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海砂资源开发利用, 技术及生产线建设!

2019-10-20来源:长航所戴国胜

   摘要:传统的海砂开采技术,如抓斗、链斗等挖沙技术,已不适于建筑用海砂的开采利用工程了,要求有新的开采技术来代替。

 
  本文认为:“船用真空吸送技术”经长期研究使用表明,在海砂资源开采利用中是行之有效的成熟技术。它不仅适宜在滨海海域采砂,也适合在远海和深海海域采砂:还能将采上的海砂作连续的管道输送,因而为海砂的各种利用创造了技术条件。
 
  本文指出:海砂资源的开发利用必须作产业化实施,借助于船用真空吸送技术,可实施产业化项目有:建筑用海砂的深度淡化;海滨浴场和海滩养护工程;海底砂矿采选;以及各种工业及民用砂的生产等等,“船用真空吸送技术” 将通过生产线建设,在这些项目中发挥应有的作用。
 
  关键词:真空吸送、建筑用海砂深度淡化、海滨浴场建设、海滩养护、海底砂矿采选、工业和民用海砂产品
 
  引言
 
  海砂是沉睡在海底的重要固态资源,随着我国海洋战略的推进,和陆上砂资源的紧缺,特别是深圳先行示范区和上海临港新片区的启动,必将需要大量合格的建筑用海砂。广东省自然资源厅为向香港和深圳机场跑道提供建筑用海砂,特发公告公开招标开采海砂,海砂的开发利用已经提到议事日程。本文从技术和产业化角度讨论海砂开发利用的可行性。
 
  1、船用真空吸送技术及其在海砂开采利用中的用途
 
  1.1船用真空吸送技术简介:
 
  海上传统的挖砂技术是抓斗、链斗、斗轮式挖砂船,它们成本高效率低影响环境,已不适宜在现代海砂开发利用工程中使用,市场需要更有效的技术来取代传统技术。
 
  船用真空吸送技术是真空技术、输送技术和工程船舶技术相结合的综合性施工技术。它依靠特别设计的真空吸头吸取砂粒,依靠压力水在管道内远距离输送砂浆,依靠工程船舶完善的水上水下的施工方式,安全连续地完成采砂、输砂作业,因此,船用真空吸送技术是一套完整的采、输、施工的技术系统。
 
  该技术系统在长江已作过长期的成功使用。特别是在长江枯水期的岸滩边清除淤砂(此时长江边的水极浅,一般挖泥船无法施工)、更能在长江洪水期的江心采吸建筑用砂(此时长江江心水深数十米、流速数米,一般采砂船也不能施工)。
 
  而该技术系统却能在这些特殊场地长期采砂使用,且效果很好。
 
  能在很深的水下吸砂输砂,又能在极浅的水中吸砂输砂是船用真空吸送技术的最大特点!正是这一特点,决定了该技术在砂资源开发利用中的独特应用价值。
 
  图1是采用该技术设计成的设流式采砂船舶。该船是《国家“八·五”科技攻关重点项目》某课题的成果船。
 
  笔者有幸是该船核心技术的研发设计人。该船的实测性能为:采砂能力300立方米/小时,采砂深度(换成长臂后)30余米,排距150米。
 
图1、射流式采砂船照片
 
  台湾缺少建筑用河砂,常在大陆购买,该技术系统曾被台湾知晓,台湾某砂石公司为了向建筑市场提供砂石,约定聘请笔者去台湾开发海砂,曾专去福建海边为其作过采砂和海砂淡化试验。正待去台湾时,不料该砂石老板突然脑溢血去世,去台湾开采利用海砂项目仅作了设计和前期试验工作未能实施,但开发利用海砂资源一直是笔者退休后的技术推介愿望。
 
  综上所述,可以认为:船用真空吸送技术若推广应用到海砂资源(含远、深海)的开采利用中将是可行的,使用时只需根据具体情况作相应总体设计即可。
 
  1.2、船用真空吸送技术在海砂开发利用中的用途
 
  从工程上看,海砂的开发利用某种程度上就是海砂的吸取与输送过程,即从海底吸砂,在使用过程中输送砂。
 
  海底的天然海砂不像河砂那样是取之便可使用的,需明确:从海底采上的天然海砂只是原料砂,把它在陆地上直接销售和使用是不行的,还需作一些处理加工工作,比如筛分、淡化、矿选等等,才能成为砂产品在市场上销售使用。因而采上的海砂在处理加工过程中还要作很多输送工作,这种输送工作往往是在运砂船和处理加工点之间转运、或者是在处理加工设备之间输送,这类输送工作量是很大的,是海砂利用的最大成本。海砂在利用过程中大量的输送转运工作是陆上传统的皮带运输方式和车辆装卸方法难以承担的。船用真空吸送技术能使海砂的输送用管道进行,因而成本得到较大的降低。
 
