大悟縣地區(qū)花崗巖加工廢料綜合利用的綜述

彭亮　梅明　文磊　戚俊磊

摘要： 在石材加工過程中無法避免的會產(chǎn)生廢石渣、廢泥漿對環(huán)境產(chǎn)生影響，并且導(dǎo)致土壤資源的浪費(fèi)及區(qū)域空氣環(huán)境的惡化，因此石材加工過程中產(chǎn)生的石材廢料的回收利用日益受到關(guān)注。本文主要探討關(guān)于大悟縣地區(qū)花崗巖加工過程中廢料的綜合利用方案，針對切割、拋光等工序過程中產(chǎn)生的泥漿、石粉、邊角余料等廢料如何回收利用，提出使用石材廢料研制成仿石涂料、砌墻磚、樹脂型人造石的工藝方案，根據(jù)方案特點(diǎn)分析其優(yōu)缺點(diǎn)，為大悟縣石材加工廠提高經(jīng)濟(jì)效益和解決環(huán)境污染問題提供了解決思路。

Abstract： The waste rock slag、waste mud in the process of stone processing are inevitable， they will impact on environment and lead to waste of soil resources and environmental deterioration of regional air. So the waste recycling in the process of stone processing gets more and more attention. This article mainly discusses about the comprehensive utilization of waste materials in the manufacturing process in Dawu County. Aimed at the recycling of mud， stone powder， tailings in cutting， polishing and other process， the plans of using stone material waste to make the stone paint， wall bricks and stones wall brick is put forward. According to the characteristics of the plan， its advantages and disadvantages are analyzed to provide the solution for improving efficiency and solving the problems of environment pollution of the stone processing plants in Dawu.

關(guān)鍵詞： 石材廢料；樹脂型人造石；砌墻磚；仿石涂料

Key words： stone material waste；artificial stone；wall bricks；imitation stone paint

中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0122-03

0 引言

近年來，大悟縣利用劉集鎮(zhèn)和夏店鎮(zhèn)等地的花崗石資源，招商引資，發(fā)展石材行業(yè)，并且為當(dāng)?shù)貛砹艘欢ǖ呢斦杖牒途蜆I(yè)保障，由于大悟縣石材行業(yè)產(chǎn)量擴(kuò)大，同時導(dǎo)致產(chǎn)生的石材廢料也增加，一時得不到很好的處理，粉料、邊角余料堆放在礦區(qū)廢石堆場，不僅占用土地，而且沒有進(jìn)行資源化利用，通過對粉料和邊角余料的研究，不僅節(jié)約了資源，而且還會帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

1 仿石涂料

1.1 研究現(xiàn)狀 仿石涂料稱為真石漆或仿石漆[1]，仿石涂料的使用在一般情況下由三層物質(zhì)構(gòu)成，第三層即最上面的一層稱為防護(hù)層；最底層與基面直接接觸的為封底漆；第二層才是仿石涂料本身，也是廢石粉利用中的最重要部分。中間仿石層才是真正的仿石涂料，也是石材廢料的主要應(yīng)用，其主要由助劑、天然石粉或石材廢料及粘接劑等組成，目前所使用的輔助試劑有多種，最常見的是乳液型，通常其厚度在 3mm 以上，制作成型后有的具有特定的色彩和圖案或外觀像天然石材[2]，且具有一定的強(qiáng)度，在方式石料的運(yùn)用生產(chǎn)過程中可以利用大量的廢石粉，變廢為寶節(jié)約資源。

