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海砂資源開發利用, 技術及生產線建設!

2019-10-20來源:長航所戴國勝

   摘要:傳統的海砂開采技術,如抓斗、鏈斗等挖沙技術,已不適于建筑用海砂的開采利用工程了,要求有新的開采技術來代替。

 
  本文認為:“船用真空吸送技術”經長期研究使用表明,在海砂資源開采利用中是行之有效的成熟技術。它不僅適宜在濱海海域采砂,也適合在遠海和深海海域采砂:還能將采上的海砂作連續的管道輸送,因而為海砂的各種利用創造了技術條件。
 
  本文指出:海砂資源的開發利用必須作產業化實施,借助于船用真空吸送技術,可實施產業化項目有:建筑用海砂的深度淡化;海濱浴場和海灘養護工程;海底砂礦采選;以及各種工業及民用砂的生產等等,“船用真空吸送技術” 將通過生產線建設,在這些項目中發揮應有的作用。
 
  關鍵詞:真空吸送、建筑用海砂深度淡化、海濱浴場建設、海灘養護、海底砂礦采選、工業和民用海砂產品
 
  引言
 
  海砂是沉睡在海底的重要固態資源,隨著我國海洋戰略的推進,和陸上砂資源的緊缺,特別是深圳先行示范區和上海臨港新片區的啟動,必將需要大量合格的建筑用海砂。廣東省自然資源廳為向香港和深圳機場跑道提供建筑用海砂,特發公告公開招標開采海砂,海砂的開發利用已經提到議事日程。本文從技術和產業化角度討論海砂開發利用的可行性。
 
  1、船用真空吸送技術及其在海砂開采利用中的用途
 
  1.1船用真空吸送技術簡介:
 
  海上傳統的挖砂技術是抓斗、鏈斗、斗輪式挖砂船,它們成本高效率低影響環境,已不適宜在現代海砂開發利用工程中使用,市場需要更有效的技術來取代傳統技術。
 
  船用真空吸送技術是真空技術、輸送技術和工程船舶技術相結合的綜合性施工技術。它依靠特別設計的真空吸頭吸取砂粒,依靠壓力水在管道內遠距離輸送砂漿,依靠工程船舶完善的水上水下的施工方式,安全連續地完成采砂、輸砂作業,因此,船用真空吸送技術是一套完整的采、輸、施工的技術系統。
 
  該技術系統在長江已作過長期的成功使用。特別是在長江枯水期的岸灘邊清除淤砂(此時長江邊的水極淺,一般挖泥船無法施工)、更能在長江洪水期的江心采吸建筑用砂(此時長江江心水深數十米、流速數米,一般采砂船也不能施工)。
 
  而該技術系統卻能在這些特殊場地長期采砂使用,且效果很好。
 
  能在很深的水下吸砂輸砂,又能在極淺的水中吸砂輸砂是船用真空吸送技術的最大特點!正是這一特點,決定了該技術在砂資源開發利用中的獨特應用價值。
 
  圖1是采用該技術設計成的設流式采砂船舶。該船是《國家“八·五”科技攻關重點項目》某課題的成果船。
 
  筆者有幸是該船核心技術的研發設計人。該船的實測性能為:采砂能力300立方米/小時,采砂深度(換成長臂后)30余米,排距150米。
 
圖1、射流式采砂船照片
 
  臺灣缺少建筑用河砂,常在大陸購買,該技術系統曾被臺灣知曉,臺灣某砂石公司為了向建筑市場提供砂石,約定聘請筆者去臺灣開發海砂,曾專去福建海邊為其作過采砂和海砂淡化試驗。正待去臺灣時,不料該砂石老板突然腦溢血去世,去臺灣開采利用海砂項目僅作了設計和前期試驗工作未能實施,但開發利用海砂資源一直是筆者退休后的技術推介愿望。
 
  綜上所述,可以認為:船用真空吸送技術若推廣應用到海砂資源(含遠、深海)的開采利用中將是可行的,使用時只需根據具體情況作相應總體設計即可。
 
  1.2、船用真空吸送技術在海砂開發利用中的用途
 
  從工程上看,海砂的開發利用某種程度上就是海砂的吸取與輸送過程,即從海底吸砂,在使用過程中輸送砂。
 
  海底的天然海砂不像河砂那樣是取之便可使用的,需明確:從海底采上的天然海砂只是原料砂,把它在陸地上直接銷售和使用是不行的,還需作一些處理加工工作,比如篩分、淡化、礦選等等,才能成為砂產品在市場上銷售使用。因而采上的海砂在處理加工過程中還要作很多輸送工作,這種輸送工作往往是在運砂船和處理加工點之間轉運、或者是在處理加工設備之間輸送,這類輸送工作量是很大的,是海砂利用的最大成本。海砂在利用過程中大量的輸送轉運工作是陸上傳統的皮帶運輸方式和車輛裝卸方法難以承擔的。船用真空吸送技術能使海砂的輸送用管道進行,因而成本得到較大的降低。
 
