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花岗石及大理石废料的资源化利用
[点击量:2068] [作者:] [日期:2020-02-07]

  花岗石和大理石是两种分布广泛、储量丰富的岩石资源,将其开釆并切割、抛光加工而成的板材被广泛应用于建筑物的内、外装修、基础砌筑工程、制做傢俱面板和艺术品等。在石材的开采、切割和抛光等加工过程,有大量的碎片和锯切、抛光废浆产生,其中废浆中固形物含量约占石材荒料重量的20%〜30%。这种碎片、废浆被当作废物抛弃,不仅是一种资源浪费,还严重污染环境。

  花岗石为硅酸盐类矿物,其加工碎片,锯切废浆中固形物的主要成分为二氧化硅和氧化铝等,其中二氧化硅约60%,氧化铝约10%,氧化钙占4%〜5%,其它还含有铁、镁、铬、锰等成分。大理石为碳酸盐类矿物,其加工碎片,锯切废浆中固形物主要成分为氧化钙,约为50-60%,合碳酸钙90%以上,二氧化硅0.6%-5%,氧化镁0.6%-2.5%,烧失40%-44%,其它有微量的铁,铝等,氧化钙含量相当于高品位天然石灰石中氧化钙含量。废大理石粉具备替代天然石灰石生产石灰钙粉及配料煅烧硅酸盐水泥熟料等潜在价值。

1、

花岗石废料的利用

  1.1、生产建筑用水泥制品

  花岗石废浆属于石灰石含量较低的软黏土类物料,在建筑行业具有很大应用潜力。将过滤出的废浆滤饼自然干燥后用筛子筛分。将所得废浆粉末在震动搅拌器中与水泥、沙子、流变剂、适量防锈剂D和水混合,制得的水泥制品机械强度、外观和可加工性良好。

  1.2、生产烧结砖

  将花岗在废浆与黏土按不同比例混合后制坯,再控温烧结,所得砖块质量符合行业标准。

  1.3、生产陶瓷釉料

  将花岗石荒料破碎后球磨、筛分、净化、制浆,将浆料刷涂于陶瓷坯体后干燥、烧成即得釉料。该方法具有制釉成本低、釉料中不含重金属、对坯体适用性强、釉烧温度范围宽、熔融性好、性能稳定等特点。适用于艺术陶瓷和硫璃瓦陶瓷的釉面制做。此外,还可改变技术条件,经粉碎、净化、配料、磨浆、造粉、成型、压花干燥、烧成及后处理等制得陶瓷产品。

  1.4、生产微晶玻璃

  将花岗石荒料粉碎或将花岗石废浆滤饼除杂净化后与辅助原料、助熔剂、澄清剂和适量水混合,再送熔窑熔化、均化、澄清得玻璃液。调整温度后将玻璃液辊压成型或注模成型得玻璃板/块。将所得玻璃板/块于辊道窑中退火、晶化制得微晶玻璃坯体,进一步处理坯体得微晶玻璃成品。本方法所得产品韧性高,耐磨,物化性能优异。产品附加值较高,生产工艺简单,便于对花岗石废料及花岗石锯切废浆的大宗量利用。

  1.5、生产墙地砖

  将锯切、抛光、成型过程产生的荒料、锯泥按花岗石花色分类收集。将石渣细磨,把锯泥净化并干燥,再将二者混合。将混合料与助熔剂、高岭土或铝灰及水混合,再压制成型制得坯料。将坯料烧结得高强度低吸水无釉墙地砖。具有成本低,产品质量好,可以大宗量消纳花岗石废料等优势。

  1.6、用于泡沬混凝土

  将含二氧化硅较高的花岗石废浆作为泡沫混凝土的硅质材料,利废率达到60%,制备的泡沫混凝土产品的各项指标均能达到国家标准。试验证明,花岗石废浆掺量不宜超过60%,最佳水料比为0.38;以此制备的B06泡沫混凝土,成型较好,气孔大小和分布较为均匀,可以起到保温作用并达到A级防火标准。这样不但解决了建筑废弃物的环保治理问题,而且有助于资源的再生再利用。

2、

大理石废料的利用

  大理石在开采切割和磨抛过程中大约有70%转变为废料,由此造成了严重的资源浪费和环境污染。白色类大理石产生的废浆含有碳酸钙,彩色大理石的废浆中除含有碳酸钙外还含有氧化铁、镁、锰等。由于加工石材时没有使用污染性外加剂,所以可将大理石废料看作是一种很纯的化学产品,并且在工业和生态学中使用。

  2.1、生产碳酸钙

  将大理石废料湿法球磨后过抽滤,洗涤,干燥,筛分。然后于水热反应釜中与氢氧化钠溶液和晶形控制剂混合,分散后进行水热处理。水热处理后粉体经过过滤、洗涤、干燥、筛分得碳酸钙粉体。

  2.2、生产石灰

  大理石为碳酸盐矿物,含氧化钙高达50-60%,平均按55%计,烧失40-45%,平均按42%计,合碳酸钙96%以上。高温焙烧后每处理1000kg干基大理石废料可制得氧化钙含量95%以上的优质石灰550kg。