石材加工所產(chǎn)生的廢料主要有兩種形態(tài)，一種是邊角余料和碎巖石，另一種是切割、打磨等工序過程中產(chǎn)生的泥砂漿等。通過打碎篩分兩種形態(tài)的石材廢料可得到不同粒徑的天然石粉，天然石粉的粒徑分布對仿石涂料最終成品影響較大[3]。若石材廢料顆粒太細(xì)，容易產(chǎn)生裂紋，涂層的層次性和立體感不好，致使用來裝飾效果較差；若石材廢料顆粒太粗，最終產(chǎn)品容易出現(xiàn)沉淀，實(shí)際應(yīng)用后會導(dǎo)致表面較粗糙，易受污染。曾余姚等人[1]研究出兩種合適的粘結(jié)劑且是環(huán)保型樹脂，制成綜合性能好成本低的仿石涂料，目前生產(chǎn)出仿石涂料的天然石粉一般都是由各種類型和各種顏色的石材廢料混合物，如果以單獨(dú)一種石材廢料做成仿石涂料，雖然成本可能較低，但色澤比較暗淡，顏色較單調(diào)[4]。如為了制作成天然石感強(qiáng)和顏色鮮艷的綜合性能好的高檔仿石涂料，除了需要對天然石粉粒徑進(jìn)行前期篩分處理外，也要將不同顏色的石粉和不同類型巖石分開。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn) ①優(yōu)點(diǎn)： 仿石涂料能利用大量石材廢料，解決資源浪費(fèi)問題，同時制作方式涂料生產(chǎn)工藝簡單其生產(chǎn)設(shè)備小。另外仿石涂料和天然石材相比價格低廉、重量輕、生產(chǎn)施工方便和可以回收利用大量石材廢料等優(yōu)勢，目前已經(jīng)得到了一定的工程應(yīng)用和好評。②缺點(diǎn)： 仿石涂料的制作生產(chǎn)過程需要各種粘結(jié)劑和各種助劑。各種輔助試劑的質(zhì)量和配比，是影響仿石涂料成本和品質(zhì)的關(guān)鍵因素，而各種輔助試劑占仿石涂料成本的40%以上，在方案設(shè)計上粘結(jié)劑使用量難以控制成本，成品率較低。

2 砌墻磚

2.1 研究現(xiàn)狀 砌墻磚為利用廢料具有粒度細(xì)、活性大的特點(diǎn)，添加部分骨料和膠結(jié)料，通過機(jī)壓成型、蒸壓、養(yǎng)護(hù)等工藝制成。

2.1.1 原材料

①廢料 廢料粒度小于400目達(dá)90%，使用前需過5mm篩，除去雜質(zhì)[5]。所用廢料的化學(xué)成分見表1，大悟縣地區(qū)花崗巖加工廢料的化學(xué)成分見表2，由表1和表2中化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)可知，大悟縣地區(qū)花崗巖加工廢料的主要化學(xué)成分含量與所用廢料的化學(xué)成分含量類似，因此大悟縣地區(qū)花崗巖加工廢料也可以用于加工研制砌墻磚。②河砂 磨細(xì)后用，粒度要求：100～400目應(yīng)大于40%。③外加劑 是幾種較常見的輔助試劑，用量少，主要是石灰在消化過程中平穩(wěn)放熱。④生石灰CaO粒度小于90目且含量大于75%。

2.1.2 工藝過程 主要工藝過程為：原料準(zhǔn)備→配料→加水?dāng)嚢琛惢?～6h→壓磚機(jī)成型→靜停5～8h→蒸壓養(yǎng)護(hù)8h。

2.1.3 成品性能 劉家弟等[6]人用花崗巖粉末廢料生產(chǎn)出建筑用砌墻磚[7]，各項指標(biāo)均可達(dá)到10級以上標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 優(yōu)缺點(diǎn) ①優(yōu)點(diǎn)：砌墻磚的生產(chǎn)制作采用高壓成型技術(shù)，成品的吸水率較低、抗凍融性能好且成品的密實(shí)性較好，在制作生產(chǎn)砌墻磚中慘入大量石材廢料，降低原材料成本、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，用途廣泛市場需求大。②缺點(diǎn)：成型水分和成型壓力對制品的成品率影響較大，在實(shí)際生產(chǎn)過程中難以控制，水分過低初壞強(qiáng)度低，易掉邊掉角；水分過大物料中氣體難以排除，易產(chǎn)生起層現(xiàn)象，若成型壓力過大，初壞易起層產(chǎn)生裂紋，從而使產(chǎn)品強(qiáng)度降低；若成型壓力較低，初壞密實(shí)度低，成品磚強(qiáng)度低。