  顧名思義,船用真空吸送技術就是既能吸取又能輸送物料的技術,它既能在大水深下吸送砂粒,又能在無水的工況下吸送砂粒,而且是通過管道輸送的,是一種量大、連續、低成本的物料吸送技術。因而,在海砂開發利用項目中,船用真空吸送技術將有很多的吸送用途。它能在海底吸取原料砂、在處理加工過程中輸送砂,直至生產出各種砂產品。
 
  2、可實施的產業化開發項目
 
  2.1、海砂必須實施產業化開發利用
 
  海砂是重要的國土資源,是國家和地區長期的重要經濟來源之一,所以政府都要對海砂的開發利用實施有效的、規范的開發利用,故希望把這種資源的開發利用交給專業的有能力的產業公司去實施,也就是產業化開發利用。
 
  國際上海砂開發利用先進的美日澳等國早已如此,發展中的東南亞諸國也逐步走上了產業化的開發道路。我國雖然海砂資源開發利用還未正式起步,但海砂的濫采亂用在一些地區已泛濫成災,我國海砂資源產業化開發利用已是刻不容緩的了。
 
  海砂開發利用是一項大型產業,它既需成熟的技術支撐,又需大量的資金投入,絕非民間私人所能承擔得了的。況且,海砂的開發利用決不是挖砂賣砂那樣簡單,它涉及到政府、法規、環保、船舶運輸、海事安全、市場等等諸多環節,這是專業化的大產業公司才能履行的責任義務。所以,我國海砂資源開發利用只能走產業化發展道路。
 
  2.2、可實施的產業化項目
 
  海底的天然海砂吸送上船后如何利用?——向承接工程、生產海砂產品兩個方向發展。若借助船用真空吸送技術,可實施的產業化項目有:
 
  2.2.1海濱浴場建設、海灘養護工程;
 
  保障海岸線不退化,是國土資源保護的重要任務之一。砂質海岸因風浪、潮汐等自然力的浸蝕會發生岸線退縮、岸灘石化,影響人們生活和國民經濟發展。所以沿岸國家和地區常花大力整治海岸線和養護海灘。
 
  美國從上世紀七十年代即開始向海灘大量補砂,僅九十年代就完成了一百多項海灘養護工程。當時看似政府投資巨大,卻受益于本世紀,由于國際旅游高潮到來,這些經整治后的海灘吸引了不少游客,給一些地方帶來了意外的很好的旅游收入。
 
  同樣,我國也有漫長的海岸線,近幾十年來我國約有近50%的砂質海岸遭受不同程度的浸蝕,特別是人們劇烈的經濟活動,給天然的海濱浴場造成了很大破壞。
 
  許多美麗的天然浴場遭裸露、岸線后退變短、砂質粗化、海灘坡度變陡、不少海灘已失去浴場功能。
 
  其中尤以北京附近的北戴河海濱浴場為甚,它已嚴重影響到北戴河海濱旅游事業的發展。從2010年起,我國投入巨資對北戴河實施浴場修復和海灘整治,幾年來已向北戴河海灘累計補砂數百萬立方米。成為我國最大的海濱浴場修復和海灘治理工程。補充的砂源是取自幾公里外的海底海砂,用船運到浴場后均勻地鋪撒成沙灘。
 
  可以說海濱浴場修復和海灘治理工程就是一取砂、輸砂和鋪砂的過程。船用真空吸送技術將在此全過程中發揮獨有的作用,特別是在遠海取砂在岸灘均勻鋪砂作業中將是成效的。
 
  現在我國旅游事業已成為重要產業,沿海地區多有修復海濱浴場和建設新的海濱平浴場推動當地旅游事業發展的愿望,可以想之這將是海砂產業化開發利用的重要項目之一。
 
  2.2.2建筑用海砂的連續深度淡化;
 
  現在常用的海砂淡化方法實際上是:淡水沖洗(浸泡)+機械攪拌。這種方法海砂淡化不徹底,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術也是一種海砂淡化技術。其淡化原理當然也是使用淡水,首先它用真空把海砂以分散狀態逐步連續地吸入到輸送管中,在輸送管道中海砂被淡水邊沖刷邊輸送來進行淡化。因為海砂是分散的,海砂的表面可以盡可能多地被高速流動的淡水水流沖洗,淡化過程是連續大量地,而且可反復進行,所以淡化徹底。
 
  2013年中央電視臺在《3.15晚會》上曝光了“深圳海砂屋”問題,揭露了把未經徹底淡化的海砂冒充河砂用于造樓的惡劣事件,引起社會的廣泛關注。然而,海砂的濫采亂用并沒有停止,反而有逾演逾烈之勢。
 
  海砂淡化是一個沉重的話題,它本是技術問題,現已演變成了社會問題,因為它不是僅采用技術措施就能解決得了的,杜絕以次充好、假冒偽劣海砂問題很難!
 
