Zand

Achtergrond

Zand is een los, gefragmenteerd, natuurlijk voorkomend materiaal dat bestaat uit zeer kleine deeltjes van ontbonden rotsen, koralen of schelpen. Zand wordt gebruikt om bulk, sterkte en andere eigenschappen te geven aan bouwmaterialen zoals asfalt en beton. Het wordt ook gebruikt als decoratief materiaal in landschapsarchitectuur. Specifieke soorten zand worden gebruikt bij de vervaardiging van glas en als vormmateriaal voor het gieten van metaal. Ander zand wordt gebruikt als schuurmiddel bij zandstralen en om schuurpapier te maken.

Al in 6000 v. Chr. werd zand gebruikt. om stenen te slijpen en te polijsten om geslepen gereedschappen en andere voorwerpen te maken. De stenen werden gewreven op een stuk bevochtigde zandsteen om de snijkant te slijpen. In sommige gevallen werd los zand op een platte rots gestrooid en werden voorwerpen tegen het zandige oppervlak gewreven om ze glad te maken. De eerste kralen met een glasglazuur verschenen in Egypte rond 3.500-3.000 v. Chr. Het glas werd gemaakt door het smelten van zand, hoewel natuurlijk voorkomend glas, gevormd door vulkanische activiteit, waarschijnlijk al lang voor die tijd bekend was.

In de Verenigde Staten werd al in 1607 zand gebruikt om glas te produceren met de oprichting van de kortstondige Jamestown-kolonie in Virginia. De eerste duurzame onderneming voor het maken van glas werd opgericht in 1739 in Wistarburgh, New Jersey, door Caspar Wistar. De productie van zand voor bouwdoeleinden groeide aanzienlijk met de drang naar verharde wegen tijdens de Eerste Wereldoorlog en door de jaren 1920. De huizenhausse van de late jaren 1940 en vroege jaren 1950, in combinatie met het toegenomen gebruik van beton voor de bouw, zorgde voor een nieuwe impuls in de productie.

Tegenwoordig is de verwerking van zand een miljardenbedrijf met activiteiten variërend van zeer kleine fabrieken die zand en grind leveren aan een paar lokale aannemers tot zeer grote, sterk geautomatiseerde fabrieken die honderden vrachtwagenladingen zand per dag leveren aan een breed scala aan klanten over een groot gebied.

Grondstoffen

Het meest voorkomende zand bestaat uit deeltjes kwarts en veldspaat. Kwartszanddeeltjes zijn kleurloos of lichtroze, terwijl veldspaatzand roze of amberkleurig is. Zwart zand, zoals dat op Hawaï wordt gevonden, bestaat uit deeltjes obsidiaan gevormd door vulkanische activiteit. Andere zwarte zanden omvatten materialen zoals magnetiet en homblende. Koraalzand is wit of grijs en zand dat bestaat uit gebroken schelpfragmenten is meestal lichtbruin. Het witte zand aan de Golf van Mexico is gemaakt van gladde deeltjes kalksteen, bekend als ooliet, afgeleid van het Griekse woord dat eiersteen betekent. Het witte zand van White Sands, New Mexico, is gemaakt van gipskristallen. Gewoonlijk wordt gips opgelost door regenwater, maar het gebied rond White Sands is zo droog dat de kristallen overleven om golvende duinen te vormen.

Kwartszand, dat een hoog silicagehalte heeft, wordt gebruikt om glas te maken. Wanneer kwartszand wordt geplet, produceren ze deeltjes met scherpe, hoekige randen die soms worden gebruikt om schuurpapier te maken voor het gladmaken van hout. Wat kwartszand wordt gevonden in de vorm van zandsteen. Zandsteen is een sedimentair, rotsachtig materiaal dat onder druk wordt gevormd en bestaat uit zanddeeltjes die bij elkaar worden gehouden door een cementerend materiaal zoals calciumcarbonaat. Een paar zandstenen zijn samengesteld uit bijna zuivere kwartsdeeltjes en vormen de bron van het silicium dat wordt gebruikt om halfgeleidersiliciumchips voor microprocessors te maken.

Vormzand of gietzand wordt gebruikt voor het gieten van metaal. Ze zijn samengesteld uit ongeveer 80% -92% silica, tot 15% aluminiumoxide en 2% ijzeroxide. Het aluminiumoxidegehalte geeft het vormzand de juiste bindende eigenschappen die nodig zijn om de vorm van de vormholte te behouden.

Zand dat van de oever van een rivier wordt opgeschept en op geen enkele manier wordt gewassen of gesorteerd, wordt oeverzand genoemd. Het wordt gebruikt in de algemene bouw en landschapsarchitectuur.

De definitie van de grootte van zanddeeltjes varieert, maar in het algemeen bevat zand deeltjes met een diameter van ongeveer 0,0025-0,08 inch (0,063-2,0 mm). Deeltjes kleiner dan dit worden geclassificeerd als slib. Grotere deeltjes zijn korrels of grind, afhankelijk van hun grootte. In de bouwsector worden alle toeslagmaterialen met deeltjes kleiner dan 0,25 inch (6,4 mm) geclassificeerd als fijne toeslagstoffen. Dit is inclusief zand. Materialen met deeltjes van 0,25 inch (6,4 mm) tot ongeveer 6,0 inch (15,2 cm) worden geclassificeerd als grove aggregaten.

