Crushed Stone: The Unsung Mineral Hero

Innehåll

• Den mest grundläggande mineralvaran
• Bergarter som används för krossad sten
• Kalksten
• Dolomit och Dolomit kalksten
• Granit och Trap Rock
• Sandsten och kvartsit
• Volcanic Cinder och Scoria
• Marmor
• Krossad sten mot grus
• Transport, import, export
• Återvinning
• Krossad sten: utbud och efterfrågan
• Aggregat bevarande

Många typer av krossad sten: Krossad sten är inte en "standardiserad handelsvara." Det är tillverkat genom gruvdrift av en av flera typer av sten som kalksten, granit, fällsten, scoria, basalt, dolomit eller sandsten; krossa berget; och sedan avskärma det krossade berget till storlekar som är lämpliga för den avsedda slutanvändningen. Den avsedda användningen dikterar också vilken typ av berg som ska användas.

Crushed Stone: The Unsung Mineral Hero: Krossad sten betraktas ofta som en av de lägsta råvarorna, men den används för ett så brett utbud av syften i så många industrier att det bör höjas till en distinktionsposition. Det är den geologiska varan som nästan allt bygger på. Wordle-ordmoln ovan visar bara några av dess mångfald av användningsområden.

"Unsung Mineral Hero" är ett citat från den avdrivna Dewey Kirstein, ekonomisk geolog och en av författarnas tidiga handledare.

Den mest grundläggande mineralvaran

Krossad sten är världens mest grundläggande mineralvara. Det är rikligt, allmänt tillgängligt och billigt. Det är ett material som människor är bekanta med i nästan alla delar av världen.

Under 2017 producerade USA totalt cirka 1,33 miljarder ton krossad sten. Det är i genomsnitt cirka fyra krossade stenar för varje medborgare. De flesta människor har svårt att föreställa sig hur fyra ton krossat sten använts under det gångna året för deras fördel. Det motsvarar cirka 20 kilo krossad sten per person per dag under hela året.

Mest krossad sten används vid motorvägskonstruktion och byggande. Vid konstruktionen av en tvåfelts asfaltväg används cirka 25 000 ton krossad sten per mil. Vid byggandet av ett litet bostadsområde används cirka 300 ton krossat sten per hem. Många andra användningar av krossad sten kan ses i ordmoln på denna sida. En större lista ingår i tabellen längst ner på sidan.

Klipptyper som används för att göra krossad sten: Den ungefärliga mängden olika typer av sten som användes för att göra krossad sten i USA under kalenderåret 2017, då den totala årsproduktionen var cirka 1,33 miljarder ton sten. Data från United States Geological Survey (USGS).

Bergarter som används för krossad sten

Många olika bergarter används för att göra krossad sten. De typer som använts för att göra krossad sten i USA under 2017 inkluderar följande: kalksten, granit, fällsten, sandsten, kvartsit, dolomit, vulkaniskt cinder och scoria, marmor, skiffer, dacit, skal och kalkmarmel. Deras relativa betydelse visas i cirkeldiagrammet på denna sida. Var och en av dessa bergarter är lämpliga för ett antal användningsområden och olämpliga för andra. Nedan ges en kort beskrivning av de viktigare stenarna för krossad sten.

Kalksten

Kalksten: Krossad kalksten i olika partikelstorlekar, uppifrån till vänster medurs: grovt aggregerat, krossat kalksten, gruvkalksten och kalkstenar.

Kalksten är en sten som består av kalciumkarbonat (CaCO)₃). Det är den bergtyp som oftast används för att göra krossad sten i USA. Den har denna position eftersom den är allmänt tillgänglig och lämplig för en större mångfald av användningsområden än någon annan typ av berg.

