Arena

En los Estados Unidos, la arena se utilizó para producir vidrio ya en 1607 con la fundación de la colonia de Jamestown de corta duración en Virginia. La primera empresa sostenida de fabricación de vidrio se formó en 1739 en Wistarburgh, Nueva Jersey, por Caspar Wistar. La producción de arena para la construcción creció significativamente con el impulso de las carreteras pavimentadas durante la Primera Guerra Mundial y durante la década de 1920. El auge de la vivienda de finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, junto con el mayor uso de hormigón para la construcción de edificios, proporcionó otro impulso a la producción.

Hoy en día, el procesamiento de arena es un negocio multimillonario con operaciones que van desde plantas muy pequeñas que suministran arena y grava a unos pocos contratistas de construcción locales hasta plantas muy grandes y altamente automatizadas que suministran cientos de camiones de arena por día a una amplia variedad de clientes en un área grande.

Materias primas

La arena más común está compuesta por partículas de cuarzo y feldespato. Las partículas de arena de cuarzo son incoloras o ligeramente rosadas, mientras que la arena de feldespato tiene un color rosa o ámbar. Las arenas negras, como las que se encuentran en Hawái, están compuestas por partículas de obsidiana formadas por la actividad volcánica. Otras arenas negras incluyen materiales como magnetita y homblenda. Las arenas de coral son blancas o grises, y las arenas compuestas por fragmentos de conchas rotas suelen ser de color marrón claro. Las arenas blancas del Golfo de México están formadas por partículas suaves de piedra caliza conocida como oolita, derivada de la palabra griega que significa piedra de huevo. Las arenas blancas de White Sands, Nuevo México, están hechas de cristales de yeso. Normalmente, el yeso se disuelve con el agua de lluvia, pero el área alrededor de White Sands es tan árida que los cristales sobreviven para formar dunas onduladas.

Las arenas de cuarzo, que tienen un alto contenido de sílice, se utilizan para fabricar vidrio. Cuando se trituran las arenas de cuarzo, se producen partículas con bordes afilados y angulares que a veces se utilizan para hacer papel de lija para alisar la madera. Un poco de arena de cuarzo se encuentra en forma de arenisca. La piedra arenisca es un material sedimentario similar a una roca formado bajo presión y compuesto de partículas de arena unidas por un material cementante como el carbonato de calcio. Algunas areniscas están compuestas de partículas de cuarzo casi puro y son la fuente del silicio que se utiliza para fabricar chips de silicio semiconductores para microprocesadores.

Las arenas de moldeo, o arenas de fundición, se utilizan para la fundición de metales. Están compuestos de aproximadamente 80% -92% de sílice, hasta 15% de alúmina y 2% oxido de hierro. El contenido de alúmina le da a la arena de moldeo las propiedades aglutinantes adecuadas requeridas para mantener la forma de la cavidad del molde.

La arena que se extrae de la orilla de un río y no se lava ni clasifica de ninguna manera se conoce como arena de la orilla. Se utiliza en construcción general y paisajismo.

La definición del tamaño de las partículas de arena varía, pero en general, la arena contiene partículas que miden aproximadamente 0,0025-0,08 pulgadas (0,063-2,0 mm) de diámetro. Las partículas más pequeñas que esto se clasifican como limo. Las partículas más grandes son gránulos o grava, según su tamaño. En el negocio de la construcción, todos los materiales agregados con partículas menores a 0.25 in (6.4 mm) se clasifican como agregados finos. Esto incluye arena. Los materiales con partículas desde 0,25 pulgadas (6,4 mm) hasta aproximadamente 6,0 pulgadas (15,2 cm) se clasifican como agregados gruesos.

La arena tiene una densidad de 2,600-3,100 lb por yarda cúbica (1,538-1,842 kg por metro cúbico). El contenido de agua atrapada entre las partículas de arena puede hacer que la densidad varíe sustancialmente.

El
proceso de fabricación

La preparación de la arena consta de cinco procesos básicos:descomposición natural, extracción, clasificación, lavado y en algunos casos trituración. El primer proceso, la descomposición natural, suele tardar millones de años. Los otros procesos toman considerablemente menos tiempo.

