本發(fā)明涉及一種通過(guò)使用細(xì)砂(fS/FSa)和/或圓砂形式的砂作為起始物料的熱處理來(lái)生產(chǎn)人工破碎砂或壓碎砂的方法和裝置。

背景技術(shù)：

根據(jù)定義，砂的名稱用于由粒度從0.063mm至2mm的單個(gè)礦物顆粒組成的所有非固化巖石沉積物。根據(jù)DIN 4022，各種類型的砂根據(jù)其粒度、表面和形狀來(lái)區(qū)分。依據(jù)粒度分布，砂被劃歸成細(xì)砂(fS/FSa)、中砂(mS/MSa)或粗砂(gS/CSa)。砂的進(jìn)一步細(xì)分由術(shù)語(yǔ)“圓砂”和“多角砂”規(guī)定。圓砂主要包括圓形組分。它們主要發(fā)現(xiàn)在沙漠地區(qū)，且主要存在于細(xì)砂(fS/FSa)粒度范圍內(nèi)。多角砂又被細(xì)分成天然產(chǎn)生的破碎砂和人工制造的破碎砂，即所謂的壓碎砂。天然破碎砂主要通過(guò)抽吸海床和河床而獲得。

對(duì)混凝土巨大且不斷增長(zhǎng)的需求也導(dǎo)致對(duì)砂的需求顯著增加。因此，混凝土包括約70％的巖石顆粒和剩余30％的水和水泥?；炷林械膸r石顆粒也被稱為骨料，由卵石和粒度范圍從0.025至16或32mm(取決于粒度分布曲線)的砂組成。通常，這些骨料包括約30％的細(xì)顆粒成分，即粒度小于2mm。因此，混凝土由約21％的砂制成。混凝土的細(xì)顆粒成分隨其使用領(lǐng)域而變化：已經(jīng)提到的混凝土的粒度分布曲線提供了關(guān)于骨料的確切組成的信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員將巖石顆粒的細(xì)顆粒成分稱為所謂的“破碎顆?！?。將破碎的砂用作細(xì)顆粒骨料對(duì)于混凝土的強(qiáng)度是至關(guān)重要的，因?yàn)橹挥羞@些顆粒才可以相互阻擋，由此從內(nèi)部支撐混凝土。

已知，原則上，沙漠沙和沿海沙的礦物組成主要在兩點(diǎn)上有所不同。雖然普通的沿海沙粒一般被劃歸到中砂(mS/MSa)至粗砂(gS/CSa)的范圍內(nèi)，且同時(shí)具有鋒利邊緣的形狀和粗糙的表面，沙漠沙粒通常是具有主要為圓形的幾何形狀和光滑表面的細(xì)砂(fS/FSa)類別的礦物顆粒。沿海沙和沙漠沙的礦物顆粒的命名差異可以簡(jiǎn)單地通過(guò)沙漠沙粒明顯更嚴(yán)重的風(fēng)化來(lái)解釋，沙漠沙粒通過(guò)連續(xù)漂移和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)而磨損，使它們不斷地變得更小，更圓和更光滑。

此外，已知這些明顯的非實(shí)質(zhì)性差異主要使建筑業(yè)面臨重大問(wèn)題，因?yàn)樯衬秤捎谄洳焕念w粒性質(zhì)不適合在海中堆積新土地，也不適合在混凝土和水泥的生產(chǎn)中用作細(xì)顆粒骨料(請(qǐng)參見Delestrac，D.(導(dǎo)演)(2013)，砂子-新的環(huán)境定時(shí)炸彈，【紀(jì)錄片】法國(guó)：ARTE頻道)。迄今為止，最多只有小比例的細(xì)顆粒骨料被沙漠沙取代-在技術(shù)上無(wú)法直接使用沙漠沙替代沿海沙。

因?yàn)殛懙厣咸烊划a(chǎn)生的破碎砂的來(lái)源已經(jīng)大量消耗，同時(shí)，廣袤的沙漠中的沙子-其繼續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)大-不適合生產(chǎn)混凝土，所以這只剩下從海底泵汲砂子。在這種情況下，植被被嚴(yán)重破壞。同時(shí)，自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加，這主要是對(duì)沿海居民的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于過(guò)高的鹽含量會(huì)極大地加速腐蝕(主要是在鋼筋混凝土中)，含鹽海砂必須在用作用于生產(chǎn)混凝土的骨料之前以昂貴的方式清潔。

將開發(fā)一種環(huán)保且可大量生產(chǎn)的用于生產(chǎn)壓碎砂的方法，以便彌補(bǔ)天然破碎砂的缺乏，并阻止沿海地區(qū)的持續(xù)負(fù)荷。