Kalksten kan användas för att tillverka cement. Det är den primära ingrediensen i betong. Det används som basmaterial för motorvägar, landsbygdsvägar, byggnader och järnvägsbyggnad. Det används för att tillverka lantbrukskalk och för syraneutralisering i den kemiska industrin. Det finns många produkter tillverkade av eller med kalksten som konsumerar en liten mängd material. Dessa inkluderar fjäderfäkorn, terrazzo, glas, sorbenter för luftföroreningar, gruvsäkerhetsdamm, kosttillskott för djur, kosmetika, kosttillskott och masugnsflöde, vitling, bland andra.

Utöver dess lämplighet för många användningsområden, används kalksten också för att göra krossad sten eftersom den lätt bryts och är mjukare än det stål som används i krossutrustning, klassificeringsutrustning och lastbilsbäddar. Jämfört med hårdare stenar som kvartsit orsakar kalksten mycket mindre slitage på utrustningen som den kommer i kontakt med.

Föreställ dig som en lastbil med 10 ton krossad kvartsit. Varje bit kvartsit som är i kontakt med sängen och sidorna på truckbädden har vassa punkter och kanter. Det kommer också att ha trycket på hela berget i belastningen ovan applicerad på den. När föraren lyfter sängen för att dumpa lasten, kommer varje bit kvartsit som är i kontakt med lastbilsbädden tappar ett spår i metallen när den glider ut ur lastbilens baklucka. Lastbilsbädden kommer att bli tunnare med varje belastning av sten som dumpas. Lastbilsägare kommer inte att vara nöjda när de måste reparera eller byta ut sina lastbilar efter en kort tids användning. Liknande slitage kommer att förekomma på krossutrustning, skärmar och varje utrustning som kommer i kontakt med stenen. Nu vet du varför gruvföretag hellre vill stenbrott kalksten än kvartsit.

Dolomit och Dolomit kalksten

Dolomit (AKA "dolostone") och kalksten är mycket liknande stenar. Dolomit är ett kalciummagnesiumkarbonat (CaMg (CO₃)₂), medan kalksten är ett kalciumkarbonat (CaCO)₃). Kalksten är effektivare för tillverkning av cement och för neutralisering av syror. Dolomit har en Mohs-hårdhet på 4 jämfört med kalksten med en Mohs-hårdhet på 3. Denna hårdhetsskillnad gör dolomit tydligt mer hållbar när berget utsätts för nötning.

Dolomit, dolomitisk kalksten och kalksten har liknande uppträdanden och förekommer ofta tillsammans i klippaggregaten som bryts vid ett enda stenbrott; emellertid bryts de sällan som separata produkter. En betydande mängd av materialet som rapporteras som "kalksten" i cirkeldiagrammet ovan är faktiskt dolomitisk kalksten och dolomit.

De flesta stenbrott säljer sin produktion som "kalksten", vilket är acceptabelt för kunder inom byggbranschen om den kemiska sammansättningen av berget inte är viktig. Kunder som är intresserade av sten för kemisk, syraneutralisering, masugnsflöde eller jordbruksändamål kommer förmodligen att kräva berg som har den kemiska sammansättningen av en mycket ren kalksten eller en mycket ren dolomit.

Granit och Trap Rock

Krossad sten: Krossade stollar av olika slag, från vänster uppåt medurs: fällsten, vit granit, lavasten och röd granit.

Granit är laymansnamnet som används för alla ljusa stollar som används i konstruktionen. Granit, granodiorit, diorit och rhyolit är några av många ljusa stavar som kallas "granit" i byggbranschen.

"Trap rock" är ett laymansnamn som används för alla mörkfärgade stollar som används i konstruktionen. Basalt, peridotit, diabas och gabbro är exempel på fällsten.

Granit och fällsten är den andra och tredje mest använda stenarter för att producera krossad sten. De är överlägsna kalksten när de används i sura vatten eller jord och när de utsätts för nötning. De kan ersätta kalksten som ett betongaggregat och när ett hållbart aggregat behövs.