Zand heeft een dichtheid van 2.600-3.100 lb per kubieke yard (1.538-1.842 kg per kubieke meter). Het opgesloten watergehalte tussen de zanddeeltjes kan ervoor zorgen dat de dichtheid aanzienlijk varieert.

Het fabricageproces

De voorbereiding van zand bestaat uit vijf basisprocessen:natuurlijke afbraak, extractie, sorteren, wassen en in sommige gevallen breken. Het eerste proces, natuurlijke ontbinding, duurt meestal miljoenen jaren. De overige processen nemen aanzienlijk minder tijd in beslag.

De verwerkingsfabriek bevindt zich in de directe omgeving van de natuurlijke materiaalafzetting om de transportkosten te minimaliseren. Staat de plant naast een zandduin of strand, dan mag de plant alleen zand verwerken. Als het zich naast een rivierbedding bevindt, zal het meestal zowel zand als grind verwerken, omdat de twee materialen vaak vermengd zijn. De meeste fabrieken staan ​​stil en kunnen tientallen jaren op dezelfde locatie werken. Sommige installaties zijn mobiel en kunnen in afzonderlijke onderdelen worden opgedeeld om naar de steengroeve te worden gesleept. Mobiele installaties worden gebruikt voor afgelegen bouwprojecten, waar geen stationaire installaties in de buurt zijn.

De capaciteit van de verwerkingsfabriek wordt gemeten in tonnen per uur output van het eindproduct. Stationaire installaties kunnen enkele duizenden tonnen per uur produceren. Mobiele installaties zijn kleiner en hun productie ligt gewoonlijk in het bereik van 50-500 ton (50,8-508 metrische ton) per uur.

Op veel locaties is op hetzelfde terrein als de zand- en grindfabriek een asfaltfabriek of een stortklaar betonfabriek in bedrijf. In die gevallen wordt een groot deel van de output van zand en grind rechtstreeks naar de voorraden voor de asfalt- en betoncentrales getransporteerd.

De volgende stappen worden vaak gebruikt om zand en grind te verwerken voor bouwdoeleinden.

Natuurlijke ontbinding

• 1 Vast gesteente wordt in brokken afgebroken door natuurlijke mechanische krachten zoals de beweging van gletsjers, het uitzetten van water in scheuren tijdens bevriezing en de impact van op elkaar vallende rotsen.
• 2 De brokken rots worden verder afgebroken tot korrels door de chemische werking van vegetatie en regen, gecombineerd met mechanische invloeden, terwijl de steeds kleinere deeltjes worden gedragen en gedragen door wind en water.
• 3 Terwijl de rotskorrels in waterwegen worden gedragen, worden sommige langs de oever afgezet, terwijl andere uiteindelijk de zee bereiken, waar ze zich kunnen verenigen met fragmenten van koraal of schelpen om stranden te vormen. Door de wind meegevoerd zand kan duinen vormen.

Extractie

• 4 Het winnen van zand kan zo simpel zijn als het van de rivieroever opscheppen met een met rubber besmeurd voertuig dat een voorlader wordt genoemd. Met drijvende dreggen wordt een deel van het zand onder water opgegraven. Deze dreggen hebben een lange giek met een roterende snijkop om de zandafzettingen los te maken en een zuigleiding om het zand op te zuigen.
• 5 Als het zand met een voorlader wordt gewonnen, wordt het in een vrachtwagen of trein gestort of op een transportband geplaatst voor transport naar de nabijgelegen verwerkingsfabriek. Als het zand met een baggermachine onder water wordt gewonnen, wordt de slurry van zand en water door een pijpleiding naar de fabriek gepompt.

Sorteren

• 6 In de verwerkingsfabriek wordt het binnenkomende materiaal eerst gemengd met water, als het nog niet is gemengd als onderdeel van een slurry, en wordt het afgevoerd via een groot geperforeerd scherm in de feeder om stenen, klonten klei, stokken en ander vreemd materiaal. Als het materiaal sterk samengebonden is met klei of aarde, kan het dan door een schoepenmolen gaan die het in kleinere brokken breekt.
• 7 Het materiaal gaat vervolgens door meerdere / geperforeerde zeven of platen met verschillende gatdiameters of openingen om de deeltjes op grootte te scheiden. De schermen of platen meten tot 10 ft (3,1 m) breed en tot 28 ft (8,5 m) lang en zijn gekanteld onder een hoek van ongeveer 20-45 graden ten opzichte van de horizontaal. Ze worden getrild zodat het ingesloten materiaal op elk niveau zich een weg baant van het uiteinde van het scherm en op afzonderlijke transportbanden. Het grofste scherm, met de grootste gaten, bevindt zich bovenaan en de schermen eronder hebben steeds kleinere gaten.

