隨著天然砂資源的枯竭及環保法規的日益嚴苛，機制砂的經濟價值及生產需求隨之增長。與此同時，許多骨料生產商也正在探尋機制砂生產的可行性；以及如何處理日益龐大的廢料堆，因為其中含有相當比例的有價值細骨料資源。

是否有一種惠及各方的解決方案？混凝土生產用機制砂專家Rolands Cepuritis和美卓破碎工藝專家Tero Onnela深入研究了這項課題。

機制砂在許多用途中可替代天然砂

砂，無論取自天然礫石、砂礦床，還是通過巖石破碎，鑒于其礦物質和物理質量，均被廣泛應用在眾多用途中。砂的最典型用途是用于混凝土，約占材料體積的30-40%。

Tero Onnela深入分析了基本情況：“混凝土是最常用的人造材料，隨處可見。砂是基礎設施建設和建筑行業的必要元素。美國的大部分州際公路網均使用了耐久性強的混凝土，可承受大流量交通和天氣的變化。中國三峽大壩使用了美卓破碎設備生產的骨料，成為世界上最大的混凝土構筑體。”

“公路和高速公路建設中常用的瀝青是第二重要用途。此外，還有所謂的功能性骨料，用于水處理廠的水凈化、高爾夫草坪與沙坑、兒童游樂場、賽馬場，以及極寒氣候下的防滑公路和人行道。在所有這些用途中，均可使用機制砂替代天然砂，且可以提高最終產品的性能。”

天然砂是一種日益枯竭的自然資源

天然砂的使用在許多地方都受到法律限制，在有些國家甚至被完全禁用，如日本、瑞典等國呼吁盡可能使用機制砂來代替天然砂。在澳大利亞，天然砂開采許可證的限制也越來越多。

天然砂的非法開采在某些發展中國家日趨嚴重，甚至到了肆無忌憚的地步，而監管卻收效甚微。售賣天然砂被認為是一種投資小、賺錢快的途徑，僅需一輛卡車、一名司機和砂源，便可獲利。正是因為這個原因，印度等國家出臺了一項政策：在新采石場審批過程中給予扶持，以鼓勵建造新的機制砂生產裝置。

“我認為有這么三類國家：以瑞典為例，利用特殊的天然礫石稅來規范采砂。某些歐洲國家利用其他手段限制開發新采坑。然而，在印度、新加坡和馬來西亞等國家，面臨天然砂資源匱乏或快速減少等問題。在這些國家，砂采自露天砂坑、海灘、內陸沙丘、海洋與河道，通常是立法跟不上或執法不到位。”Rolands Cepuritis補充道。

混凝土用機制砂

Rolands Cepuritis目前正在完善其博士論文《微配比混凝土用機制砂的開發》。有關機制砂在混凝土生產中性能良好的原因，他有著清晰的觀點：

“混凝土生產商必須滿足其產品抗壓強度的最小安全裕度。原材料的變異性越高，所需的水泥用量就越高，以保持一定水平的安全裕度。因此，歸根結底，質量和變異性差的原材料與質量較好的原材料相比，成本相當，但質量差別很大。”

“經優良工藝生產出來的機制砂，可以實現穩定的質量。控制天然砂的變異性非常困難，特別是在不洗砂的情況下。”他說道。由于空間、水源和脫水池導致的環境問題，以及在北歐國家寒冷地區的操作問題，通常難以實現洗砂。

“使用機制砂還有其他一些直接的技術優勢。例如，由于風化作用，天然砂顆粒為圓形；而機制砂顆粒呈棱角狀且表面紋理粗糙，能與混凝土中的水泥灰漿更好地粘結，從而在水泥用量相同的條件下提高強度性能（恒定水灰比）。”

如果使用天然砂制作混凝土產品，性能改進的可能性會很小；而使用機制砂，性能上則有更大的調整空間，可以找到適合不同類型混凝土的最佳配比。

還有一大障礙，是對機制砂應用的接受程度。例如，澳大利亞昆士蘭州仍要求混凝土配方中細骨料的40%需為天然砂。這需要在未來做出改變，以應對不斷下降的資源供給，并提高優質機制砂產品的可利用性。

商業應用？

天然砂的立法和供應，決定其價格與收益。此外，還有與采砂許可證審批相關的成本，使得資源開采在經濟效益方面難以實施。

“采砂場的運輸成本在總生產成本中占比很高。如果是價值更高的最終產品，例如用于玻璃制造的硅砂，運輸成本高是可以接受的。但是，對于利潤低的大宗砂產品，情況則完全不同。制砂現場必須盡量靠近使用現場。”Onnela解釋道。

“最重要的是經濟規模。如果一座采砂場靠近使用現場，只需簡單地篩選至適當粒度的產品。但使用機制砂，還需要考慮很多方面的問題。如果破碎基巖，生產成本很高，而且還涉及一些額外費用。破碎巖石的30-40%，有時高達50%，被遺棄在廢料堆中。物料粒度越小且硬度越低，所產生的廢料就越多。為了提高盈利能力，必須降低廢料量或找到這些細料的新用途。”Onnela作出了說明。

“小于4mm的顆粒常被視為廢料，即不適用于任何用途。廢料堆越來越大，經營者必須支付垃圾費。如果能夠找到細料的用途及銷路，則會各方受益。例如，在芬蘭，會將部分采石場廢料用于道路和庭院鋪設。”