3 樹脂型人造石

3.1 研究現(xiàn)狀 樹脂型人造石主要包括有兩類分別為聚甲基丙烯酸甲酯基人造石和不飽和聚酯基人造石。樹脂型人造石主要以不飽和聚酯基人造石為主[8-10]，雖然聚甲基丙烯酸甲酯基人造石產(chǎn)品的綜合性能較好，首先產(chǎn)品具有良好的耐水性和耐沖擊性能；其表面的光硬度大、澤度高；其次由于一般填料采用氫氧化鋁作，因此阻燃性能較好，但聚甲基丙烯酸甲酯基人造石的成本大、技術(shù)含量較高，目前我國關(guān)于聚甲基丙烯酸甲酯基人造石研究還較少。因此樹脂型人造石一般指的是不飽和聚酯基人造石。樹脂型人造石主要粘結(jié)劑是不飽和聚酯，加入固化劑、引發(fā)劑及各種填料、顏料，經(jīng)攪拌、成型、固化而制成的石材制品。樹脂型人造石材早在美國20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，后逐步傳到歐洲、亞洲及世界各地，成為一種新型環(huán)保建筑材料，但我國對人造石的研究和開發(fā)較晚，20世紀(jì)80年代初才開始對人造石進(jìn)行研究，不過近三十年來我國的人造石研究和發(fā)展已有一定成效，在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)技術(shù)也有一定程度的提高。彭英等[12]的研究以不飽和聚酯基按照一定的比例進(jìn)行配比，配與 Al（OH）3 和 CaCO3為填料，可制成抗折強(qiáng)度達(dá)到 55.8MPa 的聚酯基人造石，秦巖等[13]成功的也研制出的纖維樹脂人造石具有高沖擊強(qiáng)度。Ming-Yu Lee 等[11]采用真空振壓工藝，用碎石、廢玻璃作為填料以及不飽和聚酯生產(chǎn)作為粘結(jié)劑的人造石具有 148.8MPa 的抗壓強(qiáng)度，2min 壓縮后的抗折強(qiáng)度達(dá) 51.1MPa，吸水率小于0.02%，同時其耐水性和強(qiáng)度均好于天然石材。陸蕾蕾[14]研究提出生產(chǎn)工藝對聚酯基人造石質(zhì)量的因素，石材成型時間過早會使石材成品有水印出現(xiàn)。同時在對于人造石耐磨性、硬度的研究，目前也有一定成果。韓秀萍等[15]指出有具有強(qiáng)韌性的不飽和聚酯樹脂，所以可以通過改善不飽和樹脂的各種性能，研究出高性能強(qiáng)韌性的不飽和樹脂來解決樹脂型人造石硬度差的問題。張曉瑩[16]等人以改性二水脫硫石膏作為填料，研制出樹脂型人造石抗折強(qiáng)度達(dá)到 88MPa、巴氏硬度達(dá)到68。因此研制出高性能不飽和樹脂是提高樹脂型人造石的關(guān)鍵因素。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn) ①優(yōu)點(diǎn)：樹脂型人造石具有良好的抗折能力且吸水率低，生產(chǎn)加工方便，輔助各種顏料、填料可制成各種特殊形狀或顏色花紋的裝飾品；又容易進(jìn)行二次加工，進(jìn)行無縫接封。另外其具有耐酸堿性強(qiáng)，可用于特定的環(huán)境需要，質(zhì)量輕，質(zhì)感好，同時具美觀，如雙色大理石，透光大理石等。②缺點(diǎn)：樹脂型人造石主要粘結(jié)劑為有機(jī)樹脂，其在冷熱交替、紫外線照射等各種情況容易發(fā)生變性，使產(chǎn)品在使用過程中容易出現(xiàn)變色、老化、變形等質(zhì)量問題；同時有機(jī)樹脂耐火性、耐高溫差，因此不能用于防火等級要求較高的公共場所及溫度偏高的灶臺。

4 結(jié)論

目前我國對石材廢料回收利用的研究眾多，但是由于在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營過程中，對各種輔助試劑量難以控制，成本較高，從而生產(chǎn)運(yùn)用受限制。但是還是有很多成功的工程案例。如：浙江上虞尚城國際項目和北京K2清水灣項目，采用高檔仿石涂料工藝，不僅很好地體現(xiàn)了其裝飾性、高耐候性與環(huán)保性，而且經(jīng)受住了北京和浙江南北方不同極端氣候環(huán)境、不同地域的考驗；晉江華寶公司一條廢石粉制磚生產(chǎn)線，以35%海泥、50%花崗石粉、15%粉煤灰為配料制成優(yōu)質(zhì)磚，因此大悟縣地區(qū)的石材廢料可利用現(xiàn)有成熟的技術(shù)進(jìn)行資源再利用，按年產(chǎn)3000萬塊砌墻磚計，總投資約為420萬元，每塊磚的成本約0.16元，可年創(chuàng)利稅100萬元左右，可為當(dāng)?shù)貛砜捎^的經(jīng)濟(jì)效益，加大對大悟縣石材企業(yè)固體廢物的回收利用，既可改善工廠生產(chǎn)環(huán)境、節(jié)約生產(chǎn)資源，又是對整個大悟縣具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，使大悟縣地區(qū)石材行業(yè)在未來競爭中處于優(yōu)勢地位。

注：

感謝武漢工程大學(xué)清潔生產(chǎn)中心課題組成員的支持與幫助！

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