Crushed Stone: Der unbesungene Mineralheld

Inhalt

• Die grundlegendste Mineralware
• Gesteinsarten für Schotter
• Kalkstein
• Dolomit und Dolomitenkalkstein
• Granit und Trap Rock
• Sandstein und Quarzit
• Vulkanasche und Scoria
• Marmor
• Crushed Stone vs. Kies
• Transport, Importe, Exporte
• Recycling
• Schotter: Angebot und Nachfrage
• Gesamtkonservierung

Viele Arten von Schotter: Schotter ist keine "standardisierte Ware". Bei der Gewinnung werden verschiedene Gesteinsarten wie Kalkstein, Granit, Fallengestein, Schlacke, Basalt, Dolomit oder Sandstein abgebaut. den Felsen zerquetschen; und dann Sieben des gebrochenen Gesteins auf Größen, die für den beabsichtigten Endgebrauch geeignet sind. Der Verwendungszweck bestimmt auch, welche Gesteinsarten verwendet werden sollen.

Crushed Stone: Der unbesungene Mineralheld: Schotter wird oft als eines der niedrigsten Güter angesehen, wird jedoch in so vielen Branchen für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, dass er zu einer Position der Unterscheidung erhoben werden sollte. Es ist das geologische Gut, auf dem fast alles aufgebaut ist. Die obige Wordle-Wortwolke zeigt nur einige seiner vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten.

"Unsung Mineral Hero" ist ein Zitat des verstorbenen Wirtschaftsgeologen Dewey Kirstein und eines der frühen Vorgesetzten des Autors.

Die grundlegendste Mineralware

Schotter ist das grundlegendste Mineral der Welt. Es ist reichlich vorhanden, weit verbreitet und kostengünstig. Es ist ein Material, mit dem Menschen in fast allen Teilen der Welt vertraut sind.

Im Jahr 2017 produzierten die USA insgesamt rund 1,33 Milliarden Tonnen Schotter. Das sind durchschnittlich rund vier Tonnen Schotter pro Bürger. Den meisten Menschen fällt es schwer, sich vorzustellen, wie vier Tonnen Schotter im vergangenen Jahr zu ihren Gunsten verwendet wurden. Das sind ungefähr 20 Pfund Schotter pro Person und Tag für das ganze Jahr.

Der meiste Schotter wird im Autobahn- und Hochbau eingesetzt. Für den Bau einer zweispurigen Asphaltstraße werden pro Meile etwa 25.000 Tonnen Schotter verwendet. Für den Bau einer kleinen Wohnsiedlung werden pro Haus etwa 300 Tonnen Schotter verwendet. Viele andere Verwendungen von Schotter finden Sie in der Wortwolke auf dieser Seite. Eine größere Liste finden Sie in der Tabelle unten auf der Seite.

Gesteinsarten, aus denen Schotter hergestellt wird: Die ungefähre Menge verschiedener Gesteinsarten, die im Kalenderjahr 2017 in den Vereinigten Staaten zur Herstellung von Schotter verwendet wurden, als die jährliche Gesamtproduktion etwa 1,33 Milliarden Tonnen Stein betrug. Daten aus dem United States Geological Survey (USGS).

Gesteinsarten für Schotter

Viele verschiedene Gesteinsarten werden zur Herstellung von Schotter verwendet. Zu den Arten, die 2017 in den USA zur Herstellung von Schotter verwendet wurden, gehören: Kalkstein, Granit, Trap Rock, Sandstein, Quarzit, Dolomit, Vulkanschlacke und Scoria, Marmor, Schiefer, Dacit, Muschel und Kalkmergel. Ihre relative Bedeutung wird im Tortendiagramm auf dieser Seite angezeigt. Jeder dieser Gesteinsarten ist für eine Reihe von Verwendungszwecken geeignet und für andere ungeeignet. Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung der wichtigsten Gesteine ​​für Schotter.

Kalkstein

Kalkstein: Zerkleinerter Kalkstein mit verschiedenen Partikelgrößen von links oben im Uhrzeigersinn: Grobzuschlag, zerkleinerter Kalkstein, Kalkstein aus der Mine und Kalksteinfein.

