Crushed Stone: The Unsung Mineral Hero

Obsah

• Nejzákladnější minerální komodita
• Typy hornin používané pro drcený kámen
• Vápenec
• Dolomit a dolomitický vápenec
• Žula a Trap Rock
• Pískovec a křemenec
• Sopečný škvára a Scoria
• Mramor
• Drcený kámen vs. štěrk
• Doprava, dovoz, vývoz
• Recyklace
• Drcený kámen: Nabídka a poptávka
• Agregovaná ochrana

Mnoho druhů drceného kamene: Drcený kámen není „standardizovaná komodita“. Vyrábí se těžbou jednoho z několika typů hornin, jako je vápenec, žula, past, skála, čedič, dolomit nebo pískovec; drcení skály; a pak se rozdrcená hornina rozdělí na velikosti, které jsou vhodné pro zamýšlené konečné použití. Zamýšlené použití také určuje, který typ horniny by měl být použit.

Crushed Stone: The Unsung Mineral Hero: Na rozdrcený kámen se často pohlíží jako na jeden z nejnižších komodit, používá se však pro tak širokou škálu účelů v tolika odvětvích, že by měl být povýšen na pozici rozlišování. Je to geologická komodita, na které je postaveno téměř všechno. Slovo mrak slova Wordle výše ukazuje jen několik jeho rozmanitých použití.

„Unsung Mineral Hero“ je citát pozdního Deweyho Kirsteina, ekonomického geologa a jednoho z autorů, kteří se dozvídali brzy.

Nejzákladnější minerální komodita

Drcený kámen je nejzákladnější minerální komoditou na světě. Je hojný, široce dostupný a levný. Je to materiál, se kterým jsou lidé obeznámeni téměř ve všech částech světa.

V roce 2017 USA vyprodukovaly celkem asi 1,33 miliardy tun drceného kamene. To je v průměru asi čtyři tuny drceného kamene na každého občana. Většina lidí si těžko dokáže představit, jak byly v minulém roce použity čtyři tuny drceného kamene pro jejich užitek. To činí asi dvacet liber rozdrceného kamene na osobu a den po celý rok.

Většina drceného kamene se používá při výstavbě dálnic a staveb. Při výstavbě dvoupruhové asfaltové dálnice se na kilometr použije asi 25 000 tun drceného kamene. Při stavbě malé obytné podoblasti se v domácnosti používá asi 300 tun drceného kamene. Mnoho dalších použití drceného kamene je vidět ve slovním cloudu na této stránce. Větší seznam je uveden v tabulce v dolní části stránky.

Druhy hornin používaných k výrobě drceného kamene: Přibližné množství různých typů hornin používaných k výrobě drceného kamene ve Spojených státech v kalendářním roce 2017, kdy celková roční produkce činila přibližně 1,33 miliardy metrických tun kamene. Data z amerického geologického průzkumu (USGS).

Typy hornin používané pro drcený kámen

K výrobě drceného kamene se používá mnoho různých typů hornin. Mezi typy používané na výrobu drceného kamene ve Spojených státech v průběhu roku 2017 patří: vápenec, žula, pastový kámen, pískovec, křemenec, dolomit, sopečný škvára a skopie, mramor, břidlice, dacit, skořápka a vápnitá slída. Jejich relativní důležitost je uvedena v grafu na této stránce. Každý z těchto typů hornin je vhodný pro řadu použití a nevhodný pro ostatní. Stručný popis nejdůležitějších hornin pro drcený kámen je uveden níže.

Vápenec

Vápenec: Rozdrcený vápenec různých velikostí částic, zleva shora doleva ve směru hodinových ručiček: hrubý agregát, rozdrcený vápenec, důlní vápenec a jemné vápence.

Vápenec je hornina složená z uhličitanu vápenatého (CaCO)₃). Je to typ horniny, který se ve Spojených státech nejčastěji používá k výrobě drceného kamene. Toto postavení si drží, protože je široce dostupné a vhodné pro větší rozmanitost použití než jakýkoli jiný typ horniny.