Vissa geologer gillar inte hur människor inom krossindustrin använder ordet "granit". Den branschen säljer miljoner ton "granit" per år och har använt ordet "granit" på detta sätt i generationer. De kommer inte att ändra sin terminologi för att tillfredsställa några picka geologer.

Sandsten och kvartsit

Sandsten och kvartsit består främst av kvarts, ett mycket hållbart mineral, men var och en har sina nackdelar inom byggbranschen som begränsar användningen. Sandsten består vanligtvis av sandkorn som cementeras tillsammans av kalk-, lera- eller silikatmineraler som har fällts ut mellan sandkornen. Cementen fyller vanligtvis inte helt alla hålrum mellan sandkornen, vilket lämnar en porositet som vanligtvis ligger mellan 5 och 30%. Detta porutrymme gör att berget kan absorbera vatten. Det vattnet kommer att expandera i volym med upp till 9% varje gång det fryser. Under många frys-tiningscykler har krafterna för denna expansion förmågan att lossna korn och bryta berget. Det är därför sandsten inte är populär för långvarig användning i områden där frysningstemperaturer uppstår.

Kvartsit är en sandsten som har metamorfoserats. Metamorfismens process värmer och komprimerar berget och får ofta sandkornen att svetsas samman. Detta kan producera en extremt slitstark sten som vanligtvis inte har frys-tina bekymmer av sandsten. Kvartsit kan faktiskt vara så hållbart att det är svårt att gruva, hantera och transportera till byggarbetsplatser.

Kvartsit har en Mohs-hårdhet på 7. Det gör det svårare än krossar, kranar, lastbilar, storleksskärmar, lastbilsängar och annan utrustning som används för att hantera och bearbeta stenen. Som ett resultat kan det snabbt lägga mycket dyrt slitage på nödvändig utrustning. Av den anledningen undviks något av USAs mest hållbara sten för konstruktionsbruk.

Volcanic Cinder och Scoria

Vulkaniskt cinder och scoria är vesikulära bergarter, vilket betyder att de innehåller håligheter som bildades när gasbubblor fångades in i berget när det stelnade från en smälta. Dessa håligheter minskar materialets bärande hållfasthet och frys-tö hållbarhet. Men tomrummen gör berget lättare. Stens ytråhet hjälper den att binda effektivt när den används som ett betongaggregat. Dessa egenskaper gör ofta vulkaniskt cinder och scoria till bra bergarter för att producera lättviktsaggregat, lättbetong och takgranulat.

Den lägre tätheten av vulkiskt cinder och scoria gör dem lättare att hantera när de används i landskapsarkitektur, planterare, gasgrillar, bastur och andra liknande användningar. De höga ytorna på dessa stenar gör dem lämpliga för filtersten i vissa avloppsvatten och dräneringsapplikationer. Deras vinkelform och låga densitet gör dem lämpliga för användning som dragmaterial som är spridd på snötäckta motorvägar.

Marmor

Finkornig marmor och dolomitisk marmor kan krossas och användas för de flesta av samma ändamål som kalksten. När de är grovkristallina, bryts dessa stenar ofta i bitar på grund av klyvning, vilket kan minska deras hållbarhet.

Vissa vita kulor är rena nog att de kan krossas, bearbetas för att ta bort föroreningar och användas som kemisk kvalitet sten, vitling, fyllmedel, extender och även i kosmetika och kosttillskott för människor och djur. Dessa kulor med hög renhet gör några av de mest värdefulla krossade stenen.

Grus: Dessa småstenar, med rundade former som produceras av vattentransport, är vad geologer skulle kalla "grus". Men de flesta använder ordet "grus" omväxlande för antingen "grus" eller "krossad sten."

Krossad sten mot grus

För en geolog är "krossad sten" och "grus" två tydligt olika material. "Krossad sten" är en kommersiell produkt tillverkad av gruvbrytning av sten och krossning av den i vinklade bitar. ”Grus” är ett naturligt material som består av vattentransporterade partiklar av berg som är större än två millimeter i diameter och vanligtvis har en rundad form som ett resultat av deras vattentransport. Kornens form och människans roll för att producera dem är skillnaderna som skiljer krossad sten från grus.

