Sand

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Hintergrund

Sand ist ein loses, fragmentiertes, natürlich vorkommendes Material, das aus sehr kleinen Partikeln zersetzter Gesteine, Korallen oder Muscheln besteht. Sand wird verwendet, um Baumaterialien wie Asphalt und Beton Volumen, Festigkeit und andere Eigenschaften zu verleihen. Es wird auch als Dekorationsmaterial im Landschaftsbau verwendet. Bestimmte Sandsorten werden bei der Glasherstellung und als Formstoff für den Metallguss verwendet. Anderer Sand wird als Schleifmittel beim Sandstrahlen und zur Herstellung von Sandpapier verwendet.

Sand wurde bereits 6000 v. Chr. verwendet. zum Schleifen und Polieren von Steinen, um geschärfte Werkzeuge und andere Gegenstände herzustellen. Die Steine ​​wurden auf einem Stück nassen Sandsteins gerieben, um die Schnittkante zu schärfen. In einigen Fällen wurde loser Sand auf einen flachen Felsen gestreut und Gegenstände wurden gegen die sandige Oberfläche gerieben, um sie zu glätten. Die ersten Perlen mit Glasur tauchten in Ägypten um 3.500-3.000 v. Chr. auf. Das Glas wurde durch Schmelzen von Sand hergestellt, obwohl natürlich vorkommendes Glas, das durch vulkanische Aktivität gebildet wurde, wahrscheinlich schon lange vor dieser Zeit bekannt war.

In den Vereinigten Staaten wurde Sand bereits 1607 mit der Gründung der kurzlebigen Jamestown-Kolonie in Virginia zur Glasherstellung verwendet. Das erste nachhaltige Glasherstellungsunternehmen wurde 1739 in Wistarburgh, New Jersey, von Caspar Wistar gegründet. Die Produktion von Sand für Bauzwecke wuchs mit dem Aufkommen von befestigten Straßen während des Ersten Weltkriegs und in den 1920er Jahren erheblich. Der Wohnungsbauboom Ende der 1940er und Anfang der 1950er Jahre sowie der verstärkte Einsatz von Beton im Hochbau sorgten für einen weiteren Produktionsschub.

Heute ist die Verarbeitung von Sand ein Multi-Milliarden-Dollar-Geschäft mit Betrieben, die von sehr kleinen Anlagen reichen, die Sand und Kies an einige lokale Bauunternehmen liefern, bis hin zu sehr großen, hochautomatisierten Anlagen, die täglich Hunderte von LKW-Ladungen Sand an eine Vielzahl von Kunden über ein großes Gebiet.

Rohstoffe

Der am häufigsten vorkommende Sand besteht aus Quarz- und Feldspatpartikeln. Quarzsandpartikel sind farblos oder leicht rosa, während Feldspatsand eine rosa oder bernsteinfarbene Farbe hat. Schwarzer Sand, wie man ihn auf Hawaii findet, besteht aus Obsidianpartikeln, die durch vulkanische Aktivität gebildet wurden. Andere schwarze Sande umfassen Materialien wie Magnetit und Homblende. Korallensand ist weiß oder grau und Sand, der aus zerbrochenen Muschelfragmenten besteht, ist normalerweise hellbraun. Der weiße Sand am Golf von Mexiko besteht aus glatten Kalksteinpartikeln, bekannt als Oolith, abgeleitet vom griechischen Wort für Eistein. Der weiße Sand von White Sands, New Mexico, besteht aus Gipskristallen. Normalerweise wird Gips durch Regenwasser aufgelöst, aber die Gegend um White Sands ist so trocken, dass die Kristalle überleben und hügelige Dünen bilden.

Quarzsand, der einen hohen Kieselsäuregehalt hat, wird zur Glasherstellung verwendet. Beim Zerkleinern von Quarzsand entstehen Partikel mit scharfen, kantigen Kanten, die manchmal zur Herstellung von Schleifpapier zum Glätten von Holz verwendet werden. Einige Quarzsand kommt in Form von Sandstein vor. Sandstein ist ein sedimentäres, felsartiges Material, das unter Druck gebildet wird und aus Sandpartikeln besteht, die durch ein zementierendes Material wie Kalziumkarbonat zusammengehalten werden. Einige Sandsteine ​​bestehen aus fast reinen Quarzpartikeln und sind die Quelle des Siliziums, aus dem Halbleiter-Siliziumchips für Mikroprozessoren hergestellt werden.