Vápenec lze použít k výrobě cementu. Je to primární složka betonu. Používá se jako základní materiál pro dálnice, venkovské silnice, budovy a železniční stavby. Používá se pro výrobu zemědělského vápna a pro neutralizaci kyselin v chemickém průmyslu. Existuje mnoho produktů vyrobených z vápence, které spotřebovávají malý objem materiálu. Patří mezi ně drůbež, drť, terrazzo, sklo, sorbenty znečišťování ovzduší, důlní bezpečnostní prach, doplňky výživy zvířat, kosmetika, doplňky výživy a tok vysokých pecí, treska bezvousá.

Kromě své vhodnosti pro mnoho použití se vápenec používá také k výrobě drceného kamene, protože se snadno láme a je měkčí než ocel použitá v drcení, třídicích zařízeních a postelích nákladních vozidel. Ve srovnání s tvrdšími horninami, jako je křemenec, způsobuje vápenec mnohem menší opotřebení zařízení, se kterým přichází do styku.

Jako příklad si představte vůz naložený 10 tunami rozdrceného křemence. Každý kus křemene, který je v kontaktu s ložem a stranami postele, bude mít ostré hroty a hrany. Bude také mít tlak na veškerou horninu ve výše uvedené zátěži. Když řidič zvedne postel, aby vyložil náklad, každý kus křemene, který přichází do styku s ložem kamionu, zalomí drážku do kovu, když se vysune z výklopných dveří nákladního automobilu. Lůžko kamionu se ztenčí s každým vyloženým kamenem. Majitelé nákladních vozidel nebudou spokojeni, když budou muset po krátké době používání opravit nebo vyměnit své nákladní automobily. Podobné opotřebení nastane na drtícím zařízení, sítích a na každém zařízení, které přichází do styku s kamenem. Teď víte, proč těžební společnosti raději dělají vápenec než křemenec.

Dolomit a dolomitický vápenec

Dolomity (AKA "dolostone") a vápenec jsou velmi podobné skály. Dolomit je uhličitan hořečnatý vápenatý (CaMg (CO₃)₂), zatímco vápenec je uhličitan vápenatý (CaCO₃). Vápenec je účinnější pro výrobu cementu a pro neutralizaci kyselin. Dolomit má Mohsovu tvrdost 4 ve srovnání s vápencem s Mohsovou tvrdostí 3. Tento rozdíl v tvrdosti činí dolomit zřetelně trvanlivější, když je skála vystavena otěru.

Dolomity, dolomitické vápence a vápence mají podobné vzhledy a často se vyskytují společně ve skalních jednotkách těžených v jednom lomu; těží se však zřídka jako samostatné produkty. Významné množství materiálu uváděného jako "vápenec" ve výše uvedeném výsečovém grafu je ve skutečnosti dolomitický vápenec a dolomit.

Většina lomů prodává svou produkci jako „vápenec“, což je přijatelné pro zákazníky ve stavebnictví, pokud chemické složení horniny není důležité. Zákazníci, kteří se zajímají o horninu pro chemické, kyselé neutralizace, tok vysokých pecí nebo pro zemědělské účely, budou pravděpodobně požadovat horninu, která má chemické složení velmi čistého vápence nebo velmi čistého dolomitu.

Žula a Trap Rock

Drcená hornina: Rozdrcené vyvřelé horniny různého druhu, zleva shora doleva, ve směru hodinových ručiček: past na skálu, bílá žula, láva a červená žula.

Žula je laické jméno používané pro jakoukoli světle zbarvenou vyvřelinu, která se používá ve stavebnictví. Žula, granodiorit, diorit a rolyolit jsou některé z mnoha světle zbarvených vyvřelých hornin, které se ve stavebnictví nazývají „žula“.

„Trap rock“ je laické jméno používané pro jakoukoli tmavě zbarvenou vyvřelinu, která se používá ve stavebnictví. Čedič, peridotit, diabáza a gabbro jsou příklady pastí.

Žulová a pastová hornina jsou druhým a třetím nejčastěji používaným typem hornin pro výrobu drceného kamene. Jsou vynikající než vápenec, pokud se používají v kyselých vodách nebo půdách a když jsou vystaveny oděru. Mohou nahradit vápenec jako konkrétní kamenivo a v případě potřeby trvalého kameniva.