以下方法用于現(xiàn)有技術(shù)，以彌補(bǔ)破碎砂或壓碎砂，尤其是多角中砂(mS/MSa)的迅速增長(zhǎng)的缺乏。目前，正在嘗試使用法律步驟停止沿海沙和海砂的挖掘，使得砂的價(jià)格趨于上漲，同時(shí)非法挖掘交易日益突出。一個(gè)主要部分是壓碎砂的生產(chǎn)，也就是，通過(guò)在非常大的破碎機(jī)中粉碎礫石和卵石來(lái)生產(chǎn)人工破碎砂。事實(shí)上，這種方法用于人工生產(chǎn)破碎砂(壓碎砂)，但是在這種情況下，必須把較大的巖石沉積物打碎，因此這個(gè)過(guò)程促使了沙漠?dāng)U張。同時(shí)，壓碎砂的價(jià)格明顯高于天然破碎砂(沿海沙)的價(jià)格，因?yàn)楸仨殲榘嘿F的高性能的粉碎機(jī)器提供巨大的能量需求。相比之下，廢玻璃的再循環(huán)代表了明顯更有效的途徑，因?yàn)橥ㄟ^(guò)廢玻璃的粉碎和分解，可以制造人工破碎砂，除此之外，其還適于生產(chǎn)混凝土。但是，由于物流原因，這種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)所需的砂量，即全世界所需的混凝土生產(chǎn)。此外，研究團(tuán)隊(duì)正在不斷地尋求加速自然風(fēng)化過(guò)程的方法。這些途徑包括用高電壓閃光轟擊巖石碎片以獲得砂的最終產(chǎn)物(Jüngling，T.(2014)，尋求更多的砂子(線上)獲?。篽ttp：//www.welt.de/wirtschaft/webwelt/article127216019/Die-lebensnotwendige-Jagd-nach-mehr-Sand.html[01.05.2014])。如果有的話，這種方法只提供一個(gè)中期解決方案，因?yàn)樗布铀倭松衬當(dāng)U張。有一天，將以這種方式引起用于轟擊的巖石缺乏-正如用礫石和卵石生產(chǎn)壓碎砂的情況。生產(chǎn)高壓閃光所需的大量能量完全排除了這種方法。最后一個(gè)重要的研究領(lǐng)域是建筑化學(xué)，主要是尋找砂和合適的粘合劑的合成替代品。通過(guò)改變水泥漿，研究人員正試圖開拓沙漠沙的潛力或?qū)ふ移渌铣晌镔|(zhì)來(lái)生產(chǎn)混凝土。

所提出的方法都沒(méi)有提供滿足對(duì)砂的需求的可大量生產(chǎn)且環(huán)保的解決方案。沒(méi)有一種方法在本發(fā)明描述的點(diǎn)上與問(wèn)題接合。必須開發(fā)一種方法，以使沙漠中的大量砂子既可用于生產(chǎn)混凝土，也可用于恢復(fù)新土地。

從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，提出了一種通過(guò)使用細(xì)砂(fS/FSa)和/或圓砂形式的砂作為起始物料的熱處理來(lái)生產(chǎn)人工破碎砂或壓碎砂的方法和裝置，以及相應(yīng)地產(chǎn)生的具有從屬權(quán)利要求特征的破碎砂或壓碎砂。在這種情況下，沙漠沙-由于其被提到的屬性也稱為細(xì)砂(fS/FSa)和圓砂-被首先熔融以形成中間產(chǎn)物，然后再打碎得到的聚合物，以獲得破碎砂或壓碎砂，尤其是多角中砂(mS/MSa)，作為最終產(chǎn)物。