Den genomsnittliga personen i USA använder sällan termen "krossad sten." Istället används ordet "grus" generiskt för nästan alla typer av bergmaterial med en partikelstorlek över några millimeter. Deras "grus" inkluderar både den krossade stenen och grusarna från geologer.

Amerikansk krossad stenproduktion: Värdet av krossad sten producerad 2015, av staten. Denna karta visar stora produktionsplatser som svarta prickar, och stater rangordnas enligt deras produktion av krossad sten på ett dollarvärde under kalenderåret 2015. Histogrammet längst ner på bilden visar staterna i rangordning.

Transport, import, export

Krossad sten är en bulkvara som är mycket tung och mycket kostsam att hantera och transportera. 2012 var den genomsnittliga kostnaden för krossad sten i USA på anläggningsplatsen $ 9,75 per ton. Transport till arbetsplatsen kan öka kostnaden för stenen avsevärt. Minst 80% av den krossade stenen som produceras i USA lämnar anläggningen med lastbil. Lastbilstransporter lägger till ytterligare 12 till 15 cent per ton-mil till stenens levererade kostnader. Om till exempel anläggningen ligger 20 mil från arbetsplatsen kommer transportkostnaderna att vara cirka $ 2,40 till $ 3,00 per ton.

Järnväg och pråmtransport har sänkt kostnaderna per ton mil; Men mycket få stenbrott finns på järnvägslinjer eller floder. De flesta stenar som skickas med järnväg eller pråm måste sedan lastas i en lastbil för lokal transport. Kostnaden för den hanteringen kan vara ytterligare 30 till 50 cent per ton. Av denna anledning är krossad sten en vara som vanligtvis konsumeras lokalt så länge material som uppfyller jobbspecifikationerna är tillgängligt.

Vissa storstadsområden är ett mycket kostsamt avstånd från den närmaste källan till krossad sten. Dessa städer serveras ofta av distributionsgårdar som tar emot krossad sten med järnväg eller pråm från avlägsna stenbrott. Detta kan minska lastbilsavståndet avsevärt och ge stenkonsumenter till en lägre leveranskostnad.

Mycket lite krossad sten importeras till eller exporteras från USA. Transport- och hanteringskostnaderna är så höga att mindre än 1% av USA: s inhemska konsumtion av krossad sten uppfylls av importen. Med undantag för vissa kustområden som ligger under en bred sediment i stället för sten, är krossad sten av lämplig kvalitet lokalt tillgänglig i de flesta delar av USA.

Återvunna ersättare: Återvunnen ersättning för krossad sten. Börjar längst upp till vänster och går medurs: krossad betong, krossad byggnadsbrott, krossad tegel och krossad grus med asfalt.

Återvinning

I hela USA återvinner företag byggmaterial och använder dem som en ersättning för krossad sten. USA: s geologiska undersökning fick rapporter från producenter om att cirka 30 miljoner ton krossat stenersättningar producerades genom återvinning 2012. Detta årliga antal har ökat, men det tros vara mycket lägre än den verkliga mängden återvinning som görs, på grund av att rapportering och återvinning inte utförts utanför de företag som ingår i deras årliga undersökning av krossad sten.

Begagnad portlandcementbetong från rivningsplatser tas ofta till ett stenbrott eller till en distributionsgård, där den krossas, bearbetas för att ta bort metall, siktas till storlek och säljs sedan som en krossad substitut. Detta material fungerar bra som fyllning, vägbas och i andra användningar där stenen inte behöver uppfylla strikta specifikationer. Återvinning eliminerar behovet av en bortskaffningsplats, och produkten kan säljas för 50 till 80% av priset på stenbrott.