Někteří geologové nemají rádi, jak lidé v drceném kamenném průmyslu používají slovo „žula“. Toto odvětví prodává miliony tun „žuly“ ročně a používá slovo „žula“ tímto způsobem po generace. Nebudou měnit svou terminologii, aby uspokojili několik vybíravých geologů.

Pískovec a křemenec

Pískovec a křemenec jsou složeny především z křemene, velmi odolného minerálu, ale každý má své nedostatky ve stavebnictví, které omezuje jeho použití. Pískovec je obecně složen z pískových zrn cementovaných společně kalcitem, jílem nebo silikátovými minerály, které se vysrážely mezi pískovými zrny. Cement obvykle zcela nevyplňuje všechny mezery mezi zrny písku a zanechává porozitu, která se obvykle pohybuje mezi 5 a 30%. Tento pórový prostor umožňuje skále absorbovat vodu. Tato voda se zvětší v objemu až o 9% pokaždé, když zamrzne. V průběhu mnoha cyklů zmrazení a rozmrazení mají síly této expanze schopnost uvolnit zrna a rozbít skálu. To je důvod, proč pískovec není oblíbený pro dlouhodobé použití v oblastech, kde se vyskytují teploty mrazu.

Křemenec je pískovec, který byl proměněn. Proces metamorfismu zahřívá a komprimuje horninu a často způsobuje, že se zrna písku spojí dohromady. Toto může produkovat extrémně odolnou horninu, která obvykle nemá obavy z mrazu-tání pískovce. Křemenec může být ve skutečnosti tak odolný, že je obtížné těžit, manipulovat a transportovat na staveniště.

Quartzite má Mohsovu tvrdost 7. To ztěžuje těžkosti než drtičové čelisti, lopaty nakladače, klížidla, postele postele a další zařízení používaná k manipulaci a zpracování kamene. V důsledku toho může rychle způsobit velmi drahé opotřebení základního vybavení. Z tohoto důvodu se některé z nejodolnějších hornin ve Spojených státech vyhýbají stavebním účelům.

Sopečný škvára a Scoria

Sopečné škváry a skotie jsou vezikulární horniny, což znamená, že obsahují dutiny, které se vytvořily, když se ve skále zachytily bublinky plynu, když ztuhly z taveniny. Tyto dutiny snižují nosnost a trvanlivost materiálu při zmrazování a rozmrazování. Díky dutinám je ale skála světlejší. Drsnost povrchu kamene pomáhá účinně se vázat, když je použit jako betonový agregát. Tyto vlastnosti často dělají sopečné škváry a skály dobrými horninami pro výrobu lehkého kameniva, lehkého betonu a střešních granulí.

Nižší hustota sopečného popelníku a škrabky usnadňuje manipulaci při použití v krajinářství, sadbě, plynových griloch, saunách a dalších podobných aplikacích. Díky vysoké ploše těchto hornin jsou vhodné pro filtrační kámen v některých aplikacích pro likvidaci odpadních vod a drenáž. Díky svému úhlovému tvaru a nízké hustotě jsou vhodné pro použití jako trakční materiál, který se šíří po zasněžených dálnicích.

Mramor

Jemnozrnný mramor a dolomitický mramor lze rozdrtit a použít pro většinu stejných účelů jako vápenec. Když jsou hrubě krystalické, tyto kameny se často štěpí v důsledku štěpení, což může snížit jejich trvanlivost.

Některé bílé kuličky jsou dostatečně čisté, aby mohly být rozdrceny, zpracovány k odstranění nečistot a použity jako chemický kámen, treska bezvousá, plniva, plniva a dokonce i v kosmetice a doplňcích stravy pro lidi a zvířata. Tyto kuličky s vysokou čistotou tvoří jeden z nejcennějších drcených kamenů.

Štěrk: Tyto oblázky se zaoblenými tvary vytvářenými vodní dopravou jsou tím, co geologové nazývají „štěrk“. Většina lidí však používá slovo „štěrk“ zaměnitelně pro „štěrk“ nebo „drcený kámen“.

