CN104496539A - 石材着色环保工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石材着色环保工艺，通过以下步骤实现：a、将干燥过的石材降至50—60℃以下后，浸泡在着色剂中；b、着色浸泡过的石材用清水水洗或浸泡；c、水处理过的石材在碱性条件下高温水煮20至40分钟，或者40分钟以上。采用本发明，着色剂浸泡后在碱性条件下高温水煮，着色剂中含有的金属盐类生成的Fe(OH)3等沉淀物通过过滤沉淀物等现有的简单回收设备即可回收，其他反应物也可回收再利用，水煮之后的废渣回收时，加入HNO3等酸类活化处理即可用于调配着色剂。总之相对于现有的以空气作为加热介质而言，本发明采用碱水煮，碱水煮的过程中不会产生有害气体，其环保的经济效益和社会效益非常显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种石材着色工艺，特别是涉及一种石材着色环保工艺。
背景技术
目前石材染色工艺如下，石材先干燥，刚干燥过的石材稍等片刻泡入着色剂即药水中，室温下泡3小时后入炉烧8小时，烧的温度为120℃至200℃，反复四遍即得成品石材。药水采用现有的多种柒色(染色)剂、着色剂，主要材料为Fe(NO3)3溶液，其他颜色药水采用金属硝酸盐、金属盐酸盐等，通过炉烧能使石材变成红色、黄色等不同颜色。
由于金属盐类的着色剂在炉烧加热过程中会产生酸雾、NO2等有害气体，以着色剂以含有Fe(NO3)3为例，其反应方程式如下，其他金属盐类的着色剂与此类似。
2Fe(NO3)3+6H2O→2Fe(OH)3↓+6HNO3↑
4HNO3→2H2O+4NO2↑+O2↑
8Fe(NO3)3+12H2O→8Fe(OH)3↓+24NO2↑+6O2↑
通常情况下，炉烧产生的气体既未作防泄漏处理，也未回收、未除酸处理，因此对环境产生极大的不利影响，还会提高环境污染的治理成本。
由于石材在较高温度下浸泡在着色剂中，在石材表面产生富集现象，成品石材的表面就会形成一层颜色不均一的污色层，石材表层不得不打磨处理。而且污色层还会影响成品石材与混凝土等的结合，导致成品石材粘结不牢，易从建筑物上脱落。
剖开成品石材的截面可见：表层着色深、中层无着色，即使表层还存在着色部位不均、着色深浅变化等不良现象。
成品石材的强度较低，在切割、搬运、贴装等过程中易裂、石材边角易碎、石材边沿易破等，需经改性等特殊处理才能提高成品石材的强度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能提高着色稳定性，既环保，成本又低的石材着色环保工艺。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种石材着色环保工艺，通过以下步骤实现：
a、着色剂浸泡：将干燥过的石材降至50℃—60℃以下后，浸泡在着色剂中；
b、水处理：着色浸泡过的石材用清水水洗或浸泡；
c、水煮：水处理过的石材在碱性条件下高温水煮20至40分钟，或者40分钟以上。
所述着色剂浸泡步骤a中，浸泡温度为室温，或者浸泡时间为4至24小时，或者浸泡时间为8至24小时，或者浸泡时间为8至48小时；或者浸泡时间为24至48小时。
所述着色剂选自能显现颜色的至少一种金属化合物或者金属盐的溶液，溶液为12—40波美度。
所述着色剂选自根据三基色原理调配的金属化合物或者金属盐的混合物溶液，溶液为12—40波美度，或者所述着色剂选用12—40波美度的Fe(NO3)3溶液，其中添加Cu(NO3)2，Fe：Cu＝100：1。
所述水处理b中，石材处理2至3次，或者石材在3分钟内处理2至3次。
所述水煮步骤c中，水煮液的PH值为12，或者水煮温度为95—105℃，或者水煮温度为100—105℃，或者PH值为12的水煮液采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠中添加碳酸钠或者氢氧化钾中添加碳酸钾。
所述水煮步骤c之后，石材加热；或者石材加热的废气通过饱和碳酸钠或者碳酸钾吸收液处理；或者石材加热采用烘箱加热，烘箱采用带饱和碳酸钠或者碳酸钾吸收装置的全密封防漏气烘箱。
所述石材加热的温度为140—170℃，140—200℃，170—200℃，280—320℃，290—320℃，或者280—400℃；或者石材加热的时间为2小时，2—3小时，2—4小时，或者3—4小时。
所述着色剂浸泡步骤a中，石材干燥的温度为100℃以上，干燥至石材的微孔中水气挥发。