從DE 3248537 C2已知一種方法，其中由石英砂制成同時(shí)具有低密度和高強(qiáng)度的燒結(jié)成型體。根據(jù)此方法，石英砂首先被填充到給定的模具中。在優(yōu)選實(shí)施例中，這些模具被實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)電的，使得在模具內(nèi)可以施加高壓電場(chǎng)，必須保持高壓電場(chǎng)直到燒結(jié)過(guò)程。通過(guò)電場(chǎng)的作用，燒結(jié)模具中的單個(gè)砂粒采取具有相對(duì)高孔隙率的給定空間排列。這種高孔隙率隨后對(duì)于燒結(jié)成型體的低密度是決定性的。在最終燒結(jié)過(guò)程中，在明顯低于熔點(diǎn)的溫度下在模具內(nèi)燒結(jié)石英砂。在DE 19516867 A1中，DE 3248537 C2的用于生產(chǎn)低密度的燒結(jié)成型體的方法的參數(shù)被再次修改，而且一些錯(cuò)誤假設(shè)已被改正。因此，燒結(jié)過(guò)程的溫度范圍不設(shè)置為最初假定的1400-1650℃，而是明顯更低大約為1250-1350℃。起始物料的組成也被更精確地限定并限于50-75％SiO₂與50-25％Al₂O₃的組成。以這種方式獲得的燒結(jié)成型體可以多用途地用作瓷磚、地磚、屋頂瓦、磚和其它建筑材料，但是它們不能替代混凝土中的細(xì)顆粒骨料。即使將這些燒結(jié)成型體粉碎成小于2mm的碎片-這不是兩個(gè)專利說(shuō)明書中任意一個(gè)的目標(biāo)-也不能獲得所需的多角中砂(mS/MSa)。其原因在于燒結(jié)過(guò)程，因?yàn)楦哌_(dá)1600℃(DE 3248537 C2中的最大值)的溫度明顯低于砂的熔點(diǎn)(1713℃)。砂粒沒(méi)有完全熔融，而只是通過(guò)其表面的軟化而結(jié)合。這被稱為結(jié)塊。結(jié)塊意味著沒(méi)有形成新的晶界。在隨后粉碎過(guò)程中，所需的“破碎顆?！币惨虼瞬荒塬@得，而只是再次獲得初始產(chǎn)物，因?yàn)榫酆衔飼?huì)在其粘結(jié)點(diǎn)處分裂。沙漠沙的轉(zhuǎn)化不會(huì)在此發(fā)生，尤其是在所述溫度下。砂的熔融和新晶界的產(chǎn)生不是任何專利說(shuō)明書的目標(biāo)，并且對(duì)于成功的最終產(chǎn)物，即低密度且高強(qiáng)度的燒結(jié)成型體，必須絕對(duì)避免。單個(gè)顆粒的熔融以及因此新晶界的產(chǎn)生將破壞與低密度直接相關(guān)的空腔，且由此導(dǎo)致高密度的最終產(chǎn)物，因?yàn)椴荒鼙３钟呻妶?chǎng)以巨大努力產(chǎn)生的孔隙率。另外的缺點(diǎn)是必須使用(昂貴的石墨)模具，這種模具的填充和排空過(guò)程在其他自動(dòng)化過(guò)程中表現(xiàn)為不連續(xù)的處理步驟。該方法不太適合大規(guī)模生產(chǎn)，甚至更不適合用于大規(guī)模生產(chǎn)所需的砂量。最后，通過(guò)產(chǎn)生和維持高壓電場(chǎng)，連續(xù)的隧道爐的操作和普遍復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)和制造，這個(gè)方法是高成本耗能的方法。用這種方法生產(chǎn)的砂將因此沒(méi)有銷售利潤(rùn)前景。

另一種更經(jīng)濟(jì)的燒結(jié)砂粒的方法也從現(xiàn)有技術(shù)中已知。在馬庫(kù)斯·凱瑟的“太陽(yáng)能燒結(jié)項(xiàng)目”中，砂在太陽(yáng)能的作用下被燒結(jié)以用于美學(xué)創(chuàng)造(請(qǐng)參見Kayser，M.(2011)太陽(yáng)能燒結(jié)，(線上)獲取http：//www.markuskayser.com/work/solarsinter/[01.05.2014])。在此背景下，太陽(yáng)光線被集束在透鏡中并聚焦到砂層上，使得可以用與已知的3D打印方法相應(yīng)的方式用粉末起始物料創(chuàng)造三維結(jié)構(gòu)。該方法表示權(quán)利要求1中所述發(fā)明的子過(guò)程，其基本區(qū)別為在根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明中，不產(chǎn)生燒結(jié)成型體，而是產(chǎn)生熔融體。燒結(jié)成型體具有與上面已經(jīng)參考DE 3248537 C2描述的相同的缺點(diǎn)。而且，在“太陽(yáng)能燒結(jié)項(xiàng)目”中的方法決不意味著生產(chǎn)多角中砂(mS/MSa)或壓碎砂，而是限于產(chǎn)生燒結(jié)成型體，主要用于美學(xué)創(chuàng)造。

上述燒結(jié)方法中沒(méi)有一種提供了一種轉(zhuǎn)化沙漠沙的方法，即將圓砂或細(xì)砂(fS/FSa)轉(zhuǎn)化成多角中砂(mS/MSa)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了對(duì)最后資源(即天然破碎砂)的完全替代，以及經(jīng)濟(jì)上可實(shí)現(xiàn)的尤其是環(huán)保的用于生產(chǎn)合成替代材料的方法。這種替代材料，以下被稱為破碎砂或壓碎砂，尤其是多角中砂(mS/MSa)，特別是在混凝土制造領(lǐng)域，以及作為新土地恢復(fù)的堆積物，是對(duì)沿海沙和海洋砂(即天然破碎砂)使用的良好替代。