Drcený kámen vs. štěrk

Geologovi jsou „drcený kámen“ a „štěrk“ dva výrazně odlišné materiály. „Drcený kámen“ je komerční produkt vyrobený těžbou horniny a rozdrcením na hranaté kusy. „Štěrk“ je přírodní materiál, který se skládá z částic horniny přepravovaných vodou, které jsou v průměru větším než dva milimetry a obvykle mají v důsledku své vodní dopravy zaoblený tvar. Tvar zrn a role člověka při jejich výrobě jsou rozdíly, které oddělují drcený kámen od štěrku.

Průměrný člověk ve Spojených státech používá termín „drcený kámen“ jen zřídka. Místo toho se slovo „štěrk“ používá obecně pro téměř jakýkoli druh horninového materiálu s velikostí částic několika milimetrů. Jejich „štěrk“ zahrnuje jak drcený kámen, tak štěrk geologů.

Výroba drceného kamene v USA: Hodnota drceného kamene vyrobeného v roce 2015 podle státu. Tato mapa ukazuje hlavní produkční místa jako černé tečky a stavy jsou řazeny podle jejich výroby drceného kamene na základě hodnoty dolaru během kalendářního roku 2015. Histogram v dolní části obrázku zobrazuje stavy v pořadí podle pořadí.

Doprava, dovoz, vývoz

Drcený kámen je sypká komodita, která je velmi těžká a velmi nákladná na manipulaci a přepravu. V roce 2012 činily průměrné náklady na drcený kámen ve Spojených státech v místě závodu 9,75 USD za metrickou tunu. Přeprava na místo výkonu práce může výrazně zvýšit cenu kamene. Nejméně 80% drceného kamene vyprodukovaného ve Spojených státech opouští závod kamionem. Přeprava kamionem přidává dalších 12 až 15 centů na tunu-míle k dodaným nákladům na kámen. Například, pokud je závod 20 mil od místa výkonu práce, náklady na dopravu budou asi 2,40 až 3,00 $ za tunu.

Doprava po železnici a člunu snížila náklady na tunovou míli; nicméně jen velmi málo lomů je na železničních tratích nebo řekách. Většina kamene dodávaného po železnici nebo člunu musí být naložena do kamionu pro místní přepravu. Náklady na tuto manipulaci mohou být dalších 30 až 50 centů za tunu. Z tohoto důvodu je drcený kámen komoditou, která se obvykle spotřebuje lokálně, pokud je k dispozici materiál, který splňuje specifikace zakázky.

Některé metropolitní oblasti jsou velmi nákladné od nejbližšího zdroje drceného kamene. Tato města často obsluhují distribuční loděnice, které přijímají drcený kámen železnicí nebo člunem ze vzdálených lomů. To může výrazně zkrátit přepravní vzdálenost a poskytnout spotřebitelům ve městě kámen za nižší dodané náklady.

Velmi málo drceného kamene je dováženo nebo vyváženo ze Spojených států. Náklady na dopravu a manipulaci jsou tak vysoké, že méně než 1% domácí spotřeby drceného kamene ve Spojených státech je pokryto dovozem. S výjimkou některých pobřežních oblastí podložených širokou horninou sedimentu místo skály je drcený kámen vhodné kvality místně dostupný ve většině částí Spojených států.

Recyklované náhražky: Recyklované náhražky drceného kamene. Počínaje vlevo nahoře a ve směru hodinových ručiček: drcený beton, drcená stavební sutina, drcená cihla a drcený štěrk s asfaltem.

Recyklace

Ve Spojených státech společnosti recyklují stavební materiály a používají je jako náhradu za drcený kámen. Geologický průzkum Spojených států obdržel zprávy od výrobců, že v roce 2012 bylo recyklací vyrobeno přibližně 30 milionů tun náhrad z rozdrceného kamene. Tento roční počet roste, ale je považováno za mnohem nižší než skutečné množství recyklace, které se provádí, kvůli neoznámení a recyklaci prováděné mimo společnosti zařazené do jejich ročního průzkumu drceného kamene.

Použitý portlandský cement z míst demolice je často dopravován do lomu nebo do distribučního dvora, kde je drcen, zpracováván k odstranění kovu, tříděn podle velikosti a poté prodáván jako náhrada drceného kamene. Tento materiál funguje dobře jako výplň, základna vozovky a v dalších případech, kdy kámen nemusí splňovat přísné specifikace. Recyklace eliminuje potřebu úložiště a produkt lze prodat za 50 až 80% ceny těženého kamene.