所述着色剂浸泡步骤a中，浸泡压力为8MPa，或者所述水煮步骤c中，水煮压力为0—1.25KPa。
采用上述技术方案后，本发明的石材着色环保工艺具有以下有益效果：
一、着色剂浸泡后在碱性条件下高温水煮，以着色剂以含有Fe(NO3)3或FeCl3的水溶液为例，其反应方程式如下：Fe(NO3)3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaNO3，Fe Cl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3Na Cl，硝酸铜和碳酸钠反应变成铜绿色，以及其他金属盐类的着色剂与此类似；可见碱性条件下着色剂中含有的金属盐类生成的Fe(OH)3或者其他沉淀物通过过滤沉淀物等现有的简单回收设备即可回收，其他反应物NaNO3、Na Cl等也可回收再利用，水煮之后的废渣回收时，加入HNO3等酸类活化处理即可用于调配着色剂。总之相对于现有的以空气作为加热介质而言，本发明采用碱水煮，碱水煮的过程中不会产生有害气体，其环保的经济效益和社会效益非常显著。
二、石材加热产生的废气通过饱和碳酸钠或者碳酸钾吸收液处理，能吸废气中的有害气体，能进一步提高环保的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
本发明的石材着色环保工艺通过以下步骤实现：
a、着色剂浸泡
待着色的石材先采用烘箱或烘炉干燥，石材干燥的温度为100℃以上，干燥至石材的微孔中水气挥发大部分或者挥发完全。
视情况降低干燥过的石材温度，例如冬天将干燥过的石材降至50℃—60℃以下，例如降至50℃以下或者50℃，或者降至55℃以下或者55℃，或者降至60℃以下或者60℃，夏天将干燥过的石材降至室温，降温后再浸泡在着色剂中。
在50℃—60℃以下的条件下，着色剂或者着色剂中大部分的起着着色效力的组分不易发生化学反应，也就不会在石材表面沉积、粘结一层致密的化学反应的反应物。这些反应物附在石材表面，按常规工艺后期进行高温加热变色处理后，石材表面形成一层颜色不均一的污色层，甚至石材表层不得不打磨处理。而且污色层还会影响成品石材与混凝土等的结合，导致成品石材粘结不牢，易从建筑物上脱落。
因此，在50℃—60℃以下的条件下，着色剂能够节省大部分，而且在这种温度条件下，着色剂能够由表及里地均匀渗透入石材，特别是干燥过的石材的微孔有助于提高着色剂的均匀渗透。经本步骤处理后的石材水煮之后，剖开石材截面可见，其着色均匀度、着色深浅度均明显高于现有常规工艺，石材截面不存在表层着色深、中层无着色，更不存在着色部分深浅不一致的现象。
较佳地，浸泡温度为室温，大致30—40℃，浸泡时间为4至24小时、8至24小时、8至48小时、或者24至48小时。可根据石材的规格大小相应地提高浸泡温度、延长浸泡时间，调整浸泡压力。通过调整浸泡温度、浸泡时间和浸泡压力获得较为理想的着色渗透效果。优选地，厚度达到3公分以上的石材浸泡时加压，在约8Mpa压力下浸泡8—24小时即可。5公分以上的石材浸泡时加压浸泡48小时。
着色剂选自能显现颜色的至少一种金属化合物的溶液，这里“能显现颜色”是指在着色剂浸泡过程中显现颜色，或者在后述的水煮过程中显现颜色，一部分是因着色剂的水溶液自身能显现颜色，一部分是在着色剂中浸泡过的石材在水煮过程中发生化学反应，进一步显现颜色。
其中红色系的着色剂选自28—37波美度的硝酸铁的水溶液，复配0.3—1％的硝酸锰。绿色系的着色剂选自硝酸铜的水溶液，约20—37波美度。蓝色系的着色剂选自12—20波美度的硝酸铜的水溶液。选用上述三原色系的着色剂，根据三基色原理调配金属氯化盐和/或金属柠檬酸盐、金属硝酸盐的混合液或混合物，能调配出多种颜色。而且根据三基色原理，在上述调配的着色剂中添加黑色系的着色剂，还能调配出更多的颜色。黑色系的着色剂选自12—40波美度的硝酸锰，复配硝酸铜的水溶液，其中Mn：Cu＝50：20。
b、水处理
着色浸泡过的石材用清水水洗或浸泡，冲掉或者泡掉石材表面附着的着色剂、化学反应的反应物、或者其他污物。
较佳地，短时间内对石材浸泡或者水洗多次，例如在3分钟内浸泡或者水洗2次，或者至少2次，或者2次以上，或者3次，或者更多次。
c、水煮
水处理过的石材在碱性条件下高温水煮20至40分钟，或者40分钟以上，水煮时间长短视石材厚薄而定，较佳地，在0—1.25KPa压力下水煮，例如0.8KPa、1KPa、1.2KPa、1.25KPa均可。水煮后即可获得相应成色的成品石材，成品石材外表面变色均一，外表面干净、无污物层，无需打磨处理。