優(yōu)選地，細(xì)砂(fS/FSa)(沙漠沙)的最初圓的光滑的礦物顆粒通過(guò)熔融過(guò)程改變其聚集狀態(tài)，且在液相中進(jìn)入共鍵合，由此發(fā)生新的晶界形成。在將礦物顆粒聚集物粉碎至小于2mm的碎片的過(guò)程中，可獲得砂，其礦物顆粒有明顯不同于起始物料的幾何形狀和表面質(zhì)量。就像從垃圾和廢玻璃回收中已知的，有利的粉碎機(jī)器例如可以是粉碎機(jī)、錐形碾磨機(jī)或旋轉(zhuǎn)式?jīng)_擊破碎機(jī)。三維結(jié)構(gòu)的礦物顆粒聚集物任意破裂，因此形成具有鋒利邊緣幾何形狀的碎片。這種多角且鋒利的形狀隨后使得在建材(混凝土以及用于新土地恢復(fù)的堆積物)中的顆粒相互阻擋。第二個(gè)重要性質(zhì)，通過(guò)熱成型工藝實(shí)現(xiàn)增加的表面粗糙度。在熔融過(guò)程之后，三維砂粒聚集物的固化可與已知的成型工藝相比。在將顆粒形成為金屬時(shí)，已確定由熔體固化后的表面性質(zhì)通常不滿足高要求(術(shù)語(yǔ)：光滑表面)。幾乎沒(méi)有例外，后者在磨削過(guò)程中必須被再加工。在本發(fā)明中，該原理以相反的順序存在。通過(guò)天然磨削過(guò)程，起始物料具有對(duì)在混凝土中的使用過(guò)于光滑的表面。這種表面性質(zhì)是由砂粒不斷的相互磨損產(chǎn)生的，這歸因于漂流和由此產(chǎn)生的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。起始物料的熱成型使其表面受損。也就是說(shuō)，表面粗糙度增加。但是，在此恰好有利于要求。增加的粗糙度防止單個(gè)顆粒相對(duì)彼此滑動(dòng)，從而也有助建材的穩(wěn)定。

因此，保證了根據(jù)所述制造方法用壓碎砂基本替代傳統(tǒng)的沿海沙和海洋砂。

所述方法的優(yōu)點(diǎn)首先是由于極其環(huán)保的工藝流程，其可以完全依靠可再生能源。因此，在本發(fā)明的變型中，甚至不需要光伏收集器，即昂貴的半導(dǎo)體技術(shù)。在最大太陽(yáng)輻射區(qū)域中原始產(chǎn)物砂的直接位置確保了起始物料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)以及該過(guò)程的高技術(shù)效率。通過(guò)本發(fā)明，可以成功實(shí)現(xiàn)沙漠地區(qū)的巨大的砂儲(chǔ)藏用于建筑業(yè)和新土地恢復(fù)，且同時(shí)保護(hù)海洋植物。因此，可以大大減少由于泵汲砂子引起的沿岸地區(qū)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的增加。同時(shí)，減緩沙漠?dāng)U張。

有利地，將起始物料至少加熱到形成新的晶界的程度。特別地，可以避免和防止在粉碎過(guò)程中分解變回原始產(chǎn)物。已經(jīng)表明，在正常環(huán)境條件(壓力＝1巴，溫度＝23℃)下，至少1700℃的溫度足以產(chǎn)生必要的三維結(jié)構(gòu)并且確保已經(jīng)形成新的晶界。然而，在一些實(shí)驗(yàn)中，僅在明顯高于熔點(diǎn)(從約1810℃)的溫度下也獲得所需結(jié)果。通過(guò)太陽(yáng)光線的集束產(chǎn)生熔融溫度的方法會(huì)達(dá)到超過(guò)2000℃的高溫，此外，不能精確地調(diào)節(jié)。因此，對(duì)所需熔融溫度的調(diào)節(jié)僅與傳統(tǒng)熔融裝置的使用相關(guān)，并且應(yīng)當(dāng)根據(jù)砂的精確組成及考慮環(huán)境參數(shù)，在初步的一系列實(shí)驗(yàn)中精確地確定。在這一點(diǎn)上，應(yīng)該提到的是，隨后的混凝土或新開墾的土地的強(qiáng)度很大程度上取決于在砂子中使用的壓碎顆粒的含量。當(dāng)然，可能有“破碎”和“未破碎”顆粒的砂混合物，但是應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)正確的熔融溫度避免這種混合物。

根據(jù)該方法的有利實(shí)施例，三維結(jié)構(gòu)在熔融過(guò)程之后被冷卻，直到在粉碎過(guò)程中出現(xiàn)脆性裂紋。已經(jīng)表明，該結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)選冷卻到至少600℃，以便包括脆性性能?？梢允褂脛澓?硬度計(jì)(莫氏硬度計(jì))對(duì)這種脆性性能進(jìn)行合適的評(píng)估。在正常條件下，作為起始物料的主要成分的石英具有劃痕硬度為7。從值為6開始，在材料破破裂之前不發(fā)生塑性變形是可能的。因此，有利的是冷卻中間產(chǎn)物直到達(dá)到6或更高的劃痕硬度。從液體(熔體)到固體(玻璃的三維結(jié)構(gòu))的聚集條件的轉(zhuǎn)變不會(huì)突然發(fā)生，而是經(jīng)過(guò)幾個(gè)相。在高于1600℃的溫度下，結(jié)構(gòu)是從液體到半液體變動(dòng)。在溫度高達(dá)1200℃時(shí)，其具有漿狀稠度，這將導(dǎo)致一些粉碎機(jī)器的堵塞。在600℃和1200℃之間，該結(jié)構(gòu)表面上是固體，但在粉碎期間的結(jié)果不一定是成功的。主要通過(guò)冷卻至低于600℃來(lái)取得成功的結(jié)果。為了安全起見，建議完全冷卻至環(huán)境溫度。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)借助于至少一個(gè)會(huì)聚透鏡和/或至少一個(gè)鏡的太陽(yáng)光線的集束而產(chǎn)生熔融溫度。兩個(gè)系統(tǒng)遵循類似的原理，根據(jù)該原理捕獲和集束太陽(yáng)光線。在焦點(diǎn)處達(dá)到最大溫度，即集束的太陽(yáng)光線的交點(diǎn)。利用會(huì)聚透鏡以及一個(gè)或多個(gè)鏡，可以在該焦點(diǎn)處毫無(wú)困難地產(chǎn)生大于2000℃的溫度。