Formsande oder Gießereisande werden für den Metallguss verwendet. Sie bestehen aus ca. 80–92 % Siliziumdioxid, bis zu 15 % Aluminiumoxid und 2 % Eisenoxid. Der Aluminiumoxidgehalt verleiht dem Formsand die richtigen Bindungseigenschaften, die erforderlich sind, um die Form des Formhohlraums zu halten.

Sand, der vom Ufer eines Flusses geschöpft und in keiner Weise gewaschen oder sortiert wird, wird als Ufersand bezeichnet. Es wird im allgemeinen Bau- und Landschaftsbau verwendet.

Die Definition der Größe von Sandpartikeln variiert, aber im Allgemeinen enthält Sand Partikel mit einem Durchmesser von etwa 0,0025–0,08 Zoll (0,063–2,0 mm). Kleinere Partikel werden als Schlick klassifiziert. Größere Partikel sind je nach Größe entweder Granulat oder Kies. In der Baubranche werden alle Zuschlagstoffe mit Partikeln kleiner als 0,25 Zoll (6,4 mm) als Feinzuschlagstoffe klassifiziert. Dazu gehört auch Sand. Materialien mit Partikeln von 0,25 Zoll (6,4 mm) bis etwa 6,0 Zoll (15,2 cm) werden als grobe Zuschlagstoffe klassifiziert.

Sand hat eine Dichte von 2.600-3.100 lb pro Kubikyard (1.538-1.842 kg pro Kubikmeter). Der eingeschlossene Wassergehalt zwischen den Sandpartikeln kann dazu führen, dass die Dichte erheblich variiert.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Aufbereitung von Sand besteht aus fünf grundlegenden Prozessen:natürlicher Abbau, Extraktion, Sortieren, Waschen und in einigen Fällen Zerkleinerung. Der erste Prozess, die natürliche Zersetzung, dauert normalerweise Millionen von Jahren. Die anderen Prozesse nehmen deutlich weniger Zeit in Anspruch.

Die Aufbereitungsanlage befindet sich in unmittelbarer Nähe der natürlichen Materiallagerstätte, um die Transportkosten zu minimieren. Befindet sich die Anlage neben einer Sanddüne oder einem Strand, darf die Anlage nur Sand verarbeiten. Wenn es neben einem Flussbett liegt, verarbeitet es normalerweise sowohl Sand als auch Kies, da die beiden Materialien oft vermischt werden. Die meisten Anlagen sind stationär und können jahrzehntelang am selben Standort betrieben werden. Einige Anlagen sind mobil und können in einzelne Komponenten zerlegt und zum Steinbruch geschleppt werden. Mobile Anlagen werden für abgelegene Bauvorhaben eingesetzt, bei denen keine stationären Anlagen in der Nähe sind.

Die Kapazität der Verarbeitungsanlage wird in Tonnen pro Stunde Endprodukt gemessen. Stationäre Anlagen können mehrere Tausend Tonnen pro Stunde produzieren. Mobile Anlagen sind kleiner und ihre Leistung liegt normalerweise im Bereich von 50-500 Tonnen (50,8-508 Tonnen) pro Stunde.

An vielen Standorten arbeitet eine Asphaltproduktionsanlage oder ein Transportbetonwerk auf dem gleichen Gelände wie das Sand- und Kieswerk. In diesen Fällen wird ein Großteil der Sand- und Kiesproduktion direkt in Halden für die Asphalt- und Betonwerke gefördert.

Die folgenden Schritte werden häufig verwendet, um Sand und Kies für Bauzwecke zu verarbeiten.

