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)濟做出了巨大貢獻，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，遇雨天即和雨水混合成石粉泥，四處橫流，晴天時則隨風(fēng)四處飄飛，對環(huán)境造成了二次污染，大片耕地及水資源、空氣等受到嚴重污染，生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞。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。標本兼治，對石材加工業(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構(gòu)對此開展了工作。相關(guān)研究報告甚多，并已經(jīng)有了廣為接受的經(jīng)驗性結(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、擴展度，提高粘聚性、保水性，減小泌水；并可增加抗壓與抗折強度，提高韌性與抗?jié)B等級；廢石粉中的大理石成分對水泥早期強度發(fā)展有利，花崗巖成分則對水泥后期強度發(fā)展有利。

其中中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院科研所鄧國才[1]、華南理工大學(xué)孫虎[2]對各種石粉進行了分類研究，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

同濟大學(xué)混凝土材料研究國家重點實驗室鞠麗艷[3]等人，研究了廢石粉部分取代砂用于水泥砂漿時，其摻量、溫度、儲存時間對預(yù)拌商品砂漿稠度、凝結(jié)時間、收縮性、抗壓強度等性能的影響，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]通過對花崗巖石粉的活化處理，制備了MU15級石粉免燒燒結(jié)蒸養(yǎng)磚；華僑大學(xué)土木工程學(xué)院嚴捍東[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，強度等級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，綜合造價比粘土實心磚降低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)護等工藝可生產(chǎn)出MU10級以上建筑砌墻磚；上海中殷電子機械工程有限公司與美國滬邦科技有限公司合作，研發(fā)了一種無機強力固化劑，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，抗壓強度可達40MPa。

3.1.4石粉在水泥基材料中的作用機理

填充效應(yīng)：未經(jīng)磨細的石粉粒度大于水泥的粒度，石粉可以起到優(yōu)化機制砂級配和豐富漿體含量的效果。石粉經(jīng)磨細后能像粉煤灰甚至硅灰等礦物摻合料一樣，對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)，促進水泥早期強度的發(fā)展，使硬化后的水泥石與集料之間的過渡區(qū)密實性得以改善，而過渡區(qū)的強度又是混凝土強度的決定性因素，因此對水泥水化具有增強作用。

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，從而提高了水泥石的強度。

3.2高級應(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，試樣的抗沖擊強度4.05kJ/m2，抗彎強度44.0MPa，各項性能均達到國家或行業(yè)標準。

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，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。

同濟大學(xué)應(yīng)南安市生產(chǎn)力促進中心要求，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。可用于高檔墻面、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石粉作表面改性后，復(fù)合材料的抗彎、抗拉和抗沖擊強度均有了較大提高，分別為33.57MPa、18.31MPa和44.51kJ/m2。

上海博大企業(yè)集團的陶冶，王繼虎[12]等人利用石材加工廠生產(chǎn)時產(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，最高的拉斷強度為17.54MPa，并認為廢石粉在橡膠中的應(yīng)用是可行的。

4結(jié)合福建實際的應(yīng)用方向

4.1節(jié)能墻材

目前國家開始強制實施建筑節(jié)能國家標準，如JGJ134-2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》，其中4.0.4條款強制規(guī)定了建筑護圍結(jié)構(gòu)中的屋面、外墻、架空或外挑樓板、外窗需要達到的傳熱系數(shù)和熱惰性指標，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機，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，強度、干縮率、耐久性指標符合要求的干混砂漿也是廢石粉綜合利用的一個具有市場前景的發(fā)展方向。

5結(jié)語

隨著人們對環(huán)境保護要求和社會文明發(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)展長遠考慮，地方政府和有關(guān)企業(yè)應(yīng)該盡早行動，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。