在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)鏡被構(gòu)造為至少一個(gè)拋物面鏡或者構(gòu)造為至少兩個(gè)鏡具有不同傾斜角的布置，以便將太陽(yáng)光聚集到公共點(diǎn)或交叉區(qū)域上。有利的是使用許多較小的面鏡，例如100個(gè)面積為0.4m²的面鏡，由此將每平方米1000W以上的功率集中到用于起始物料的熱處理的處理區(qū)域上。不同程度傾斜的鏡的總和被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為為聚光器。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是使用反射平面鏡，其根據(jù)太陽(yáng)的位置特別是自動(dòng)地定向，并且以這種方式將光成像至一個(gè)或多個(gè)鏡和/或會(huì)聚透鏡。這提高了系統(tǒng)的效率，因?yàn)閷?shí)際的燃燒裝置不需要構(gòu)造成可移動(dòng)以跟隨太陽(yáng)的位置。因此，焦點(diǎn)也不沿處理區(qū)域漂移，使得可以有針對(duì)性地在固定點(diǎn)處產(chǎn)生高溫。本領(lǐng)域技術(shù)人員將這些平面鏡稱為定日鏡場(chǎng)。例如，在法國(guó)奧德約的太陽(yáng)能熔爐“菲利克斯·特朗博太陽(yáng)灶中心(Centre du Four Solaire Félix Trombe)”中使用了定日鏡場(chǎng)和拋物面鏡的組合。

根據(jù)有利的進(jìn)一步改進(jìn)，在變型C中通過(guò)集束太陽(yáng)光線，和/或如變型D中所示，通過(guò)使用從轉(zhuǎn)變或存儲(chǔ)太陽(yáng)能獲得其能量供應(yīng)的傳統(tǒng)的加熱裝置，將起始物料首先加熱至預(yù)熱溫度，其中該預(yù)熱溫度設(shè)置低于熔融溫度，并且加熱至預(yù)熱溫度與加熱至熔融溫度空間分離地進(jìn)行。通過(guò)在實(shí)際熔融過(guò)程之前將起始物料加熱到預(yù)熱溫度，例如1000℃，在起始物料的質(zhì)量恒定時(shí)，過(guò)程的持續(xù)時(shí)間幾乎可以減半。因此有利的是，在第一熱處理中通過(guò)隧道爐或用于集束太陽(yáng)光線的裝置加熱起始物料。此外還建議，在最后的變型中，將起始物料定位在焦點(diǎn)上方是可取的，因?yàn)橐赃@種方式在每面積上可以實(shí)現(xiàn)更大效果，并且在焦點(diǎn)處可獲得的收集器的最大功率通常在預(yù)熱期間是不需要的。由于關(guān)于有效區(qū)域的更好的分布和重疊可能性，使用聚光鏡可能比使用會(huì)聚透鏡更有意義。優(yōu)選地在朝向用于集束太陽(yáng)光線的裝置的方向上的焦點(diǎn)上方的區(qū)域被理解為有效區(qū)域。實(shí)際的有效區(qū)域越接近用于集束的設(shè)備，實(shí)際的有效面積將越大并且每單位面積的功率越小。

該實(shí)施例就大量生產(chǎn)和能源效率方面得到優(yōu)化，并且根據(jù)初始評(píng)估，證明是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的替代方案。提出將起始物料熔融成薄板。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)使用激光器和/或隧道爐以常規(guī)方式產(chǎn)生熔融溫度，限制是這些熔融裝置要從光伏場(chǎng)吸收其能量。因此，一個(gè)可能的實(shí)施例包括至少一個(gè)光伏場(chǎng)，以使從太陽(yáng)能獲得用于常規(guī)熔融裝置的能量。該系統(tǒng)完全自主運(yùn)行，不依賴于其他能源。對(duì)常規(guī)熔融裝備和光伏場(chǎng)的組合的限制出于兩個(gè)原因。一方面，將裝置放置在沙漠中是有技術(shù)意義的，因?yàn)槟抢锎鎯?chǔ)有起始物料，并且存在大量太陽(yáng)輻射。此外，以這種方式用廉價(jià)的太陽(yáng)能來(lái)滿足設(shè)備的能量需求，使得產(chǎn)生的壓碎砂也可以以便宜的價(jià)格出售。使用光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能可以有目的地保存在不同的中間存儲(chǔ)器中，直到用于消費(fèi)者的實(shí)際需求。除了例如電池之外，這種中間存儲(chǔ)器也可以是機(jī)械飛輪以及液壓和氣動(dòng)存儲(chǔ)器。

