福建石材加工廢棄石粉的綜合利用

摘 要：本文通過整理國內(nèi)石材加工行業(yè)廢棄石渣、石粉綜合利用技術(shù)，如用作混凝土摻和料、用于干混砂漿、墻材、人造石等，并結(jié)合福建實(shí)際情況，提出將廢棄石渣、石粉應(yīng)用于節(jié)能墻材與干混砂漿，為福建省石材加工行業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益和解決環(huán)境污染問題提供了參考與思路。

關(guān)鍵詞：廢棄石粉；綜合利用；節(jié)能墻材；干混砂漿

1廢棄石材問題由來

石材加工業(yè)近十年來在福建、廣東得到了迅猛發(fā)展，并為地方經(jīng)濟(jì)做出了巨大貢獻(xiàn)，如福建南安與廣東云浮，都是國內(nèi)石材行業(yè)核心區(qū)域。同時(shí)也存在很多問題，其中關(guān)于在石材加工過程中產(chǎn)生的廢棄物污染問題越來越嚴(yán)重，每生產(chǎn)30m2的板材，產(chǎn)生的石粉、石渣等廢料大約有1t。隨著石材產(chǎn)量的增大，產(chǎn)生的廢料逐年增加，石材加工區(qū)的大量廢石料無法得到充分的利用，石粉、石渣滿山遍野，堆放成山。

由于石粉顆粒較細(xì)，遇雨天即和雨水混合成石粉泥，四處橫流，晴天時(shí)則隨風(fēng)四處飄飛，對(duì)環(huán)境造成了二次污染，大片耕地及水資源、空氣等受到嚴(yán)重污染，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。石粉的轉(zhuǎn)移堆放，只能換來廠區(qū)周邊環(huán)境衛(wèi)生的好轉(zhuǎn)，并不能從根本上解決石粉污染問題。標(biāo)本兼治，對(duì)石材加工業(yè)中產(chǎn)生的廢石粉做綜合利用才是治污的必然選擇。

2石粉概述

石粉是指石材加工過程中切鋸、拋光產(chǎn)生的粒徑小于0.16mm的微細(xì)顆粒。主要分為大理石粉與花崗石粉兩類，大理石類主要由碳酸鹽礦物(方解石、白云石)組成，花崗石類為硅酸鹽礦物(石英、長石、角閃石、輝石、云母等)組成。

對(duì)未知成分石粉一般采用XRD(粉末X射線衍射儀)和XRF(X射線熒光光譜分析儀)結(jié)合測定分析的方法，既能測定化學(xué)成分，又能測定其含量。由于石粉顆粒微小，一般采用激光粒度儀測試其粒徑大小及分布。大理石粉粒徑較為細(xì)小，顆粒圓形度較高，花崗石粉則大顆粒較多且以塊狀及扁平狀為主，圓形度較差。福建南安廢棄石粉化學(xué)成分和粒徑見表1和表2。

石材加工廠將含有石粉的廢水在沉淀池中沉淀后，上層清水循環(huán)利用，下層泥漿挖出堆放，故常見的廢棄石粉為泥膏狀，含水約40%。根據(jù)再利用需求，有些只需要濾去石粉中大塊雜質(zhì)即可直接使用，而有些則需要干燥球磨。

3廢棄石粉綜合利用方法

3.1初級(jí)應(yīng)用

3.1.1用作混凝土摻和料中取代水泥

國內(nèi)自60年代以來，就有許多施工單位和科研機(jī)構(gòu)對(duì)此開展了工作。相關(guān)研究報(bào)告甚多，并已經(jīng)有了廣為接受的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論：以石粉作為混凝土摻和料，在一定的摻和比內(nèi)（內(nèi)摻不超過膠凝材料的30%）可提高混凝土的工作性能，增加坍落度、擴(kuò)展度，提高粘聚性、保水性，減小泌水；并可增加抗壓與抗折強(qiáng)度，提高韌性與抗?jié)B等級(jí)；廢石粉中的大理石成分對(duì)水泥早期強(qiáng)度發(fā)展有利，花崗巖成分則對(duì)水泥后期強(qiáng)度發(fā)展有利。

其中中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院科研所鄧國才[1]、華南理工大學(xué)孫虎[2]對(duì)各種石粉進(jìn)行了分類研究，將大理石粉、花崗巖石粉、人造石粉替代粉煤灰分別應(yīng)用于水泥混合材、混凝土摻和料、干混砂漿混合料，其研究所得具有歸納性的指導(dǎo)意義，為不同用途的石粉選用提供了依據(jù)。

3.1.2用于商品砂漿中代替砂子

同濟(jì)大學(xué)混凝土材料研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鞠麗艷[3]等人，研究了廢石粉部分取代砂用于水泥砂漿時(shí)，其摻量、溫度、儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)預(yù)拌商品砂漿稠度、凝結(jié)時(shí)間、收縮性、抗壓強(qiáng)度等性能的影響，結(jié)果表明廢石粉部分取代砂，可以改善砂漿的和易性、減少砂漿收縮、提高抗壓強(qiáng)度并有利施工。