Natürliche Zersetzung

• 1 Festes Gestein wird durch mechanische Naturkräfte wie die Bewegung von Gletschern, die Ausdehnung von Wasser in Rissen beim Gefrieren und das Aufprallen von aufeinander fallenden Gesteinen in Brocken zerlegt.
• 2 Die Gesteinsbrocken werden durch die chemische Wirkung von Vegetation und Regen in Kombination mit mechanischen Einwirkungen weiter in Körner zerlegt, während die immer kleineren Partikel von Wind und Wasser getragen und getragen werden.
• 3 Wenn die Gesteinskörner in Wasserstraßen getragen werden, lagern sich einige am Ufer ab, während andere schließlich das Meer erreichen, wo sie sich mit Korallen- oder Muschelfragmenten zu Stränden verbinden können. Vom Wind getragener Sand kann Dünen bilden.

Extraktion

• 4 Die Gewinnung von Sand kann so einfach sein, wie ihn mit einem gummibereiften Fahrzeug, einem sogenannten Frontlader, vom Flussufer hochzuschaufeln. Ein Teil des Sandes wird mit Schwimmbaggern unter Wasser ausgehoben. Diese Bagger haben einen langen Ausleger mit rotierendem Messerkopf zum Lösen der Sandablagerungen und einem Saugrohr zum Aufsaugen des Sandes.
• 5 Wenn der Sand mit einem Frontlader abgesaugt wird, wird er auf einen LKW oder Zug gekippt oder auf ein Förderband zum Transport zur nahegelegenen Verarbeitungsanlage gebracht. Wird der Sand mit einem Bagger aus der Unterwasserwelt gewonnen, wird die Aufschlämmung aus Sand und Wasser durch eine Rohrleitung zur Anlage gepumpt.

Sortieren

• 6 In der Aufbereitungsanlage wird das ankommende Material zunächst mit Wasser vermischt, sofern es nicht bereits als Gülle vermischt ist, und über ein großes Lochsieb im Beschicker ausgeschleust, um Gesteine, Tonklumpen, Stöcke und anderes Fremdmaterial. Wenn das Material stark mit Lehm oder Erde verbunden ist, kann es dann eine Messermühle passieren, die es in kleinere Brocken zerkleinert.
• 7 Das Material passiert dann mehrere / perforierte Siebe oder Platten mit unterschiedlichen Lochdurchmessern oder Öffnungen, um die Partikel nach Größe zu trennen. Die Bildschirme oder Platten messen bis zu 3,1 m (10 Fuß) breit und bis zu 28 Fuß (8,5 m) lang und sind in einem Winkel von etwa 20-45 Grad von der Horizontalen geneigt. Sie werden vibriert, damit das eingeschlossene Material auf jeder Ebene vom Ende des Siebes auf separate Förderbänder gelangen kann. Das gröbste Sieb mit den größten Löchern befindet sich oben und die Siebe darunter haben immer kleinere Löcher.

Waschen

• 8 Das vom gröbsten Sieb kommende Material wird in einer Stammwäsche gewaschen, bevor es weitergesiebt wird. Der Name für dieses Gerät stammt von der frühen Praxis, kurze Holzstücke in eine rotierende Trommel zu legen, die mit Sand und Kies gefüllt ist, um die Schrubbwirkung zu verstärken. Eine moderne Stammwaschmaschine besteht aus einem leicht geneigten horizontalen Trog mit langsam rotierenden Messern, die an einer Welle befestigt sind, die in der Achse des Trogs nach unten läuft. Die Klingen durchwühlen das Material, während es den Trog passiert, um verbleibenden Ton oder weichen Boden zu entfernen. Die größeren Kiespartikel werden abgeschieden und in verschiedene Größen gesiebt, während kleinere Sandpartikel, die sich an den Kies angelagert haben, zurückgetragen und dem ankommenden Materialstrom hinzugefügt werden können.
• 9 Das Material, das aus dem/den Zwischensieb(en) kommt, kann gelagert und entweder mit dem gröberen Kies oder dem feineren Sand vermischt werden, um verschiedene Zuschlagstoffmischungen herzustellen.
• 10 Das Wasser und Material, das durch das feinste Sieb fließt, wird in einen horizontalen Sandklassiertank gepumpt. Wenn das Gemisch von einem Ende des Tanks zum anderen fließt, sinkt der Sand auf den Boden, wo er in einer Reihe von Behältern aufgefangen wird. Die größeren, schwereren Sandpartikel fallen zuerst heraus, gefolgt von den immer kleineren Sandpartikeln, während die leichteren Schluffpartikel im Wasserstrom mitgerissen werden. Das Wasser und der Schlick werden dann aus dem Klassierbecken und durch ein Klärbecken gepumpt, wo sich der Schlick am Boden absetzt und entfernt wird. Das klare Wasser wird zur Wiederverwendung in die Zuführung zurückgeführt.
• 11 Der Sand wird mit rotierenden Entwässerungsschnecken, die den Sand im Inneren eines geneigten Zylinders langsam nach oben bewegen, aus den Behältern im Boden des Sichtbehälters entfernt. Anschließend werden die Sande unterschiedlicher Größe erneut gewaschen, um verbleibenden Schluff zu entfernen, und über Förderbänder auf Halden zur Lagerung transportiert.