另一個(gè)有利的改進(jìn)是起始物料層疊在支承表面上，特別是傳送帶上，在支承表面上熔融，被冷卻，然后被直接轉(zhuǎn)移到用于生產(chǎn)碎片的粉碎過(guò)程。傳送帶有利于大量生產(chǎn)多角中砂(mS/MSa)或壓碎砂，因?yàn)檫@樣保證了連續(xù)的過(guò)程。冷卻軌道也可以通過(guò)傳送帶而實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)改變傳送帶的速度和/或長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便觀察熔融過(guò)程和粉碎過(guò)程之間的冷卻時(shí)間。也容易想到主動(dòng)冷卻裝置，例如風(fēng)扇或電冷卻系統(tǒng)，其可以導(dǎo)致過(guò)程加快，但是結(jié)果是高能耗而且它們也不是絕對(duì)必要的。傳送帶的最佳長(zhǎng)度和速度應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別確定，因?yàn)檫@些主要取決于外部溫度和實(shí)際達(dá)到的熔融溫度。在這一點(diǎn)上，應(yīng)當(dāng)提到，用于操作傳送帶的能量供應(yīng)也可以由光伏場(chǎng)提供。

由于非常高的熔融溫度，支承表面承受嚴(yán)重的熱應(yīng)力，因此可以使用特殊的耐熱涂層(例如陶瓷合金)。優(yōu)選地，起始物料被層疊至足夠的高度，使得其僅在上部區(qū)域融化，例如，四分之三，三分之二或者二分之一，同時(shí)以這種方式下部區(qū)域，對(duì)應(yīng)于四分之一，三分之一或者二分之一，表示支承表面和熔融的三維結(jié)構(gòu)之間的隔熱層。也以類似的方式避免在熔融過(guò)程之后三維結(jié)構(gòu)粘附在支承表面上。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)分應(yīng)該僅以這樣的方式選擇，即防止在支承表面上的開始熔融，并且同時(shí)產(chǎn)生盡可能小的隔熱層，因?yàn)樗仨氃俅伪灰瞥?。通常代表由燒結(jié)的或部分熔融的砂粒區(qū)域的隔熱層在粉碎過(guò)程之前，有利地例如通過(guò)粗篩過(guò)程或簡(jiǎn)短的研磨過(guò)程與聚合板分離，以避免降低最終產(chǎn)物的純度。

有意義的是，在熔融裝置之前使用粗篩裝置，一方面為了從起始物料中除去粗大的雜質(zhì)顆粒，此外能夠限制顆粒尺寸范圍。已經(jīng)表明，對(duì)顆粒尺寸范圍的限制會(huì)產(chǎn)生更均勻的結(jié)構(gòu)并且保證熔融過(guò)程的最小加速。但是，由于節(jié)省時(shí)間并不重要，所以粗篩過(guò)程的主要方面是從起始物料中除去雜質(zhì)顆粒，例如粗砂礫或有機(jī)殘留物。

提出了傳送帶在粗篩過(guò)程中被直接啟動(dòng)，然后被引導(dǎo)穿過(guò)熔融裝置并且允許運(yùn)行直到粉碎過(guò)程。以此方式該方法是完全自動(dòng)化的并且保證了高生產(chǎn)率。

此外，建議在傳送帶上裝備剝離片和/或振動(dòng)帶，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些部件，可以獲得薄的，均勻的砂層，特別是通過(guò)可調(diào)的剝離片，其層高度可以被進(jìn)一步精細(xì)地調(diào)節(jié)。層高度的調(diào)節(jié)主要有利于制造所述的隔熱層。

在粉碎過(guò)程之后，砂被輸送到例如相應(yīng)的收集容器中，然后可以準(zhǔn)備用于運(yùn)輸或儲(chǔ)存。

同樣根據(jù)本發(fā)明有利用沙漠車輛形式的自動(dòng)化裝置的對(duì)所述方法的使用，例如包括本發(fā)明中所述的熔融裝置的履帶式車輛，其例如通過(guò)車輛的中心切口將太陽(yáng)光聚焦至位于車輛下方的砂層上。中心熔融裝置可以以塔上層結(jié)構(gòu)的形式實(shí)現(xiàn)，并且理想地構(gòu)造成可樞轉(zhuǎn)360°。借助于可移動(dòng)的定日鏡場(chǎng)，可以捕獲太陽(yáng)的每個(gè)可能的位置并將其反射至可移動(dòng)的熔融裝置。可選地，可以使用用于集束太陽(yáng)光線的可移動(dòng)地構(gòu)造的裝置，例如可傾斜和可樞轉(zhuǎn)的菲涅爾透鏡。以這種方式，熔融的中間產(chǎn)物直接形成在車輛下方，該熔融的中間產(chǎn)物例如通過(guò)耙子被帶至車輛的后部或者帶至例如后面行進(jìn)的另一個(gè)車輛中來(lái)粉碎。再次形成砂粒，其形狀和表面粗糙度已經(jīng)改善或使其能夠使用在混凝土中。適用于混凝土的多角砂可以直接收集在車輛中或排放到別處，然后單獨(dú)收集。

