海沙淡化处理技术方案

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海砂淡化处理技术方案
随着中国建筑业的蓬勃发展，作为建筑重要组成部分的混凝土，其需求量也随之增加。

砂子是混凝土主要组成材料，其用量也在逐年攀升，我国年需求建筑用砂将达到 26亿t，这对国内砂源储量是一个巨大挑战。

而如今中国河砂资源日益匮乏，河砂的开采也造成了生态环境的破坏，找到替代砂源变得极为迫切，因此人们将关注度转移到了储量丰富的海砂资源上。

海砂相比于河砂有其特有的优势，它成本低、粒形好、含泥量低，在未来大量合理的利用海砂，成为了必然的发展趋势，但海砂中含有较多有害的杂质，对混凝土的耐久性能有一定的影响，因此，我们需要合理、科学的使用海砂。

1、海砂利用现状：
由于全球人口增长、经济发展引发的高速城市化和工业化进程，同时陆地矿产和建筑用料资源不断减少以及环境保护的压力，极大地刺激了对海砂矿产的需求膨胀。

据统计，2003～2008 年，各国建筑用砂用量惊人，以人均消费砂用量计，韩国为 8.5t、日本为 7.8t，美国、德国和法国都达到 7t左右，英国为 3.6t，其中海砂占了相当的比例 (＞30%) 。

海砂在混凝土中应用存在以下问题：
（1）海砂中含有的氯盐主要有 KCl、MgCl 2 、CaCl 2 与 NaCl 等，氯离子会促使水泥中的硅酸盐类分解，加速水化反应的进行，在较短的时间内，生成较为致密的 C-S-H 胶体，造成钙钒石的含量较少，氯化铝酸盐水化物的含量较多，因此可使混凝土获得较高的早期强度，然而也会破坏钢筋的
钝态保护膜，从而导致钢筋腐蚀。

（2）海砂中含有的硫酸盐类主要为 Na 2 SO 4 ，由于SO 4 2- 会与水泥水化产物 Ca(OH) 2 反应生成 CaSO 4 ·2HO 2 水化物，再与水泥中的水化物发生化学反应，产生高硫酸铝酸钙又称钙钒石，导致体积膨胀，使混凝土产生龟裂，对混凝土的耐久性影响极大。

（3）贝壳主要成分为 CaCO 3 ，属于惰性材料，一般不与水泥发生化学反应，但这些轻物质往往呈薄片状，表面光滑，本身强度很低，且较易沿节理错裂，而且与水泥浆的黏结能力很差。

一般来说，当贝壳类等轻物质含量较多时，会明显使混凝土的和易性变差，使混凝土的抗拉、抗压、抗折强度等力学性能及抗冻性、抗磨性、抗渗性等耐久性能均有所降低，因此必须对海砂中贝壳类物质的含量加以限制。

1.1 国外海砂使用情况：
日本是最早使用海砂的国家之一，20 世纪 40 年代就开始使用海砂。

日本是岛国，河砂资源匮乏，根据 2004 年的统计，仅长崎、香川、福冈三地区的海砂年用量，就达 248711万吨。

日本沿海地区 90% 以上的建筑用砂都是海砂，但未出现过滥用海砂和“海砂屋”等问题。

日本严格规定每立方米混凝土中氯离子含量的限定值，日本土木学会编制的规范中规定，对于耐久性要求较高的钢筋混凝土，其氯离子总量不超过 0.3kg/m 3 ，一般钢筋混凝土的氯离子总量不超过 0.6kg/m 3 ，日本规范（JASS5）规定“海砂含盐量超过0.04% 又不得不使用时，必须采取减小水灰比、增加保护层厚度和使用阻锈剂等措施”。

美国混凝土学会（ACI201、ACI318）相关规定，预应力混凝土氯离子含量分别不超过0.06% 、0.06%、0.08%；潮
湿环境下或者有氯盐的情况下，氯离子含量不超过 0.1%、0.15%、0.2% 。