Asfaltbetong återvinns ofta med specialiserad beläggningsutrustning som kan bana en asfaltväg och producera en krossad produkt som kan användas direkt på arbetsplatsen. Begagnade tegelstenar och blandat tegel / betongavfall krossas, dimensioneras och säljs också som en krosssten ersättning.

Krossad stenproduktionsgraf: Produktionstrender för krossad sten under de senaste 100 åren. Uppgifter från USGS. Krossad stenproduktion har i allmänhet ökat, med de flesta av dropparna orsakade av stora eller mindre ekonomiska lågkonjunkturer. Den dramatiska uppgången började strax efter andra världskriget när effektiv spårutrustning utvecklades.

Krossad sten: utbud och efterfrågan

Efterfrågan på krossad sten drivs av statliga infrastrukturprojekt, kommersiella och bostadsbyggande och andra typer av byggande. Linjediagrammet ovan på denna sida visar utvecklingen av krossad stenproduktion i USA mellan 1915 och 2017.

Liten krossad sten användes före andra världskriget eftersom den var mycket svår att producera. Men efter utvecklingen av hållbar spårutrustning (en av de få fördelarna med krig) började produktionen av krossad sten växa snabbt. Tillväxten har avbrutits av lågkonjunkturer i den allmänna ekonomin, som visas i diagrammet som produktionsfall av olika storlek. För närvarande återhämtar sig efterfrågan från den stora lågkonjunkturen, men uppskjuten infrastrukturunderhåll och projekt kan generera en stor efterfrågan på krossad sten när ekonomin återhämtar sig.

Sammanlagd karta: Förenklad skildring av en sammanlagd resurskarta utarbetad av Arizona Geological Survey för Phoenix storstadsområde och omgivande regioner. I detta område är okonsoliderade sandar och graveller förknippade med strömdalar en källa till lätt grävda och högkvalitativa konstruktionsmaterial.

Aggregat bevarande

Förenta staterna och de flesta andra länder har i allmänhet en enorm krossad stenresurs som på grund av dess volym kan anses vara outtömlig. Men dessa betydande resurser krymper snabbt när byggnader, vägar och samhällen byggs ovanför dem och mark görs utanför gränserna för gruvdrift på grund av bevarande, zonering och lokala förbud.

Vissa samhällen har fått oförskämd uppvakningar när stora byggprojekt som överstiger förmågan hos lokala krossade stenproducenter godkänns, men den näst närmaste källan till specifikationssten är 60 mil bort. Detta kan tredubbla kostnaden för krossad sten, förstöra budgeten för det aktuella projektet och öka kostnaden för krossad sten för all framtida byggande.

För att undvika detta förespråkar krossindustrin att identifiera lokala krossade stenresurser och avsätta områden för deras utveckling. Om detta görs kan en lokal resurs av krossad sten säkerställas och kostnaden för varje framtida hem-, väg- och byggprojekt kan minskas.

Vissa stater inser vikten av sammanlagd bevarande och kräver att lokala myndigheter införlivar information om samlade resurser i deras planeringsinsatser. Arizona Geological Survey utarbetade en sammanlagd resursbedömning för Phoenix storstadsområde och omgivande regioner i Arizona för att hjälpa lokala myndigheter att följa statlig lagstiftning.

"Avsnittet om aggregerat skydd i Regulatory Bill of Rights, SB 1598, från 2011 kräver att Arizona-län och kommuner reviderar sina allmänna planer för att identifiera aggregerade i deras jurisdiktion och implementera policyer för att bevara aggregerade resurser för framtida användning genom att undvika inkompatibel markanvändning."

De producerade en generaliserad karta som visar de geologiska enheterna som finns på ytan som har varit eller kan utnyttjas för samlade resurser. Beskrivningar av dessa geologiska enheter ingår i deras bedömning. Utvärderingen är tillgänglig online där den kan fungera som ett landhanteringsplaneringsverktyg för lokala myndigheter och som en källa för rekognoseringsdata för aggregerade producenter.