  盡管于此,本文在此處還是要指出:船用真空吸送技術本身就是一海砂連續、深度淡化技術,淡化后的海砂可以達到國家相關質量標準,完全能用于生產海砂混凝土和建筑中,這是試驗和實踐證實了的。
 
  另外,為了防范非徹底淡化的海砂流入建筑市場,還應該采用現代信息技術和現代管理措施加以杜絕。只有綜合施策,海砂的濫采亂用問題才能解決。
 
  一旦海砂的假冒偽劣問題得到解決,海砂淡化市場將是極其巨大的,那時,淡化海砂項目將會是海砂利用的最大產業化項目,定能向建筑市場提供取代河沙的大量、高質量建筑用海砂,這將是船用真空吸送技術最大的應用場合之一!
 
  2.2.3、海底砂礦采選
 
  海砂中蕰藏著一些礦砂資源,是陸地礦產資源的補充,特別是某些重金屬和貴金屬砂礦是陸地稀缺的,如鋯、鈦、金等金屬是極重要的砂礦產品,大多來自于海底砂礦。所以國外很重視海底砂礦的開采利用,澳大利亞、泰國、印度、印度尼西亞等國家海濱砂礦的開采利用較多,已是這些國家重要的經濟來源。從技術上看,他們基本上還是采用疏浚船+選礦模式,開采海域還是在濱海淺海海域開采,有向深海采礦發展的需求。
 
  我國沿海也蕰藏著豐富的重金屬砂礦,藏量不少、分布不均,其中海南島的鋯、鈦砂礦最多,山東的金砂礦也不少。目前,我國除濱海金砂礦開采較多以外,其他品海底砂礦基本上沒有正式開采的案例,近年來海南某公司有志于從事鋯砂礦的開采,但尚在準備階段。
 
  實際的海砂選礦作業中最大的工作量仍舊是采砂和輸砂送砂作業,而且輸送環節更多、輸送量更大。不僅有采礦、選礦過程的礦砂輸送,更有大量尾礦的輸送和處理,因而輸送技術的提高、輸送能力的加強,是海底砂礦采選技術進步的發展方向之一。
 
  船用真空吸送技術曾在長江邊某小型金砂礦的采選試驗中作過輸送砂金礦的初步試驗,為一臺選金砂的跳汰選礦設備供給礦砂,試驗結果證明:該技術供礦濃度和供礦量與跳汰設備基本匹配。因此可以推斷:船用真空吸送技術獨特的吸送能力將在海底砂礦采選項目中也能承擔與選礦設備相適應的輸送砂礦的能力。
 
  2.2.4、工業、及民用砂產品的生產制備
 
  還有大量的非金屬工業原料,除建筑材料外還有石英石、金剛砂等等,他們的品種很多用途也很廣。
 
  石英石是生產玻璃的材料,特別是生產高級玻璃的必須材料,我國在渤海灣和東海儲藏量大,市場對石英石的需求很大,高級石英石的出口供不應求。
 
  磨料用的金剛砂在工業上用途較多,另外,隨著環保產業的發展,污水過濾用砂的需求明顯提高。與此類似的工業用砂、環保用砂、油田采油用壓裂砂等,將會隨著經濟的發展產生大量新的需求,它們也將由海砂產品來滿足。
 
  近幾年,隨著體育和娛樂事業的發展,人們旅游文體活動的增多,體育娛樂用砂也有了需求。典型的例子有:北京奧運會為了沙灘排球比賽,曾專門從海南東方市運來精選的海灘砂,使得沙灘排球比賽順利進行。奧運會后沙灘排球場地朝陽公園改建成了北京夏季海沙休閑園,每到夏季人滿為患。據悉,不少內陸城市都打算在風景秀美的河邊修建休閑沙灘,很需要優良的沙灘娛樂用沙,其需求前景是可預見的。
 
  3、海砂開發利用生產線建設
 
  采用船用真空吸送技術可以建成圖2所示的海砂開發利用生產線。
 
圖2、基于船用真空吸取技術的
 
 
  生產線說明:(1)該生產線方框圖是海砂綜合利用全部生產過程介紹,它是由方框和指向箭頭組成。方框表示各個生產(即處理)環節,方框中的文字說明該環節的功能和作用。
 
  指向箭頭表示海砂在生產過程中的輸送流向,箭頭旁的文字標明了船運的說明是以海船運輸方式輸送,未標明方式的全部為在船上用吸送方式輸送。
 
  (2)實際采用該流程圖開發利用海砂時應根據砂源的實際情況選擇建設相適宜的生產線。例如:若只需生產建筑用海砂,則此生產線就成為圖3所示。

責任編輯:王子祺
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