1.2 我国海砂使用情况：
我国最早使用海砂的地区主要是宁波、舟山、深圳等地，沿海地区一直存在着河砂资源不足的情况，就福建而言，由于受土地资源严重不足的制约，以及大规模发展临海工业和城市建设的需要，很大一部份土地是通过围海造地来提供的，这样仅福建本地就使用了大量的海砂；宁波市每年建设用砂中海砂的使用量在 80% 左右。

每年我国都有如此大量的海砂被使用，若没有按相关规定要求控制海砂氯离子含量，使用不规范，将会给建筑埋下危险隐患，也会对社会和人民财产安全造成威胁。

因此，为了规范建筑市场对海砂的使用，国家及地区相继出台了一系列控制标准及管理办法。

近年来，我国出台了有关规程，对海砂及混凝土拌合物中的氯离子最大含量进行了限定。

GB50164—2011《混凝土质量控制标准》规定，对于Ⅱ类海砂，氯化物含量应低于0.02%，在潮湿且含有氯离子环境中，对于普通钢筋混凝土水溶性氯离子最大含量应为 0.10%，预应力混凝土水溶性氯离子最大含量为 0.06%；JGJ52—2011《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定海砂中水溶性氯离子含量应低于0.03%。

台湾经济部标准检验局也明确规定混凝土氯离子含量的标准为 0.3kg/m 3。

近几年，由于高强混凝土的广泛应用，新公布的 JGJ/T281－2012《高强混凝土应用技术规程》也对海砂氯离子含量限定在≤0.03%，这较《混凝土质量控制标准》更严格，体现了国家规范及行业标准对混凝土用砂从严控制的目的。

2004 年国家建设部颁发的《关于严格建筑用海砂管理的意见》中明确规定：“建筑工程中采用的海砂必须是经过专门处理的淡化海砂，对钢筋混凝土，海砂中
氯离子含量不应大于 0.06%。

若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于 0.02%”。

住房和城乡建设部于2010 年 5 月 18 日发布《海砂混凝土应用技术规范》，将第3.0.1 条“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”作为强制性条文，必须严格执行工作。

2 、淡化海砂的应用：
2.1 建筑用河砂现状：
河砂是经过河水多年冲刷而形成的表面光滑的砂子种类，河砂形成周期较长，它可以算是一种不可再生的资源，目前河砂的储量随着中国经济和建筑业的迅猛发展，呈现逐渐减少甚至枯竭的趋势。

而且，河砂的开采对生态环境造成严重的破坏，每年开采的河砂，对河床及水利设施造成很大的破坏，降低了防汛能力，对环境产生一定的污染。

因此，减少河砂的使用并寻找其替代砂源，是目前急需解决的问题。

海砂是海里的石头在海浪的冲击下形成的颗粒，相比于河砂，海砂具有粒形好、含泥量低、成本低等特点，且我国沿海地区海砂资源相当丰富，资料显示我国浅海砂资源总量为 1.6 万亿t，发掘潜力巨大，分布集中，适合建筑的大规模开采应用。

然而，由于海水中存在大量的钠盐、镁盐，造成海砂中也大量存在这些腐蚀性盐类，国家明确规定，未经处理的海砂不能用于建筑上，面对储量如此丰富的海砂，我们怎样才能“变废为宝”呢？我国早在 1997 年就提出了淡化海砂的概念，在借鉴其他国家使用海砂拌制混凝土先例的基础上，目前，多地区已开始使用淡化海砂拌制混凝土，淡化海砂技术也在不断的改进和完善中。

2.2 淡化海砂优化：
世界很多发达国家如英国、日本、美国等很早就开始淡化海砂的生产和利用。

其中，日本是世界上淡化海砂最大的生产与使用国。

日本对海砂的除盐方法包括喷洒、浸泡、机械等方式。

我国宁波地区上世纪 90 年代就开始采用机械除盐的方法生产淡化海砂，积累了丰富的淡化海砂生产和使用经验。

传统淡化工艺是通过淡水冲洗及筛选去除海砂中有害物质，但淡化技术薄弱，浪费大量淡水资源，海砂淡化后技术指标缺乏系统的研究及评价，很容易造成淡化的不彻底，进而影响混凝土结构的耐久性能。