Kalkstein ist ein Gestein aus Calciumcarbonat (CaCO₃). Es ist die Gesteinsart, die in den Vereinigten Staaten am häufigsten zur Herstellung von Schotter verwendet wird. Es hat diese Position inne, weil es weit verbreitet ist und sich für eine größere Vielfalt von Anwendungen eignet als jede andere Gesteinsart.

Aus Kalkstein kann Zement hergestellt werden. Es ist der Hauptbestandteil von Beton. Es wird als Ausgangsmaterial für Autobahnen, Landstraßen, Gebäude und den Eisenbahnbau verwendet. Es wird zur Herstellung von landwirtschaftlichem Kalk und zur Säureneutralisation in der chemischen Industrie verwendet. Es gibt viele Produkte aus oder unter Verwendung von Kalkstein, die ein geringes Materialvolumen verbrauchen. Dazu gehören unter anderem Geflügelkorn, Terrazzo, Glas, Luftverschmutzungssorbentien, Minensicherheitsstaub, Tierfutterzusätze, Kosmetika, Nahrungsergänzungsmittel und Hochofenflussmittel, Wittling.

Kalkstein eignet sich nicht nur für viele Zwecke, sondern wird auch zur Herstellung von Schotter verwendet, da er leicht bricht und weicher ist als der Stahl, der für Brechanlagen, Klassifizierungsanlagen und LKW-Ladeflächen verwendet wird. Im Vergleich zu härteren Gesteinen wie Quarzit verursacht Kalkstein wesentlich weniger Verschleiß an den Geräten, mit denen er in Kontakt kommt.

Stellen Sie sich als Beispiel einen LKW mit 10 Tonnen Quarzit vor. Jedes Stück Quarzit, das mit der Ladefläche und den Seiten der Ladefläche in Kontakt steht, weist scharfe Spitzen und Kanten auf. Es wird auch der Druck des gesamten Gesteins in der obigen Last darauf ausgeübt. Wenn der Fahrer die Ladefläche anhebt, um die Ladung abzuladen, wird jedes Stück Quarzit, das mit der Ladefläche des LKW in Berührung kommt, eine Rille in das Metall bohren, während es aus der Heckklappe des LKW herausgleitet. Die Ladefläche wird mit jeder abgeladenen Gesteinsladung dünner. LKW-Besitzer werden nicht glücklich sein, wenn sie ihre LKW nach kurzer Nutzungsdauer reparieren oder austauschen müssen. Ein ähnlicher Verschleiß tritt bei Zerkleinerungsgeräten, Sieben und allen Geräten auf, die den Stein berühren. Jetzt wissen Sie, warum Bergbauunternehmen lieber Kalkstein als Quarzit abbauen würden.

Dolomit und Dolomitenkalkstein

Dolomit (AKA "Dolostone") und Kalkstein sind sich sehr ähnlich. Dolomit ist ein Calciummagnesiumcarbonat (CaMg (CO₃)₂), während Kalkstein ein Calciumcarbonat (CaCO₃). Kalkstein ist wirksamer für die Herstellung von Zement und zur Neutralisation von Säuren. Dolomit hat eine Mohs-Härte von 4 im Vergleich zu Kalkstein mit einer Mohs-Härte von 3. Dieser Härteunterschied macht Dolomit deutlich haltbarer, wenn das Gestein einem Abrieb ausgesetzt ist.

Dolomit, Dolomitkalkstein und Kalkstein haben ein ähnliches Erscheinungsbild und treten häufig zusammen in den Gesteinsblöcken auf, die in einem einzigen Steinbruch abgebaut wurden. Sie werden jedoch selten als separate Produkte abgebaut. Eine signifikante Menge des Materials, das im obigen Tortendiagramm als "Kalkstein" angegeben ist, besteht tatsächlich aus Dolomitkalkstein und Dolomit.

Die meisten Steinbrüche verkaufen ihre Produktion als "Kalkstein", was für Kunden in der Bauindustrie akzeptabel ist, wenn die chemische Zusammensetzung des Gesteins nicht wichtig ist. Kunden, die sich für Gestein für chemische Zwecke, Säureneutralisation, Hochofenflussmittel oder landwirtschaftliche Zwecke interessieren, werden wahrscheinlich Gestein nachfragen, das die chemische Zusammensetzung eines sehr reinen Kalksteins oder eines sehr reinen Dolomits aufweist.