La planta de procesamiento está ubicada en las inmediaciones del depósito natural de material para minimizar los costos de transporte. Si la planta está ubicada junto a una duna de arena o una playa, la planta puede procesar solo arena. Si está ubicado junto al lecho de un río, generalmente procesará arena y grava porque los dos materiales a menudo se entremezclan. La mayoría de las plantas son estacionarias y pueden funcionar en el mismo lugar durante décadas. Algunas plantas son móviles y se pueden dividir en componentes separados para remolcarlas al sitio de la cantera. Las plantas móviles se utilizan para proyectos de construcción remota, donde no hay plantas estacionarias cercanas.

La capacidad de la planta de procesamiento se mide en toneladas por hora de producción de producto terminado. Las plantas estacionarias pueden producir varios miles de toneladas por hora. Las plantas móviles son más pequeñas y su producción suele estar en el rango de 50 a 500 toneladas (50,8 a 508 toneladas métricas) por hora.

En muchos lugares, una planta de producción de asfalto o una planta de concreto premezclado opera en el mismo sitio que la planta de arena y grava. En esos casos, gran parte de la producción de arena y grava se transporta directamente a las pilas de almacenamiento para las plantas de asfalto y hormigón.

Los siguientes pasos se utilizan comúnmente para procesar arena y grava con fines de construcción.

Descomposición natural

• 1 La roca sólida se descompone en trozos por fuerzas mecánicas naturales como el movimiento de los glaciares, la expansión del agua en las grietas durante el congelamiento y los impactos de rocas que caen unas sobre otras.
• 2 Los trozos de roca se descomponen aún más en granos por la acción química de la vegetación y la lluvia combinada con impactos mecánicos a medida que las partículas progresivamente más pequeñas son transportadas y desgastadas por el viento y el agua.
• 3 A medida que los granos de roca se llevan a los cursos de agua, algunos se depositan a lo largo de la orilla, mientras que otros finalmente llegan al mar, donde pueden unirse con fragmentos de coral o conchas para formar playas. La arena transportada por el viento puede formar dunas.

Extracción

• 4 La extracción de arena puede ser tan simple como sacarla de la orilla del río con un vehículo con llantas de goma llamado cargador frontal. Se extrae algo de arena debajo del agua mediante dragas flotantes. Estas dragas tienen un brazo largo con un cabezal de corte giratorio para aflojar los depósitos de arena y un tubo de succión para aspirar la arena.
• 5 Si la arena se extrae con un cargador frontal, luego se vierte en un camión o tren, o se coloca en una cinta transportadora para transportarla a la planta de procesamiento cercana. Si la arena se extrae del agua con una draga, la lechada de arena y agua se bombea a través de una tubería hasta la planta.

Clasificación

• 6 En la planta de procesamiento, el material entrante se mezcla primero con agua, si aún no está mezclado como parte de una lechada, y se descarga a través de una gran pantalla perforada en el alimentador para separar rocas, trozos de arcilla, palos y otras materias extrañas. Si el material está muy unido con arcilla o tierra, puede pasar a través de un molino de cuchillas que lo rompe en trozos más pequeños.
• 7 Luego, el material pasa a través de varias pantallas o placas perforadas con diferentes diámetros de orificios o aberturas para separar las partículas según el tamaño. Las pantallas o placas miden hasta 10 pies (3,1 m) de ancho por hasta 28 pies (8,5 m) de largo y están inclinadas en un ángulo de aproximadamente 20 a 45 grados con respecto a la horizontal. Se hacen vibrar para permitir que el material atrapado en cada nivel salga del extremo de la pantalla y llegue a cintas transportadoras separadas. La pantalla más gruesa, con los agujeros más grandes, está en la parte superior, y las pantallas debajo tienen agujeros progresivamente más pequeños.