鐵道部第十四工程局隧道工程處盧艷軍[4]介紹了一種用廢棄石灰石粉作為骨料，完全代替河砂，配制的水泥石粉砌筑漿，所得產(chǎn)品膠砂強(qiáng)度提高，工作性能上較少泌水、分層，抗?jié)B性能也有提高；華僑大學(xué)土木工程學(xué)院施養(yǎng)杭[5]以石粉為集料，添加緩凝劑、膨脹劑和砂漿塑化劑，制備了新型漿體，用于石砌體抗震加固，由于大幅度地提高了漿液的保水性和流動(dòng)性，改善了可灌性，繼而較大幅度地提高了灌漿的飽滿度，明顯地提高了石砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.1.3用于墻體材料

將廢棄石粉作為主要原料，制成混凝土空心砌塊、燒結(jié)磚或免燒磚。福州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院林輝[6]通過對(duì)花崗巖石粉的活化處理，制備了MU15級(jí)石粉免燒燒結(jié)蒸養(yǎng)磚；華僑大學(xué)土木工程學(xué)院嚴(yán)捍東[7]將花崗石渣和石粉通過合理摻配，取代普通混凝土中的砂生產(chǎn)空心砌塊，強(qiáng)度等級(jí)MU7.5。

泉州市建友新型墻材有限公司生產(chǎn)的石粉蒸壓加氣混凝土砌塊，質(zhì)輕抗?jié)B易加工，綜合造價(jià)比粘土實(shí)心磚降低10%；晉江華寶公司已上馬一條廢石粉制磚生產(chǎn)線，以50%花崗石粉、35%海泥、15%粉煤灰配料，成型后經(jīng)煤引燃燒制而成；山東建材學(xué)院高天廣[8]以廢棄花崗巖石粉適當(dāng)填加部分骨料和膠結(jié)料，通過蒸壓養(yǎng)護(hù)等工藝可生產(chǎn)出MU10級(jí)以上建筑砌墻磚；上海中殷電子機(jī)械工程有限公司與美國滬邦科技有限公司合作，研發(fā)了一種無機(jī)強(qiáng)力固化劑，并以此為基礎(chǔ)摻合80%以上的石粉、廢石料或建筑垃圾，15%～20%的水泥，磚塊壓力成型自然養(yǎng)護(hù)，抗壓強(qiáng)度可達(dá)40MPa。

3.1.4石粉在水泥基材料中的作用機(jī)理

填充效應(yīng)：未經(jīng)磨細(xì)的石粉粒度大于水泥的粒度，石粉可以起到優(yōu)化機(jī)制砂級(jí)配和豐富漿體含量的效果。石粉經(jīng)磨細(xì)后能像粉煤灰甚至硅灰等礦物摻合料一樣，對(duì)水泥起到一種填充效應(yīng)，改善混凝土的孔隙特征，改善漿—集料界面結(jié)構(gòu)。

晶核效應(yīng)：在凝結(jié)階段，微細(xì)石粉可以產(chǎn)生微集料填充效應(yīng)和晶核效應(yīng)，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥水化反應(yīng)，促進(jìn)水泥早期強(qiáng)度的發(fā)展，使硬化后的水泥石與集料之間的過渡區(qū)密實(shí)性得以改善，而過渡區(qū)的強(qiáng)度又是混凝土強(qiáng)度的決定性因素，因此對(duì)水泥水化具有增強(qiáng)作用。

參與水化反應(yīng)：石粉并非完全惰性，或者可以通過預(yù)處理激發(fā)其活性，使其自身也可參與到水泥水化反應(yīng)過程中，使得水泥石結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高了水泥石的強(qiáng)度。

3.2高級(jí)應(yīng)用

3.2.1人造石

人造石又被稱為“樹脂混凝土”，它是以不飽和聚酯樹脂作粘結(jié)料，石粉、石渣、貝殼等天然廢棄物作填充料，當(dāng)不飽和聚酯樹脂在固化過程中把石渣、石粉、貝殼等填充料均勻牢固地粘接在一起后，即形成堅(jiān)硬的人造石。

南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院儲(chǔ)凌[9]以石材廢料、不飽和聚酯樹脂作為主要原料，采用常溫成型工藝制備人造大理石，以廢石料摻入量為58%的最佳配方，試樣的抗沖擊強(qiáng)度4.05kJ/m2，抗彎強(qiáng)度44.0MPa，各項(xiàng)性能均達(dá)到國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2仿石涂料

利用廢棄石粉制取涂料，首先按照不同粒徑要求粉碎，再經(jīng)篩選成碎石粉粒，經(jīng)防風(fēng)化處理后，加入特殊配方的高分子樹脂調(diào)制而成。碎石涂料具有天然石材的質(zhì)感而且不褪色、涂刷性好、能有效防水、抗酸堿、附著力強(qiáng)，色彩多樣，不僅能改善涂料性能，而且涂刷效果逼真，還能使石粉得到增值。