Granit und Trap Rock

Gesteinsbruch: Zerkleinertes magmatisches Gestein verschiedener Art von links oben im Uhrzeigersinn: Fallengestein, weißer Granit, Lavagestein und roter Granit.

Granit ist der Name eines Laien für jedes helle magmatische Gestein, das im Bauwesen verwendet wird. Granit, Granodiorit, Diorit und Rhyolith sind einige der vielen hellen magmatischen Gesteine, die in der Bauindustrie als "Granit" bezeichnet werden.

"Trap Rock" ist ein Laienname, der für jedes dunkle magmatische Gestein verwendet wird, das im Bauwesen verwendet wird. Basalt, Peridotit, Diabas und Gabbro sind Beispiele für Trap Rock.

Granit und Trap Rock sind die zweit- und dritthäufigste Gesteinsart zur Herstellung von Schotter. Sie sind Kalkstein überlegen, wenn sie in sauren Gewässern oder Böden verwendet werden und wenn sie Abrieb ausgesetzt sind. Sie können Kalkstein als Betonaggregat ersetzen und wenn ein dauerhaftes Aggregat benötigt wird.

Einige Geologen mögen es nicht, wie Menschen in der Schotterindustrie das Wort "Granit" verwenden. Diese Industrie verkauft jährlich Millionen Tonnen "Granit" und verwendet das Wort "Granit" auf diese Weise seit Generationen. Sie werden ihre Terminologie nicht ändern, um ein paar wählerische Geologen zufrieden zu stellen.

Sandstein und Quarzit

Sandstein und Quarzit bestehen hauptsächlich aus Quarz, einem sehr haltbaren Mineral, aber jedes hat seine Nachteile in der Bauindustrie, die seine Verwendung einschränken. Sandstein besteht im Allgemeinen aus Sandkörnern, die durch Calcit-, Ton- oder Silikatmineralien zusammengeklebt sind, die sich zwischen den Sandkörnern niedergeschlagen haben. Der Zement füllt normalerweise nicht alle Hohlräume zwischen den Sandkörnern vollständig aus und hinterlässt eine Porosität, die typischerweise zwischen 5 und 30% liegt. Durch diesen Porenraum kann das Gestein Wasser aufnehmen. Das Volumen dieses Wassers wird bei jedem Gefrieren um bis zu 9% erhöht. Während vieler Frost-Tau-Zyklen haben die Kräfte dieser Expansion die Fähigkeit, Körner zu entfernen und das Gestein zu brechen. Aus diesem Grund ist Sandstein für die langfristige Verwendung in Gebieten, in denen Gefriertemperaturen auftreten, nicht beliebt.

Quarzit ist ein Sandstein, der metamorphiert wurde. Der Prozess der Metamorphose erwärmt und komprimiert das Gestein und führt häufig dazu, dass die Sandkörner miteinander verschweißt werden. Dies kann ein extrem haltbares Gestein erzeugen, das normalerweise nicht die Frost-Tau-Bedenken von Sandstein aufweist. Quarzit kann tatsächlich so haltbar sein, dass es schwierig ist, es abzubauen, zu handhaben und auf Baustellen zu transportieren.

Quarzit hat eine Mohs-Härte von 7. Das macht es schwieriger als Brechbacken, Ladeschaufeln, Kalibrierungssiebe, LKW-Ladeflächen und andere Geräte, die zum Handhaben und Verarbeiten des Steins verwendet werden. Infolgedessen kann es schnell zu einem sehr teuren Verschleiß wesentlicher Geräte kommen. Aus diesem Grund werden einige der beständigsten Gesteine ​​in den Vereinigten Staaten für den Baugebrauch vermieden.