  顾名思义,船用真空吸送技术就是既能吸取又能输送物料的技术,它既能在大水深下吸送砂粒,又能在无水的工况下吸送砂粒,而且是通过管道输送的,是一种量大、连续、低成本的物料吸送技术。因而,在海砂开发利用项目中,船用真空吸送技术将有很多的吸送用途。它能在海底吸取原料砂、在处理加工过程中输送砂,直至生产出各种砂产品。
 
  2、可实施的产业化开发项目
 
  2.1、海砂必须实施产业化开发利用
 
  海砂是重要的国土资源,是国家和地区长期的重要经济来源之一,所以政府都要对海砂的开发利用实施有效的、规范的开发利用,故希望把这种资源的开发利用交给专业的有能力的产业公司去实施,也就是产业化开发利用。
 
  国际上海砂开发利用先进的美日澳等国早已如此,发展中的东南亚诸国也逐步走上了产业化的开发道路。我国虽然海砂资源开发利用还未正式起步,但海砂的滥采乱用在一些地区已泛滥成灾,我国海砂资源产业化开发利用已是刻不容缓的了。
 
  海砂开发利用是一项大型产业,它既需成熟的技术支撑,又需大量的资金投入,绝非民间私人所能承担得了的。况且,海砂的开发利用决不是挖砂卖砂那样简单,它涉及到政府、法规、环保、船舶运输、海事安全、市场等等诸多环节,这是专业化的大产业公司才能履行的责任义务。所以,我国海砂资源开发利用只能走产业化发展道路。
 
  2.2、可实施的产业化项目
 
  海底的天然海砂吸送上船后如何利用?——向承接工程、生产海砂产品两个方向发展。若借助船用真空吸送技术,可实施的产业化项目有:
 
  2.2.1海滨浴场建设、海滩养护工程;
 
  保障海岸线不退化,是国土资源保护的重要任务之一。砂质海岸因风浪、潮汐等自然力的浸蚀会发生岸线退缩、岸滩石化,影响人们生活和国民经济发展。所以沿岸国家和地区常花大力整治海岸线和养护海滩。
 
  美国从上世纪七十年代即开始向海滩大量补砂,仅九十年代就完成了一百多项海滩养护工程。当时看似政府投资巨大,却受益于本世纪,由于国际旅游高潮到来,这些经整治后的海滩吸引了不少游客,给一些地方带来了意外的很好的旅游收入。
 
  同样,我国也有漫长的海岸线,近几十年来我国约有近50%的砂质海岸遭受不同程度的浸蚀,特别是人们剧烈的经济活动,给天然的海滨浴场造成了很大破坏。
 
  许多美丽的天然浴场遭裸露、岸线后退变短、砂质粗化、海滩坡度变陡、不少海滩已失去浴场功能。
 
  其中尤以北京附近的北戴河海滨浴场为甚,它已严重影响到北戴河海滨旅游事业的发展。从2010年起,我国投入巨资对北戴河实施浴场修复和海滩整治,几年来已向北戴河海滩累计补砂数百万立方米。成为我国最大的海滨浴场修复和海滩治理工程。补充的砂源是取自几公里外的海底海砂,用船运到浴场后均匀地铺撒成沙滩。
 
  可以说海滨浴场修复和海滩治理工程就是一取砂、输砂和铺砂的过程。船用真空吸送技术将在此全过程中发挥独有的作用,特别是在远海取砂在岸滩均匀铺砂作业中将是成效的。
 
  现在我国旅游事业已成为重要产业,沿海地区多有修复海滨浴场和建设新的海滨平浴场推动当地旅游事业发展的愿望,可以想之这将是海砂产业化开发利用的重要项目之一。
 
  2.2.2建筑用海砂的连续深度淡化;
 
  现在常用的海砂淡化方法实际上是:淡水冲洗(浸泡)+机械搅拌。这种方法海砂淡化不彻底,淡化量小。不十分可靠,易被以次充好。海砂深度淡化后是能用于建筑的船用真空吸送技术也是一种海砂淡化技术。其淡化原理当然也是使用淡水,首先它用真空把海砂以分散状态逐步连续地吸入到输送管中,在输送管道中海砂被淡水边冲刷边输送来进行淡化。因为海砂是分散的,海砂的表面可以尽可能多地被高速流动的淡水水流冲洗,淡化过程是连续大量地,而且可反复进行,所以淡化彻底。
 
  2013年中央电视台在《3.15晚会》上曝光了“深圳海砂屋”问题,揭露了把未经彻底淡化的海砂冒充河砂用于造楼的恶劣事件,引起社会的广泛关注。然而,海砂的滥采乱用并没有停止,反而有逾演逾烈之势。
 
  海砂淡化是一个沉重的话题,它本是技术问题,现已演变成了社会问题,因为它不是仅采用技术措施就能解决得了的,杜绝以次充好、假冒伪劣海砂问题很难!
 