Wassen

• 8 Het materiaal dat van de grofste zeef komt, wordt gewassen in een houtwasser voordat het verder wordt gezeefd. De naam voor dit apparaat komt van de vroege praktijk van het plaatsen van korte stukken hout in een roterende trommel gevuld met zand en grind om de schrobactie te vergroten. Een moderne houtwasser bestaat uit een licht hellende horizontale trog met langzaam roterende bladen die zijn bevestigd aan een as die langs de as van de trog loopt. De messen draaien door het materiaal terwijl het door de trog gaat om alle resterende klei of zachte grond weg te halen. De grotere grinddeeltjes worden afgescheiden en gezeefd in verschillende groottes, terwijl eventuele kleinere zanddeeltjes die aan het grind waren vastgemaakt, kunnen worden teruggevoerd en toegevoegd aan de stroom binnenkomend materiaal.
• 9 Het materiaal dat van de tussenzeef(ken) komt, kan worden opgeslagen en vermengd met ofwel het grovere grind of het fijnere zand om verschillende aggregaatmengsels te maken.
• 10 Het water en materiaal dat door de fijnste zeef gaat, wordt in een horizontale zandclassificatietank gepompt. Terwijl het mengsel van het ene uiteinde van de tank naar het andere stroomt, zakt het zand naar de bodem waar het wordt opgevangen in een reeks bakken. De grotere, zwaardere zanddeeltjes vallen als eerste naar buiten, gevolgd door de steeds kleinere zanddeeltjes, terwijl de lichtere slibdeeltjes in de waterstroom worden afgevoerd. Het water en het slib worden vervolgens uit de classificatietank gepompt en door een bezinkbak waar het slib naar de bodem bezinkt en wordt verwijderd. Het heldere water wordt gerecirculeerd naar de feeder om opnieuw te worden gebruikt.
• 11 Het zand wordt uit de bakken op de bodem van de classificatietank verwijderd met roterende ontwateringsschroeven die het zand langzaam langs de binnenkant van een schuine cilinder omhoog bewegen. Het zand van verschillende afmetingen wordt vervolgens opnieuw gewassen om eventueel achtergebleven slib te verwijderen en via transportbanden naar voorraden getransporteerd voor opslag.

Verpletterend

• 12 Een deel van het zand wordt vermalen om een ​​specifieke maat of vorm te krijgen die van nature niet beschikbaar is. De breker kan van het type met roterende kegel zijn waarbij het zand tussen een bovenste roterende kegel en een onderste vaste kegel valt die op een zeer kleine afstand van elkaar zijn gescheiden. Alle deeltjes die groter zijn dan deze scheidingsafstand worden verpletterd tussen de zware metalen kegels en de resulterende deeltjes vallen uit de bodem.

Kwaliteitscontrole

De meeste grote aggregaatverwerkingsfabrieken gebruiken een computer om de materiaalstroom te regelen. De toevoersnelheid van binnenkomend materiaal, de trillingssnelheid van de sorteerzeven en de stroomsnelheid van het water door de zandclassificatietank bepalen allemaal de verhoudingen van de afgewerkte producten en moeten worden gecontroleerd en gecontroleerd. Veel specificaties voor asfalt- en betonmengsels vereisen een bepaalde verdeling van aggregaatmaten en -vormen, en de aggregaatproducent moet: De bereiding van zand bestaat uit vijf basisprocessen:natuurlijke afbraak, extractie, sorteren, wassen en in sommige gevallen verpletterend. Zand wordt gewonnen uit de plaats waar het voorkomt door een drijvende bagger of voorlader. De baggermachine levert een slurry van zand en water aan de verwerkingsfabriek via pijpleidingen, terwijl de voorlader het zand eenvoudig opschept en in vrachtwagens of op transportbanden voor transport naar de fabriek. Het zand wordt gesorteerd door een reeks zeven die deeltjes van verschillende grootte scheiden. Het zand wordt gewassen en de kleinere deeltjes worden naar de zandclassificatietank gestuurd, waar de deeltjes verder worden gescheiden. Sommige deeltjes kunnen worden verpletterd als kleinere deeltjes nodig zijn. zorg ervoor dat het zand en grind aan die specificaties voldoet.

De Toekomst

De productie van zand en grind is in veel gebieden onder steeds strengere beperkingen komen te staan. Het United States Army Corps of Engineers, dat opereert onder de Federal Clean Water Act, heeft vergunningen nodig voor zandwinning uit rivieren, beken en andere waterwegen. De kosten van de speciale studies die nodig zijn om deze vergunningen te verkrijgen, zijn vaak te duur om kleinere bedrijven in staat te stellen hun activiteiten voort te zetten. In andere gevallen heeft woningbouw in de buurt van bestaande aggregaatverwerkingsfabrieken geleid tot beperkingen met betrekking tot geluid, stof en vrachtverkeer. Het algemene resultaat van deze beperkingen in bepaalde gebieden is dat zand en grind dat wordt gebruikt voor de bouw in de toekomst tegen aanzienlijk hogere kosten van buiten het gebied zal moeten worden vervoerd.