупроводников. Формовочные пески для литья металлов содержат 80–92 % SiO₂, до 15 % Al₂O₃ и 2 % Fe₂O₃ для связующей прочности.

Берг-ран песок — несортированный речной — остаётся популярным строительным и ландшафтным материалом.

Размеры частиц: 0,063–2,0 мм (0,0025–0,08 дюйма). Меньшие — суглинок, большие — гравий. В строительстве агрегаты <6,4 мм — «мелкие» (включая песок), 6,4–152 мм — «крупные».

Плотность песка 1538–1842 кг/м³, вариация зависит от влаги.

Процесс подготовки

Пять основных стадий: естественное разрушение, добыча, сортировка, промывка и при необходимости дробление.

Естественное разрушение

• Механические силы — ледники, замерзание-оттаивание, удары — ломят горный массив на блоки.
• Химическое выветривание и механическое истирание превращают блоки в зёрна.
• Зёрна переносит вода, откладываясь на берегах и пляжах; ветровой песок формирует дюны.

Добыча

• Речной песок ковшовым погрузчиком; подводные залежи — дредгами с вращающимися резами и всасывающими трубами.
• Материал транспортируют авто, ж/д, конвейером или трубопроводом на завод.

Сортировка

• На заводе материал смешивают с водой (при необходимости) и пропускают через перфорированный экран, удаляя камни, глину, ветки. Сильно связанный материал проходит через лопастной molino.
• Несколько экранов с разными ячейками (до 3×8,5 м, наклон 20–45°) сепарируют фракции. Крупнейшие остаются на верхнем экране, ниже — всё мельче.

Промывка

• Крупная фракция промывают в барабанной мойке — наклонном желобе с вращающимися лопастями, сдирающими глину.
• Среднюю фракцию могут смешивать с крупной или мелкой для заданных гранулометрических составов.
• Мелкая фракция попадает в горизонтальный классификатор-танк: тяжёлый песок оседает первым, лёгкий иль уносится и отделяется вklärifикаторе.
• Шнеки откачки поднимают песок из бункеров; песок промывают повторно для удаления остаточного ила и конвейером сваливают в кучи.

Дробление (по необходимости)

• Для заданного размера или формы вращающийся конусная дробилка дробят частицы, превышающие заданный раздел.

Контроль качества

Крупные заводы используют компьютеризированные системы управления подачей, вибрацией экранов и водопотоком, обеспечивая точные гранулометрические составы по стандартам асфальта и бетона. Процесс должен давать агрегаты с требуемой формой и размером для гарантии конструкционной прочности.

Перспективы

Регуляторное давление усиливается во всём мире. В США Армия инженеров (Federal Clean Water Act) требует лицензий на добычу песка из рек и водоёмов. Стоимость экологических экспертиз часто закрывает доступ мелким операторам. Жилая застройка рядом с заводами вызывает ограничения по шуму, пыли и грузовикам. В результате многие регионы столкнутся с ростом транспортных затрат на строительный песок и щебень в ближайшие годы.