同濟(jì)大學(xué)應(yīng)南安市生產(chǎn)力促進(jìn)中心要求，開發(fā)了一種石粉制天然石漆，以廢棄石粉為主要原料，丙烯酸乳液為粘結(jié)劑，加入適量的分散、增稠組分，制作工藝簡單，施工方便清潔?？捎糜诟邫n墻面、石瓦表面，也可用于立柱、碑、柱的表面裝飾，具有良好的理化性能。

浙江大學(xué)化學(xué)系石材研究室曾余姚[10]進(jìn)行了有關(guān)技術(shù)研究，指出除石粉外，仿石涂料的配方中還有粘接劑和各種助劑，粘結(jié)劑為乳液型樹脂，助劑包括天然纖維，成膜助劑，增稠劑，消泡劑，防霉劑，分散劑，并提供有償配方供生產(chǎn)廠家選用。

3.2.3聚合物改性

把廢石料和泥漿加工成不同粒度的細(xì)石粉，然后再作為填料加到其它聚合物產(chǎn)品中，改變相應(yīng)產(chǎn)品的性能或外觀。昆明理工大學(xué)固體廢棄物資源化國家工程研究中心常靜，孫可偉[11]利用廢棄大理石石粉和廢舊地膜制備大理石石粉/聚乙烯廢棄物復(fù)合材料，用異丙基三異酞酰鈦酸酯對(duì)石粉作表面改性后，復(fù)合材料的抗彎、抗拉和抗沖擊強(qiáng)度均有了較大提高，分別為33.57MPa、18.31MPa和44.51kJ/m2。

上海博大企業(yè)集團(tuán)的陶冶，王繼虎[12]等人利用石材加工廠生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的石材廢渣、邊角料和粉塵，研究這些廢石粉填充到橡膠中的各項(xiàng)性能，結(jié)果表明摻加了廢石粉的橡膠性能優(yōu)越，最高的拉斷強(qiáng)度為17.54MPa，并認(rèn)為廢石粉在橡膠中的應(yīng)用是可行的。

4結(jié)合福建實(shí)際的應(yīng)用方向

4.1節(jié)能墻材

目前國家開始強(qiáng)制實(shí)施建筑節(jié)能國家標(biāo)準(zhǔn)，如JGJ134-2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，其中4.0.4條款強(qiáng)制規(guī)定了建筑護(hù)圍結(jié)構(gòu)中的屋面、外墻、架空或外挑樓板、外窗需要達(dá)到的傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)，其中分戶墻、樓板、樓遞間隔墻、外走廊隔墻、戶門的傳熱系數(shù)限值一定不能突破。

所以可關(guān)注廢氣石粉在節(jié)能墻材上的應(yīng)用，如應(yīng)用于加氣混凝土砌塊、混凝土空心磚與保溫砂漿上。①加氣混凝土砌塊，以過濾后所得花崗巖石粉漿為主要材料，配合石灰和水泥，由發(fā)泡劑引入氣泡（松香皂類或鋁粉鐵粉），攪拌澆筑成型，在一定的溫度濕度下水熱合成，即可得到輕質(zhì)多孔的加氣混凝土；②混凝土空心磚，以廢棄石粉、石渣與膨脹珍珠巖為主要原料，配合水泥和膨脹劑，混入適量聚丙烯纖維，攪拌混合均勻，通過磚機(jī)壓制而成的具有環(huán)保節(jié)能功能的新型墻體材料；③保溫砂漿，以廢棄石粉代理膠凝材或細(xì)骨料，制備保溫抹面砂漿和保溫砌筑砂漿。

4.2干混砂漿

抓住城市生產(chǎn)和推廣應(yīng)用商品砂漿的良好時(shí)機(jī)，采用石料開采加工廠廢石粉為集料和填料，研制開發(fā)出和易性和保水性良好，強(qiáng)度、干縮率、耐久性指標(biāo)符合要求的干混砂漿也是廢石粉綜合利用的一個(gè)具有市場前景的發(fā)展方向。

5結(jié)語

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求和社會(huì)文明發(fā)展程度的提高，解決石材廢料的處理和利用已經(jīng)成為石材加工企業(yè)亟待解決的問題，從永續(xù)發(fā)展長遠(yuǎn)考慮，地方政府和有關(guān)企業(yè)應(yīng)該盡早行動(dòng)，地方政府若能夠給予政策扶持，石材加工企業(yè)與回收利用企業(yè)密切配合，圍繞現(xiàn)場及時(shí)回收-廢料分類有效使用-產(chǎn)品積極宣傳投入市場這一主線，為解決長期以來的環(huán)境問題一道克服困難，探索發(fā)展。