Zerquetschen

• 12 Ein Teil des Sandes wird zerkleinert, um eine bestimmte Größe oder Form zu erhalten, die auf natürliche Weise nicht verfügbar ist. Der Brecher kann ein rotierender Kegeltyp sein, bei dem der Sand zwischen einem oberen rotierenden Kegel und einem unteren festen Kegel fällt, die durch einen sehr kleinen Abstand getrennt sind. Partikel, die größer als dieser Trennabstand sind, werden zwischen den Schwermetallkegeln zerkleinert und die resultierenden Partikel fallen nach unten heraus.

Qualitätskontrolle

Die meisten großen Zuschlagstoffverarbeitungsanlagen verwenden einen Computer, um den Materialfluss zu steuern. Die Fördermenge des einlaufenden Materials, die Schwinggeschwindigkeit der Sortiersiebe und die Durchflussmenge des Wassers durch den Sandklassierbehälter bestimmen die Anteile der Fertigprodukte und müssen überwacht und gesteuert werden. Viele Spezifikationen für Asphalt- und Betonmischungen erfordern eine bestimmte Verteilung der Gesteinsgrößen und -formen, und der Gesteinshersteller muss Die Aufbereitung von Sand besteht aus fünf grundlegenden Prozessen:natürlicher Abbau, Extraktion, Sortieren, Waschen und in einigen Fällen zerquetschen. Sand wird an der Stelle, an der er anfällt, entweder mit einem Schwimmbagger oder einem Frontlader entnommen. Der Bagger liefert eine Aufschlämmung aus Sand und Wasser über eine Pipeline an die Aufbereitungsanlage, während der Frontlader den Sand einfach aufnimmt und in LKWs oder auf Förderbänder für den Transport zur Anlage transportiert. Der Sand wird durch eine Reihe von Sieben sortiert, die unterschiedlich große Partikel trennen. Der Sand wird gewaschen und die kleineren Partikel werden in den Sandklassiertank geleitet, wo die Partikel weiter getrennt werden. Einige Partikel können zerkleinert werden, wenn kleinere Partikel benötigt werden. Stellen Sie sicher, dass Sand und Kies diese Spezifikationen erfüllen.

Die Zukunft

Die Produktion von Sand und Kies ist in vielen Bereichen immer stärker eingeschränkt. Das United States Army Corps of Engineers, das gemäß dem Bundesgesetz über sauberes Wasser tätig ist, hat Genehmigungen für die Sandgewinnung aus Flüssen, Bächen und anderen Wasserstraßen erforderlich. Die Kosten für die erforderlichen Spezialstudien zur Erlangung dieser Genehmigungen sind oft zu hoch, um kleineren Unternehmen die Weiterführung des Geschäftsbetriebs zu ermöglichen. In anderen Fällen hat die Wohnbebauung in der Nähe bestehender Zuschlagstoffaufbereitungsanlagen zu Einschränkungen hinsichtlich Lärm, Staub und LKW-Verkehr geführt. Insgesamt führen diese Einschränkungen in bestimmten Gebieten dazu, dass Sand und Kies, der für den Bau verwendet wird, in Zukunft mit deutlich erhöhten Kosten von außerhalb des Gebiets transportiert werden müssen.