Vulkanasche und Scoria

Vulkanasche und Schlacke sind blasenförmige Gesteine, dh sie enthalten Hohlräume, die entstanden sind, als Gasblasen im Gestein eingeschlossen wurden, als es aus einer Schmelze erstarrte. Diese Hohlräume verringern die Tragfähigkeit und die Frost-Auftau-Haltbarkeit des Materials. Die Hohlräume machen den Stein jedoch leichter. Die Oberflächenrauheit des Steins hilft, ihn bei Verwendung als Betonaggregat effektiv zu binden. Diese Eigenschaften machen Vulkanasche und Schlacken oft zu guten Gesteinen für die Herstellung von Leichtzuschlagstoffen, Leichtbeton und Dachgranulat.

Die geringere Dichte von Vulkanasche und Schlacke erleichtert die Handhabung bei der Verwendung im Landschaftsbau, in Pflanzgefäßen, Gasgrills, Saunen und ähnlichen Anwendungen. Die große Oberfläche dieser Gesteine ​​macht sie für Filtersteine ​​in einigen Abwasserentsorgungs- und Entwässerungsanwendungen geeignet. Aufgrund ihrer eckigen Form und geringen Dichte eignen sie sich als Traktionsmaterial für schneebedeckte Autobahnen.

Marmor

Feinkörniger Marmor und Dolomitmarmor können zerkleinert und für die meisten Zwecke wie Kalkstein verwendet werden. Wenn diese Gesteine ​​grobkristallin sind, brechen sie häufig aufgrund von Spaltungen in Stücke, was ihre Haltbarkeit verringern kann.

Einige weiße Murmeln sind so rein, dass sie zerkleinert, zur Entfernung von Verunreinigungen verarbeitet und als chemischer Stein, Wittling, Füllstoffe, Streckmittel und sogar in Kosmetika und Nahrungsergänzungsmitteln für Mensch und Tier verwendet werden können. Diese hochreinen Murmeln gehören zu den wertvollsten gemahlenen Steinen.

Kies: Diese Kieselsteine ​​mit abgerundeten Formen, die durch den Wassertransport erzeugt werden, würden Geologen als "Kies" bezeichnen. Die meisten Leute verwenden jedoch das Wort "Kies" austauschbar entweder für "Kies" oder "Schotter".

Crushed Stone vs. Kies

Für einen Geologen sind „Schotter“ und „Kies“ zwei deutlich unterschiedliche Materialien. "Crushed Stone" ist ein kommerzielles Produkt, bei dem Gestein abgebaut und in eckige Stücke zerkleinert wird. „Kies“ ist ein natürliches Material, das aus wassergeführten Gesteinspartikeln besteht, die einen Durchmesser von mehr als zwei Millimetern haben und aufgrund ihres Wassertransports in der Regel eine abgerundete Form haben. Die Form der Körner und die Rolle des Menschen bei ihrer Herstellung sind die Unterschiede, die Schotter von Kies trennen.

Der Durchschnittsbürger in den Vereinigten Staaten verwendet selten den Begriff "Schotter". Stattdessen wird das Wort "Kies" generisch für fast jede Art von Gesteinsmaterial mit einer Partikelgröße von mehr als einigen Millimetern verwendet. Ihr "Kies" umfasst sowohl den Schotter als auch den Kies der Geologen.

US-Schotterproduktion: Wert des 2015 produzierten Schotter nach Bundesländern. Diese Karte zeigt die wichtigsten Produktionsstandorte als schwarze Punkte und die Bundesstaaten werden nach ihrer Produktion von Schotter auf Dollarbasis im Kalenderjahr 2015 eingestuft. Das Histogramm am unteren Rand des Bildes zeigt die Bundesstaaten in Rangfolge.

Transport, Importe, Exporte

Schotter ist ein Massengut, das sehr schwer und sehr teuer zu handhaben und zu transportieren ist. Im Jahr 2012 betrugen die durchschnittlichen Kosten für Schotter in den USA am Standort des Werks 9,75 USD pro Tonne. Der Transport zur Baustelle kann die Steinkosten erheblich erhöhen. Mindestens 80% des in den USA produzierten Schotterguts verlassen das Werk per LKW. Der LKW-Transport erhöht die Lieferkosten des Steins um 12 bis 15 Cent pro Tonne Meile. Befindet sich die Anlage beispielsweise 32 km vom Einsatzort entfernt, betragen die Transportkosten etwa 2,40 bis 3,00 USD pro Tonne.