根据以上情况，天津等一些淡水缺乏的沿海城市提出使用中水—淡水处理海砂关键技术。

中水是指污水经处理后达到一定水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用、杂用水，搅拌站中水包括海水、搅拌站循环净化中水、收集雨水等。

中水的有效利用对于淡水资源缺乏的沿海城市，显得尤其重要。

中水—淡水海砂淡化工艺具体实施过程如下：首先，在冲洗前应先进行淡化效果试验，确定淡化砂水比及最佳淡化时间，以使海砂达到最佳的淡化效果；其次，利用中水进行初步淡化，去除一部分氯离子等杂质后，再利用淡水对海砂进行二次淡化，通过两次淡化，最终生产出符合要求的淡化海砂；最后，在解决淡化废水排放问题上，可将淡化后用水循环使用，循环过程中对水进行处理，去除其中氯离子等杂质再进行循环使用，这样不仅可以节约淡水资源，更实现了变废为宝，使淡化废水得到了有效利用。

待技术成熟后，努力实现海砂淡化—水质处理—循环使用的自动化工艺流程，并实现淡化废水零排放的目标。

3、淡化海沙工艺：
海砂淡化的主要目的，就是要将海砂中的氯离子降低到0.01%以下，并且永久不会产生氯离子缓释，符合国家建设用砂的标准。

然而达到这样的要求，就必须将海砂表面的氯化物彻底分解，与之将海砂分离，才能从根本上达到去除氯离子的目的。

目前，国际上对海砂进行处理的方法大致上有以下三种：海滩堆积法、淡水冲洗法、有害离子洗涤法。

海砂淡化项目采用最可靠的有害离子洗涤法，建有先进的海砂淡化生产线，海砂运抵再进行淡化处理，可控性强。

海沙淡化设备是海沙淡化的核心设备，它的作用是产生淡化剂去除并催化分解附着在海砂表面的氯离子有机氯化物，经过淡化机分解后的氯离子无机盐沉积物会漂浮在清洗水面上再经洗砂机溢流口排走，从而达到海沙除氯的效果，经其处理的海沙氯离子稳定性高，杜绝了氯离子缓释现象的发生，从而达到国际一类建筑用砂的质量标准。

海沙淡化设备的工作原理相对复杂，它是生成淡化剂的专用设备，是利用电化学反应分解附着在海砂表面或海砂缝隙内部的氯化物，不需要添加任何化学药剂，每天所需原料是一桶纯净水或者蒸馏水，对空气和水不会造成任何的污染，环保可以达标排放。

它是依靠电力将电解水获取的氧气转化为活性粒子，再利用等离子技术产生原子电子转移，从而增加清洗水的活性，对附着在海砂表层的氯离子沉积物进行强渗透和强氧化，在经过淡化机搅洗筒内进行强制搅洗，从而达到氯化物的分解与剥离。

海沙淡化设备的工作原理如同滚筒洗衣机，滚筒内设置螺旋叶片和抓斗，确保出料自动完成；滚筒旋转搅拌，供水系统连续不断注入淡水，对
海砂进行震荡冲洗，使含盐水不断地从分离筒低端口溢出，完成去盐工作。

淡化冲洗前，海砂需在淡水浸泡池浸泡24h，然后用装载机将其送入进料滑槽斗，滑槽斗的两边设有淡水进水口，机械振动辅以人工将海砂在不断冲击的淡水冲洗下进入清洗滚筒，旋转的搅拌滚筒对海砂进行充分的搅拌清洗，淡化后的海砂在滚筒内置螺旋叶片的推动下进入抓斗，经出料斗和出料皮带机至过筛，筛分出贝壳、珊瑚石等较大颗粒的杂质后输送到临时堆场，经检测合格后待用。

由于每批海砂有害离子含量不同，冲洗前需先进行淡化效果试验，检测人员根据试验数据调整进料滑槽斗的进砂量、淡水供水系统的进水量、滚筒旋转搅拌速度，达到海砂一次性淡化冲洗的最佳效果。