  尽管于此,本文在此处还是要指出:船用真空吸送技术本身就是一海砂连续、深度淡化技术,淡化后的海砂可以达到国家相关质量标准,完全能用于生产海砂混凝土和建筑中,这是试验和实践证实了的。
 
  另外,为了防范非彻底淡化的海砂流入建筑市场,还应该采用现代信息技术和现代管理措施加以杜绝。只有综合施策,海砂的滥采乱用问题才能解决。
 
  一旦海砂的假冒伪劣问题得到解决,海砂淡化市场将是极其巨大的,那时,淡化海砂项目将会是海砂利用的最大产业化项目,定能向建筑市场提供取代河沙的大量、高质量建筑用海砂,这将是船用真空吸送技术最大的应用场合之一!
 
  2.2.3、海底砂矿采选
 
  海砂中蕰藏着一些矿砂资源,是陆地矿产资源的补充,特别是某些重金属和贵金属砂矿是陆地稀缺的,如锆、钛、金等金属是极重要的砂矿产品,大多来自于海底砂矿。所以国外很重视海底砂矿的开采利用,澳大利亚、泰国、印度、印度尼西亚等国家海滨砂矿的开采利用较多,已是这些国家重要的经济来源。从技术上看,他们基本上还是采用疏浚船+选矿模式,开采海域还是在滨海浅海海域开采,有向深海采矿发展的需求。
 
  我国沿海也蕰藏着丰富的重金属砂矿,藏量不少、分布不均,其中海南岛的锆、钛砂矿最多,山东的金砂矿也不少。目前,我国除滨海金砂矿开采较多以外,其他品海底砂矿基本上没有正式开采的案例,近年来海南某公司有志于从事锆砂矿的开采,但尚在准备阶段。
 
  实际的海砂选矿作业中最大的工作量仍旧是采砂和输砂送砂作业,而且输送环节更多、输送量更大。不仅有采矿、选矿过程的矿砂输送,更有大量尾矿的输送和处理,因而输送技术的提高、输送能力的加强,是海底砂矿采选技术进步的发展方向之一。
 
  船用真空吸送技术曾在长江边某小型金砂矿的采选试验中作过输送砂金矿的初步试验,为一台选金砂的跳汰选矿设备供给矿砂,试验结果证明:该技术供矿浓度和供矿量与跳汰设备基本匹配。因此可以推断:船用真空吸送技术独特的吸送能力将在海底砂矿采选项目中也能承担与选矿设备相适应的输送砂矿的能力。
 
  2.2.4、工业、及民用砂产品的生产制备
 
  还有大量的非金属工业原料,除建筑材料外还有石英石、金刚砂等等,他们的品种很多用途也很广。
 
  石英石是生产玻璃的材料,特别是生产高级玻璃的必须材料,我国在渤海湾和东海储藏量大,市场对石英石的需求很大,高级石英石的出口供不应求。
 
  磨料用的金刚砂在工业上用途较多,另外,随着环保产业的发展,污水过滤用砂的需求明显提高。与此类似的工业用砂、环保用砂、油田采油用压裂砂等,将会随着经济的发展产生大量新的需求,它们也将由海砂产品来满足。
 
  近几年,随着体育和娱乐事业的发展,人们旅游文体活动的增多,体育娱乐用砂也有了需求。典型的例子有:北京奥运会为了沙滩排球比赛,曾专门从海南东方市运来精选的海滩砂,使得沙滩排球比赛顺利进行。奥运会后沙滩排球场地朝阳公园改建成了北京夏季海沙休闲园,每到夏季人满为患。据悉,不少内陆城市都打算在风景秀美的河边修建休闲沙滩,很需要优良的沙滩娱乐用沙,其需求前景是可预见的。
 
  3、海砂开发利用生产线建设
 
  采用船用真空吸送技术可以建成图2所示的海砂开发利用生产线。
 
图2、基于船用真空吸取技术的
 
 
  生产线说明:(1)该生产线方框图是海砂综合利用全部生产过程介绍,它是由方框和指向箭头组成。方框表示各个生产(即处理)环节,方框中的文字说明该环节的功能和作用。
 
  指向箭头表示海砂在生产过程中的输送流向,箭头旁的文字标明了船运的说明是以海船运输方式输送,未标明方式的全部为在船上用吸送方式输送。
 
  (2)实际采用该流程图开发利用海砂时应根据砂源的实际情况选择建设相适宜的生产线。例如:若只需生产建筑用海砂,则此生产线就成为图3所示。

责任编辑:王子祺
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