Der Schienen- und Binnenschifffahrtsverkehr hat die Kosten pro Tonne Meile gesenkt. Es gibt jedoch nur sehr wenige Steinbrüche auf Schienen oder Flüssen. Der größte Teil des auf der Schiene oder per Lastkahn transportierten Steins muss dann für den Nahverkehr in einen Lastwagen verladen werden. Die Kosten für diese Handhabung können zusätzliche 30 bis 50 Cent pro Tonne betragen. Aus diesem Grund ist Schotter eine Ware, die normalerweise vor Ort verbraucht wird, solange Material zur Verfügung steht, das den Auftragsspezifikationen entspricht.

Einige Ballungsräume sind sehr teuer von der nächsten Schotterquelle entfernt. Diese Städte werden oft von Verteilerhöfen bedient, die Schotter per Bahn oder Lastkahn aus fernen Steinbrüchen erhalten. Dies kann die Transportentfernung erheblich verkürzen und den Verbrauchern in der Stadt Stein zu geringeren Lieferkosten liefern.

Sehr wenig Schotter wird in die Vereinigten Staaten eingeführt oder aus diesen ausgeführt. Die Transport- und Bearbeitungskosten sind so hoch, dass weniger als 1% des US-amerikanischen Inlandsverbrauchs an Schotter durch Importe gedeckt wird. Mit Ausnahme einiger Küstengebiete, die von einer breiten Sedimentebene anstelle von Gestein unterlegt sind, ist Schotter von geeigneter Qualität in den meisten Teilen der USA vor Ort erhältlich.

Recycelte Ersatzstoffe: Recycling-Ersatz für Schotter. Oben links beginnend im Uhrzeigersinn: Betonschotter, Bauschutt, Backsteinschotter und Schotter mit Asphalt.

Recycling

In den gesamten USA recyceln Unternehmen Baumaterialien und verwenden sie als Ersatz für Schotter. Die United States Geological Survey erhielt Berichte von Herstellern, wonach im Jahr 2012 rund 30 Millionen Tonnen Schotterersatzstoffe durch Recycling hergestellt wurden. Diese jährliche Zahl ist gestiegen, liegt jedoch vermutlich weit unter der tatsächlichen Menge an Recycling, die durchgeführt wird. aufgrund der Nichtberichterstattung und des Recyclings außerhalb der Unternehmen, die in ihre jährliche Schotterumfrage einbezogen wurden.

Gebrauchte Portlandzementbetone von Abbruchstandorten werden häufig in einen Steinbruch oder in einen Verteilerhof verbracht, wo sie zerkleinert, zur Entfernung von Metall verarbeitet, auf Maß gesiebt und dann als Schotterersatz verkauft werden. Dieses Material eignet sich gut als Füllmaterial, Straßenuntergrund und für andere Zwecke, bei denen der Stein nicht den strengen Spezifikationen entsprechen muss. Das Recycling macht eine Entsorgungsstelle überflüssig und das Produkt kann für 50 bis 80% des Steinbruchpreises verkauft werden.

Asphaltbeton wird häufig von speziellen Pflasterausrüstungen recycelt, mit denen eine Asphaltstraße abgetragen und ein zerkleinertes Produkt hergestellt werden kann, das direkt auf der Baustelle verwendet werden kann. Gebrauchte Ziegel und gemischte Ziegel- / Betonabfälle werden ebenfalls zerkleinert, gemahlen und als Schotterersatz verkauft.

Schotterproduktionsdiagramm: Schotterproduktionstrends der letzten 100 Jahre. Daten von USGS. Die Schotterproduktion hat im Allgemeinen zugenommen, wobei die meisten Rückgänge durch größere oder kleinere wirtschaftliche Rezessionen verursacht wurden. Der dramatische Aufstieg begann kurz nach dem Zweiten Weltkrieg mit der Entwicklung effektiver Gleisausrüstung.