Asfaltový beton je často recyklován specializovaným dlážděným zařízením, které může zbavit asfaltové silnice a vytvořit drcený produkt, který lze přímo použít na staveništi. Použité cihly a smíšené odpady z cihel a betonu jsou také drceny, tříděny a prodávány jako náhrada drceného kamene.

Graf produkce drceného kamene: Trendy výroby drceného kamene za posledních 100 let. Data z USGS. Výroba drceného kamene obecně roste, přičemž většina poklesů je způsobena významnými nebo menšími hospodářskými recesemi. Dramatický vzestup začal krátce po druhé světové válce, kdy bylo vyvinuto účinné kolejové zařízení.

Drcený kámen: Nabídka a poptávka

Poptávka po drceném kameni je poháněna vládními infrastrukturními projekty, komerční a rezidenční výstavbou a dalšími typy staveb. Čárový graf výše na této stránce ukazuje trend výroby drceného kamene ve Spojených státech v letech 1915 až 2017.

Malý drcený kámen byl používán před druhou světovou válkou, protože bylo velmi obtížné jej vyrobit. Po vývoji trvanlivého kolejového zařízení (jedna z mála válečných výhod) však výroba drceného kamene začala rychle růst. Růst byl přerušen recesemi v obecné ekonomice, které jsou v grafu znázorněny jako poklesy výroby různé velikosti. V současné době se poptávka stále zotavuje z Velké recese, ale odložená údržba infrastruktury a projekty by mohly generovat velkou poptávku po drceném kameni, jakmile se ekonomika zotaví.

Souhrnná mapa: Zjednodušené zobrazení mapy agregovaných zdrojů připravené geologickým průzkumem Arizony pro metropolitní oblast Phoenix a okolní regiony. V této oblasti jsou nekonsolidované písky a štěrky spojené s údolími potoků zdrojem snadno vytěžených a vysoce kvalitních stavebních materiálů.

Agregovaná ochrana

Spojené státy a většina ostatních zemí mají obecně obrovský zdroj rozdrceného kamene, který by na základě svého objemu mohl být považován za nevyčerpatelný. Tyto významné zdroje se však rychle zmenšují, protože nad nimi jsou stavěny budovy, silnice a komunity a kvůli ochraně, územnímu plánování a místním zákazům je půda omezena na těžbu.

Některá společenství obdržela hrubé probuzení, když se schválí velké stavební projekty, které přesahují schopnosti místních výrobců drceného kamene, ale nejbližší zdroj specifikačního kamene je vzdálený 60 mil. To může ztrojnásobit náklady na drcený kámen, zničit rozpočet aktuálního projektu a zvýšit náklady na drcený kámen pro všechny budoucí stavby.

Aby se tomu zabránilo, průmysl drceného kamene obhajuje identifikaci místních zdrojů drceného kamene a vyčlenění oblastí pro jejich rozvoj. Pokud se tak stane, lze zajistit místní zdroj drceného kamene a snížit náklady na každý budoucí dům, silnici a stavební projekt.

Některé státy si uvědomují důležitost agregované ochrany a vyžadují, aby místní samosprávy začlenily informace o agregovaných zdrojích do svých plánovacích snah. Arizonský geologický průzkum připravil souhrnné hodnocení zdrojů pro metropolitní oblast Phoenix a okolní regiony Arizony, aby pomohl místním vládám dodržovat státní právo.

„Sekce Agregátní ochrana v zákoně o zákonech (SB 1598) z roku 2011 vyžaduje, aby arizonské hrabství a obce revidovaly své obecné plány, aby identifikovaly agregát ve své jurisdikci, a provádějí politiky na zachování agregovaných zdrojů pro budoucí využití tím, že se vyhnou neslučitelnému využívání půdy.“

Vytvořili zobecněnou mapu, která zobrazuje geologické jednotky přítomné na povrchu, které byly nebo mohou být využity pro agregované zdroje. Popisy těchto geologických jednotek jsou zahrnuty do jejich hodnocení. Posouzení je k dispozici online, kde může sloužit jako nástroj územního plánování pro místní samosprávy a jako zdroj průzkumných údajů pro agregované výrobce.