Onnela表示，確立商業應用在很大程度上取決于行業如何開發和制定不同用途的機制砂技術標準。同樣重要的是，利益相關者需要深刻認識到機制砂的卓越性，才能使機制砂得到廣泛認可與應用。當然，定價需要有競爭力。

“絕大多數巖石均可用于混凝土生產。巖石必須具有一定硬度，最大的挑戰之一是，云母難以清除且成本高。關鍵問題在于：市場如何？是否有競爭優勢？換句話說，能否以合理的價格大量提供機制砂？”

“天然砂與機制砂的質量差異很大。機制砂的典型特征是質量穩定。使用質量穩定的砂通常可減少水泥用量5-20%，混凝土生產商會從中受益。減少水泥用量還可降低CO2排放。”Onnela補充說道。

Cepuritis利用一個實例闡述了這一問題：

“引用一個挪威的案例。在這個案例中，無論是機制砂，還是天然砂，運輸距離都很短，不到40公里。優質天然砂的價格為每噸80-85挪威克朗，而作為粗骨料生產副產品的優質機制砂，價格為30-35挪威克朗/噸。而且還有質量提升的空間和投資價值。”

“增加一臺VSI反擊式破碎，生產成本會增加10 挪威克朗/噸；而細粒分級，還會增加10 挪威克朗/噸。產品的利潤率也會隨之提高。然而，事實并非那么簡單：您還需要在整體工藝開發方面投入大量資源。機制砂生產商需要了解客戶需求并與之合作，開展有別于常規骨料市場的全新的技術營銷方式。這是個挑戰，也是個機會。”

“挪威桑內斯地區的Velde Pukk采石場就是一個充分利用現有原材料的絕佳案例。他們在采石場中實施巖石鉆孔、運輸、預拌混凝土、地面鋪砂、垃圾填埋、瀝青生產和路面攤鋪，以及混凝土和瀝青的回收利用。”

選擇正確的技術

“機制砂的生產通常比天然砂的開采復雜得多。單獨的機制砂破碎生產線極少見，通常都是與粗碎破碎生產線相關聯。” Cepuritis解釋說。

“破碎廠的精確布置各不相同。生產工藝通常包含數個破碎段，涉及破碎、輸送、篩分與分級。”

“關于設備，所有必要技術都很成熟。美卓在這方面掌握很多知識和技術，可以為客戶提供有價值的機制砂生產建議。” Onnela說。

“開發從未停止。最大的差距在于混凝土的材料技術。到目前為止，所有教材的編纂都默認為使用天然砂。實際上，混凝土技術人員并不了解新型機制砂材料，以及如何更好地利用這些新材料。近年來，研究成果累累，但應用為之甚少。”

“如果您想在采石場開發機制砂產品，就必須充分了解其制成品，比如混凝土。您不能只給最終用戶提供一個樣品，因為客戶還會以現有的知識進行樣品試驗。在多數情況下，實驗都會失敗。所以，您需要采用更直接的技術營銷方式，讓客戶了解新材料的性能，并共同進行實驗室試驗。這與混凝土等摻合料的銷售方式基本相同。” Cepuritis總結道。

美卓助您應對挑戰

美卓在各種機制砂生產解決方案及相關設備方面擁有多年技術經驗。

粒型至關重要。破碎設備是重中之重，它關系到產品粒型和級配。諸如Nordberg? HP?系列和GP?系列等圓錐破碎機，可同時生產細骨料和粗骨料。由于破碎段更少，還能減少初期投資成本，并節約能源。

美卓HRC?高壓輥磨技術特別適用于機制砂生產。在正確的操作條件下，顆粒間破碎有助于產出立方體產品。

“研究表明，利用高速沖擊式破碎可生產出適用于各種用途的最佳終產品。美卓Barmac? VSI立軸沖擊式破碎機可改善物料的穩定性和形狀，并達到近似天然砂的質量。相比于大多數VSI破碎機采用金屬部件破碎石塊，Barmac VSI則采用石打石的破碎方式。最終產品的粒型越好，在混凝土、瀝青和基層混合料中發揮的性能就越高。石打石破碎和研磨作用在所有沖擊式破碎原理中可實現最低的噸成本。”Onnela作出說明。

隨后，利用空氣分級機回收所需量的細顆粒和粉塵。美卓靜態空氣分級機經濟環保，能夠生產出質量穩定的機制砂。

“對于混凝土，有兩方面要求：首先要具有良好的攪拌性與和易性；其次要達到設計的最終抗壓強度。具有良好和易性的新鮮混凝土易于攤鋪在地面或進行鑄模，且無骨料離析或泛漿。對于瀝青和功能性骨料，須滿足級配標準。”

“為了達到這些要求，需要對破碎產品進行篩選與分級。利用振動篩分選出2-4mm最大粒度的砂。利用濕式加工或空氣分級機有效分級巖粉或填料。對于混凝土和瀝青砂生產，最適合采用空氣分級方法。如果需要，利用兩段空氣分級和混合分級的填料與砂，制成混凝土砂。在一般情況下，單段空氣分級即可滿足需要。”

“干瀝青砂是一種經濟的解決方案，無需蒸發水。而蒸發水則是熱拌瀝青廠中的高能耗工藝。”