Schotter: Angebot und Nachfrage

Die Nachfrage nach Schotter wird durch staatliche Infrastrukturprojekte, den Gewerbe- und Wohnungsbau sowie andere Bauarten bestimmt. Das Liniendiagramm oben auf dieser Seite zeigt die Entwicklung der Schotterproduktion in den USA zwischen 1915 und 2017.

Vor dem Zweiten Weltkrieg wurde wenig Schotter verwendet, da die Herstellung sehr schwierig war. Nach der Entwicklung langlebiger Gleisanlagen (einer der wenigen Vorteile des Krieges) begann die Produktion von Schotter rasch zuzunehmen. Das Wachstum wurde durch Rezessionen in der allgemeinen Wirtschaft unterbrochen, die in der Grafik als Produktionsrückgänge unterschiedlicher Größe dargestellt sind. Gegenwärtig erholt sich die Nachfrage immer noch von der großen Rezession, aber eine verzögerte Wartung der Infrastruktur und von Projekten könnte zu einer großen Nachfrage nach Schotter führen, wenn sich die Wirtschaft erholt.

Gesamtkarte: Vereinfachte Darstellung einer vom Arizona Geological Survey erstellten Ressourcengesamtkarte für die Metropolregion Phoenix und die umliegenden Regionen. Unverfestigter Sand und Kies in Verbindung mit Bachtälern sind in diesem Gebiet eine Quelle für leicht aushubbare und hochwertige Baumaterialien.

Gesamtkonservierung

Die Vereinigten Staaten und die meisten anderen Länder verfügen im Allgemeinen über enorme Schottervorkommen, die aufgrund ihres Volumens als unerschöpflich gelten könnten. Diese bedeutenden Ressourcen schrumpfen jedoch rapide, da Gebäude, Straßen und Gemeinden über ihnen gebaut werden und das Land aufgrund von Naturschutz-, Gebietsschutz- und örtlichen Verboten für die Bergbautätigkeit gesperrt ist.

Einige Gemeinden haben ein unhöfliches Erwachen erlebt, als große Bauprojekte genehmigt wurden, die die Fähigkeiten lokaler Schotterproduzenten übertreffen, aber die nächstgelegene Quelle für Spezifikationsstein ist 100 km entfernt. Dies kann die Kosten für Schotter verdreifachen, das Budget für das aktuelle Projekt sprengen und die Kosten für Schotter für alle zukünftigen Bauarbeiten erhöhen.

Um dies zu vermeiden, plädiert die Schotterindustrie dafür, lokale Schottervorkommen zu identifizieren und Gebiete für ihre Entwicklung freizulegen. In diesem Fall kann eine lokale Ressource für Schotter sichergestellt und die Kosten für jedes zukünftige Haus, jede Straße und jedes zukünftige Bauprojekt gesenkt werden.

Einige Staaten sind sich der Bedeutung des Gesamtschutzes bewusst und verlangen von den Kommunalverwaltungen, Informationen über die Gesamtressourcen in ihre Planungsbemühungen einzubeziehen. Die Arizona Geological Survey erstellte eine aggregierte Ressourcenbewertung für die Metropolregion Phoenix und die umliegenden Regionen von Arizona, um die Kommunalverwaltungen bei der Einhaltung der staatlichen Gesetze zu unterstützen.

"Der Abschnitt" Aggregate Protection "der" Regulatory Bill of Rights "(SB 1598) von 2011 schreibt vor, dass die Bezirke und Gemeinden in Arizona ihre allgemeinen Pläne zur Ermittlung von Aggregaten in ihrem Hoheitsgebiet überarbeiten und Richtlinien einführen müssen, um aggregierte Ressourcen für die künftige Nutzung zu erhalten, indem inkompatible Landnutzung vermieden wird."

Sie erstellten eine verallgemeinerte Karte, die die an der Oberfläche vorhandenen geologischen Einheiten darstellt, die für aggregierte Ressourcen ausgenutzt wurden oder werden können. Beschreibungen dieser geologischen Einheiten sind in ihrer Bewertung enthalten. Die Bewertung ist online verfügbar und kann als Planungsinstrument für die Landbewirtschaftung von Kommunen und als Quelle für Aufklärungsdaten für die Aggregathersteller dienen.