由于山區(qū)，建筑物和所有其他巖石沉積物(其最終分解成最細(xì)的塵粒(撒哈拉沙塵))的持續(xù)風(fēng)化，沙漠的擴(kuò)張是自然過(guò)程，并且目前是不可避免的。在未來(lái)，利用我們的方法，通過(guò)使用自動(dòng)化機(jī)器，以成本有利的方式來(lái)保證沙漠邊緣(文明附近)永久地加固。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在，根據(jù)示例性實(shí)施例和所附的示意圖來(lái)描述本發(fā)明。

附圖顯示：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)適于混凝土的砂的裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)適于混凝土的砂的裝置的第二優(yōu)選實(shí)施例；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)適于混凝土的砂的裝置的第三優(yōu)選實(shí)施例；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)適于混凝土的砂的車輛的優(yōu)選實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例的可能的設(shè)備。在這種情況下，作為起始物料1的沙漠沙通過(guò)儲(chǔ)存容器6(例如漏斗形)放置在粗篩7上，以從起始物料1中除去最粗的雜質(zhì)。在篩選過(guò)程之后，被篩選的起始物料1直接傳遞至作為支承表面的合適的傳送帶8。該傳送帶設(shè)置有剝離片9，以產(chǎn)生具有可控層厚度的均勻?qū)??？蛇x地，物質(zhì)層的平整度可以通過(guò)振動(dòng)帶來(lái)提高。均勻的砂層進(jìn)一步經(jīng)由傳送帶8進(jìn)入熱處理的水平，由于其被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)用于集束太陽(yáng)光線的裝置5(例如平-凸的會(huì)聚透鏡)的焦點(diǎn)10的緊鄰區(qū)域，使起始物料1熔融。用于集束太陽(yáng)光線的裝置5的面積越大，被捕獲并聚焦到焦點(diǎn)10上的太陽(yáng)光13就越多，因此，設(shè)備的功率越大。優(yōu)選地，整個(gè)層疊的起始物料1在熱處理中不熔融，而是僅在上部區(qū)域，例如上部的三分之二處熔融，以便相對(duì)于支承表面，即傳送帶8在最低的三分之一處獲得隔熱層11。取決于系統(tǒng)的功率，有利的層厚度設(shè)置在5mm到50mm之間。用于熱熔融的必要的作用時(shí)間可以通過(guò)傳送帶8的速度來(lái)調(diào)節(jié)，使得在不間斷的熔融過(guò)程中形成作為中間產(chǎn)物的聚合板2。該聚合板例如具有500×500×20mm(L×B×H)的尺寸，并且在傳送帶8上充分冷卻之后，直接進(jìn)入粉碎機(jī)器4，例如粉粹機(jī)，其中聚合板2被粉碎成最終產(chǎn)物3，破碎砂或壓碎砂，特別是多角中砂(mS/MSa)。最終產(chǎn)物3被捕獲并存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)娜萜?2中用于運(yùn)輸。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選實(shí)施例。類似于圖1，已經(jīng)被篩選，弄平和層疊的初始原料14在這一點(diǎn)上經(jīng)由傳送帶8進(jìn)入隧道爐15中，隧道爐15例如在約1000℃下被操作，其中熱源16優(yōu)選地安裝在支承表面，即傳送帶8上方。因此，制備的起始物料14被引導(dǎo)通過(guò)熱源16下方。因此，可能將制備的起始物料14加熱到預(yù)熱溫度，例如1000℃，從而可以加快整個(gè)過(guò)程。隧道爐15通過(guò)光伏場(chǎng)17被供給必要的能量，從而在此不需要另外的電流源。然后，預(yù)熱的起始物料18進(jìn)入熔融裝置，優(yōu)選拋物面鏡21，用于聚集被反射的太陽(yáng)光20。這種光從一個(gè)或多個(gè)平面鏡19反射到聚光器，即拋物面鏡21。一個(gè)或多個(gè)平面鏡19被構(gòu)造成它們可以優(yōu)選自動(dòng)地根據(jù)太陽(yáng)的位置定向的方式。預(yù)熱的起始物料18在聚光器21的焦點(diǎn)10處熔融，其中有利的是使用層疊物質(zhì)18的下部三分之一來(lái)產(chǎn)生相對(duì)于支承表面即傳送帶8的隔熱層11。緊接著將熔融的中間產(chǎn)物2輸送到粉碎機(jī)器4中，其中聚合板被粉碎以形成最終產(chǎn)物3，破碎砂或壓碎砂，特別是多角中砂(mS/MSa)。用這種方法生產(chǎn)的壓碎砂3既可以用于填海造地，也可以用于混凝土的生產(chǎn)，因?yàn)樗捎谄淠壳暗亩嘟菐缀涡螤疃嗷プ钃?，由此確保建材中必要的穩(wěn)定性。