  2.3、做为集料用于配制自密实混凝土

  我们开展了利用大理石碎块作为混凝土集料取代传统的碎石灰石集料配制自密实混凝土的研究利用大理石废(MW)代替石灰石(LS)进行了配制自密实混凝土试验。试验结果表明,自密实混凝土的工作性极大地取决于集料的特性,如容重、形状和表面结构等。然而,随着水胶比的增加,集料的特性变得越来越不重要。使用LS和MW集料的自密实混凝土均可以得到最大的通过性和填充性。在最低水胶比时,使用MW集料的自密实混凝土的抗压强度比用LS作集料的自密实混凝土的抗压强度低6%。低水胶比条件下,在自密实混凝土中使用大理石集料替代石灰石,强度不会有明显的降低。

  2.4、替代石灰石用于煅烧硅酸盐水泥

  废大理石粉CaO含量高,SiO2含量低,从化学成份看,废大理石粉相当于较高品位的石灰石矿。废大理石粉比表面积高,为超细微粉,这一物理特性显著增加了大理石粉反应活性,从而抵消了废大理石粉结晶程度高、结构稳定、反应能力低等足。因此,废大理石粉是优质的煅烧硅酸盐水泥熟料的石灰质原料。将30%废大理石粉替代天然石灰石配料可以在新型干法水泥旋窑煅烧出品质优良的硅酸盐水泥熟料。废大理石粉替代石灰石配制的水泥生料在旋窑内煅烧过程理想,表现为熟料烧失量和f-CaO低、28d抗压强度高,生料易烧性好,窑内热工状况稳定,旋窑系统对30%废大理石粉替代石灰石配料适应性良好。

  将废大理石粉用于生料配料及生料粉制备过程,可以简化生产工序,提高生料磨机产量,有利于降低生料生产过程中的电耗。大规模利用废弃大理石粉替代天然石灰石配料,采用新型干法水泥旋窑生产硅酸盐水泥熟料,能全部消纳所在地及周边石材加工业排放的大理石粉废渣,有望彻底解决石材加工业废弃大理石粉严重污染当地环境的问题,恢复当地的生态系统,变废为宝,促进石材加工业的可持续发展,具有十分显著的社会效益和经济效益。

  2.5、生产人造石

  首先将大理石的废料粉碎,然后对大理石粉体进行湿法球磨改性,使大理石粉体烧结活性得到改善。改性时使用的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。硅烷偶联剂是一类低分子有机硅化合物,起着连接无机相与有机相的桥梁作用,其通式为RSiX3,式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团,X代表能够水解的烷氧基。在进行偶联时,首先大理石表面的活性基团与偶联剂中的R基进行吸附反应,然后与硅原子相连的X基水解,生成硅醇键(Si-OH),大理石粉体颗粒表面上的Si-OH相互脱水缩合反应,缩合成M-Si-O-Si-M共价键(M表示大理石粉体颗粒表面),形成网状结构的薄膜覆盖在大理石粉体颗粒表面,从而提高了大理石的强度。

  经过钛酸酯偶联剂表面处理后,钛酸酯偶联剂与大理石粉末表面的自由质子形成化学键,主要是Ti-O键,让大理石粉末表面覆盖一层有机分子膜,使其表面性能发生了变化,进而达到改性的作用。改性之后分别加入氢氧化铝、硅溶胶、玻璃粉等填料,填料在一定温度下融化成液态,具有一定的流动性,可以填充颗粒间的空隙,进而提高了人造大理石的致密度。

  选用硅烷偶联剂对大理石粉体进行表面改性,加入3%的氢氧化铝和2%的玻璃粉作为填料,低温烧结后可得到致密、高强度的人造石大理石。该工艺对大理石废料进行了合理的利用,不仅缓解了大理石从开采到加工过程中造成的资源浪费问题,而且对保护环境也起到了积极作用。

3、

结语

  综上所述,石材加工废料虽然为工业固废,但具有一定的可利用性。其长期积存不仅占用土地,而且还会对环境造成污染,在环保要求日益提高的今天,己成为影响石材行业可持续发展的重要因素。通过采取技术措施对其进行资源化利用势在必行。文中所提出的几种综合利用方法,为石材废料的资源化利用提供了一些可行途径。

更多>>专家介绍

肖景波,著名硼、镁化合物专家,高级工程师,曾任中国化工学会无机酸碱盐专业委员会第三、四届硼化物专家组副组长,中国硼工业五十年新人贡献奖,全国无机盐协会先进科技工作者,《硼化合物生产与应用》第一副主编。现任中国绿色建材产业发展联盟工业固废专业委员会学术委员会委员,中国固废资源化智库成员,中散协固废综合利用专委会委员。曾参与了《无机盐工艺学》等学术专著的编写,发表学术论文40余篇。多年来主要从事无机盐生产技术、湿法冶金技术、工业废弃物综合利用技术、非金属矿综合利用技术的研究,拥有多项科研成果,具有扎实的理论基础和丰富的工业实践经验,在工业废弃物资源综合利用领域具有较强影响力。