Lavado

• 8 El material que sale de la pantalla más gruesa se lava en una lavadora de troncos antes de que se tamice más. El nombre de esta pieza de equipo proviene de la práctica temprana de colocar trozos cortos de troncos de madera dentro de un tambor giratorio lleno de arena y grava para agregar a la acción de fregado. Una lavadora de troncos moderna consiste en una cubeta horizontal ligeramente inclinada con cuchillas que giran lentamente unidas a un eje que corre por el eje de la cubeta. Las cuchillas agitan el material a medida que pasa por el canal para quitar cualquier resto de arcilla o tierra blanda. Las partículas de grava más grandes se separan y tamizan en diferentes tamaños, mientras que cualquier partícula de arena más pequeña que se haya adherido a la grava se puede transportar y agregar al flujo de material entrante.
• 9 El material que sale de la (s) criba (s) intermedia (s) puede almacenarse y mezclarse con la grava más gruesa o con la arena más fina para hacer varias mezclas de agregados.
• 10 El agua y el material que pasa a través de la malla más fina se bombea a un tanque clasificador de arena horizontal. A medida que la mezcla fluye de un extremo del tanque al otro, la arena se hunde hasta el fondo, donde queda atrapada en una serie de contenedores. Las partículas de arena más grandes y pesadas caen primero, seguidas por las partículas de arena progresivamente más pequeñas, mientras que las partículas de limo más ligeras se eliminan en el flujo de agua. Luego, el agua y el limo se bombean fuera del tanque de clasificación y a través de un clarificador donde el limo se deposita en el fondo y se retira. El agua limpia se recircula al alimentador para ser utilizada nuevamente.
• 11 La arena se retira de los contenedores en el fondo del tanque de clasificación con tornillos de deshidratación giratorios que mueven lentamente la arena hacia el interior de un cilindro inclinado. Las arenas de diferentes tamaños se lavan de nuevo para eliminar cualquier limo restante y se transportan mediante cintas transportadoras a las pilas de almacenamiento para su almacenamiento.

Trituración

• 12 Se tritura un poco de arena para producir un tamaño o forma específicos que no están disponibles de forma natural. La trituradora puede ser un tipo de cono giratorio en el que la arena cae entre un cono giratorio superior y un cono fijo inferior que están separados por una distancia muy pequeña. Cualquier partícula mayor que esta distancia de separación se tritura entre los conos de metales pesados ​​y las partículas resultantes caen por el fondo.

Control de calidad

La mayoría de las grandes plantas de procesamiento de agregados utilizan una computadora para controlar el flujo de materiales. La velocidad de alimentación del material entrante, la velocidad de vibración de las cribas de clasificación y la velocidad de flujo del agua a través del tanque de clasificación de arena determinan las proporciones de los productos terminados y deben ser monitoreados y controlados. Muchas especificaciones para mezclas de asfalto y concreto requieren una cierta distribución de tamaños y formas de agregados, y el productor de agregados debe La preparación de la arena consta de cinco procesos básicos:descomposición natural, extracción, clasificación, lavado y en algunos casos aplastante. La arena se extrae del lugar en el que se encuentra mediante una draga flotante o un cargador frontal. La draga entrega una lechada de arena y agua a la planta de procesamiento a través de una tubería, mientras que el cargador frontal simplemente recoge la arena y la transporta a camiones o cintas transportadoras para transportarla a la planta. La arena se clasifica a través de una serie de pantallas que separan partículas de diferentes tamaños. La arena se lava y las partículas más pequeñas se envían al tanque de clasificación de arena, donde las partículas se separan aún más. Algunas partículas pueden triturarse si se necesitan partículas más pequeñas. asegúrese de que la arena y la grava cumplan con esas especificaciones.

El futuro

La producción de arena y grava en muchas áreas se ha visto sometida a restricciones cada vez más estrictas. El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, que opera bajo la Ley Federal de Agua Limpia, ha requerido permisos para la extracción de arena de ríos, arroyos y otras vías fluviales. El costo de los estudios especiales necesarios para obtener estos permisos suele ser demasiado elevado para permitir que las empresas más pequeñas continúen operando. En otros casos, el desarrollo residencial en las cercanías de las plantas de procesamiento de agregados existentes ha dado lugar a restricciones con respecto al ruido, el polvo y el tráfico de camiones. El resultado general de estas restricciones en ciertas áreas es que la arena y la grava utilizadas para la construcción deberán transportarse desde fuera del área a un costo significativamente mayor en el futuro.