圖3示出了一種方法，其中起始物料1，例如細(xì)砂(fS/FSa)或圓砂，優(yōu)選沙漠沙，首先被熔融，從而形成新的晶界。然后將所得的作為中間產(chǎn)物2的三維結(jié)構(gòu)冷卻，并在粉碎機(jī)器4中破碎成小于2mm的碎片。所得到的最終產(chǎn)物3的砂粒特別對(duì)應(yīng)于中砂類別(mS/MSa)，并且被稱為破碎砂或壓碎砂。如該示意圖所示，可以通過(guò)聚光器22，例如鏡的布置中的太陽(yáng)光線的集束來(lái)達(dá)到高熔融溫度。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)鏡23被構(gòu)造為具有不同的傾斜度，使得被反射的太陽(yáng)光20聚焦到有效區(qū)域10上。為此目的，太陽(yáng)光13優(yōu)選地經(jīng)由被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為定日鏡場(chǎng)的平面鏡19成像到聚光器22上。該方法為滿足破碎砂的需求提供了一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案，并為建筑業(yè)開拓了沙漠沙的潛力。用這種方法生產(chǎn)的壓碎砂(人工破碎砂)可用于生產(chǎn)混凝土和用于填海造地，從而保護(hù)主要來(lái)自沿海地區(qū)，海洋和河流的天然破碎砂的有限資源。

圖4示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例的可能的車輛。構(gòu)造為履帶式車輛24的車輛在直接的太陽(yáng)輻射13下沿著起始物料在其上1移動(dòng)。優(yōu)選地通過(guò)在車輛前部區(qū)域中的控制面板27或者通過(guò)傳感器電路來(lái)控制，該傳感器電路允許參考于地面下和太陽(yáng)位置而自主駕駛。控制面板27的殼體可以有利地被光伏場(chǎng)17覆蓋，使得車輛的操作不需要另外的能量源。通過(guò)用于集束太陽(yáng)光線的裝置5，例如菲涅爾透鏡，在焦點(diǎn)10處產(chǎn)生必要的熔融溫度，以便將起始物料1轉(zhuǎn)變成中間產(chǎn)物2，即聚合板。為此目的，菲涅爾透鏡5安裝在車輛上方的塔上層結(jié)構(gòu)中。同時(shí)，通過(guò)在車輛中間的或直接在菲涅爾透鏡5下方的相應(yīng)寬度的軸，確保成束的光直至地面下不被中斷。在車輛的后部，中間產(chǎn)物2通過(guò)耙子25與地下分離，并且在朝向粉碎機(jī)器4的方向上偏轉(zhuǎn)。類似于上述實(shí)施例，在那里生成最終產(chǎn)物3，即破碎的砂。最終產(chǎn)物3可以通過(guò)收集容器26收集，并且被放置于中間儲(chǔ)存例如用于進(jìn)一步的運(yùn)輸，該收集容器26像滑架一樣被履帶式車輛24牽引。

附圖標(biāo)記

1 起始物料(沙漠沙、細(xì)砂、圓砂)

2 中間產(chǎn)物(三維結(jié)構(gòu)，聚合板)

3 最終產(chǎn)物(破碎砂、壓碎砂、多角中砂中砂(mS/MSa))

4 粉碎機(jī)器(例如粉粹機(jī))

5 用于集束太陽(yáng)光線的裝置(例如聚集透鏡或菲涅爾透鏡)

6 儲(chǔ)存容器(例如漏斗)

7 粗篩

8 傳送帶

9 剝離片(例如高度可調(diào)節(jié)的)

10 焦點(diǎn)(或作用區(qū)域)

11 隔熱層(例如包括起始物料)

12 收集容器(例如容器)

13 太陽(yáng)光

14 層疊的起始物料(被粗篩過(guò)和弄平的)

15 隧道爐

16 熱源(例如螺旋加熱器)

17 光伏場(chǎng)(例如具有直流電源)

18 預(yù)熱的起始物料(例如1000℃)

19 平面鏡(例如定日鏡場(chǎng))

20 反射的太陽(yáng)光(從平面鏡至聚光器)

21 拋物面鏡

22 聚光器(例如多個(gè)鏡的布置)

23 鏡(例如都具有不同的傾斜度)

24 履帶式車輛

25 耙子

26 收集容器(例如滑架)

27 控制面板(例如駕駛室)