现有石材是在炉烧加热时的化学反应而得到不同颜色，在同一着色剂的情况下，通过控制加热温度和加热时间得到不同的颜色。受炉内热传导等因素影响，炉烧加热的温度很难精确控制，同一炉内会出现温度分布不均的现象，也就很难确保石材的颜色变化能够达到一致性，这样同一炉会烧出不同颜色，某一炉与其他一炉也会烧出颜色深浅不一的石材。
作为本发明的一个优选实施例，针对根据三基色原理调配金属硝酸盐和/或金属柠檬酸盐，金属氯化盐的混合液。
尤其是以Fe(NO3)3作为黄色系的着色剂，其中添加少量Cu(NO3)2，Fe：Cu＝100：1。由于Cu(NO3)2与碱水化学反应所显示的颜色与红色系的着色剂化学反应所显示的颜色进行三基色调合，最终使水煮过的石材保持均一的黄色系，而不会随着碱水水煮的时间延长、碱水水煮温度升高而变化成深黄色、黄褐色、红色等深色或者其他色系中的颜色。通过添加Cu(NO3)2稳定颜色，获得高品质的颜色均一的黄色系成品石材。
由于碱水水煮过程中，由于石材中含有的二氧化硅和碱水例如NaOH反应，生成硅酸，硅酸相当于胶体充分填充在石材的微孔中，提高了石材的致密性，经静压等方式测得，本发明获得的成品石材的强度比常规工艺制得的成品石材提高3％以上。
较佳地，水煮液选用PH值为12的稀碱水，例如NaOH、KOH水溶液，或者氢氧化钠和碳酸钠的混合液，或者氢氧化钾和碳酸钾的混合液。根据颜色需要确定具体含量或者比例，使水煮液中的钠离子与着色剂中的硝酸根大致相当，以生成硝酸钠、硝酸钾。硝酸钠、硝酸钾在较低温下即可便利回收，且回收率高。
在沸水中水煮石材，水煮温度为95—105℃，优选100—105℃，便于直观地观察控制水温。由于稀碱水与渗透入石材内的着色剂反应生成的化合物不易挥发，且易回收再利用，回收成本低，具有优越的环保效益。
水煮之后的废渣回收时，加入HNO3等酸类活化处理即可用于调配着色剂。
另外，水煮步骤c之后，石材干燥后放入高温炉中烘烤加热，还可获得更多的红色系等诸多变色效果。石材加热的温度为120—150℃，140—170℃，140—200℃，170—200℃，280—320℃，290—320℃，或者280—400℃；或者石材加热保温的时间为2—4小时，2—3小时，2—4小时，或者3—4小时。视加热时的传热效率而定，若采用煤加热，约加热保温4小时，若采用电加热，约加热保温2小时。
在密封的高温烘箱或烘炉中对石材加热，高温炉中外置废气吸收装置，加热的废气通过废气吸收装置中的饱和碳酸钠吸收液进行回收处理。
石材着同一颜色还可采用以下两种实施方式：
实施例一
红色系的着色剂选用Fe(NO3)3水溶液，石材在红色系的着色剂中浸泡，附着第一次底色，然后在绿色系的着色剂Cu(NO3)2水溶液中浸泡，附着第二次调和色。水煮过程中，Fe(NO3)3与碳酸钠和氢氧化钠混合水溶液化学反应，Cu(NO3)2与碳酸钠和氢氧化钠混合水溶液化学反应，所显示的颜色由绿色和红色进行三基色调合，最终获得黄色系的石材。这种黄色系不会随着保温的时间延长、炉内温度的误差而变化成深黄色、黄褐色、红色等深色或者其他色系中的颜色。
实施例二
以硝酸铁为着色剂，氢氧化钠溶液水煮30分钟。即得黄色系石材。
实施例三
先将石材浸泡在红色系着色剂中，氢氧化钠溶液水煮后呈红色系石材，将红色系石材浸泡在绿色系着色剂中，然后在氢氧化钠和碳酸钠混合溶液中水煮，即得黄色系石材。
实施例四
先将石材浸泡在红色系着色剂中，然后浸泡在黄色系着色剂中，然后在氢氧化钠溶液中水煮，即得橘红色石材。
实施例五
1、2次着色剂浸泡后，1次水煮，每次着色剂的波美度较低，金属化合物的波美度约12。2、1次着色剂浸泡，1次水煮，着色剂的波美度较高，金属化合物的波美度约18。3、1次着色剂浸泡后，1次水煮，重复2遍，每次着色剂的波美度较低，金属化合物的波美度约12。4、2次着色剂浸泡后，2次水煮，每次着色剂的波美度较低，金属化合物的波美度约12。波美度以实际颜色需要而定。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.一种石材着色环保工艺，其特征在于，通过以下步骤实现：
a、着色剂浸泡：将干燥过的石材降至50℃—60℃以下后，浸泡在着色剂中；
b、水处理：着色浸泡过的石材用清水水洗或浸泡；
c、水煮：水处理过的石材在碱性条件下高温水煮20至40分钟，或者40分钟以上。
2.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述着色剂浸泡步骤a中，浸泡温度为室温，或者浸泡时间为4至24小时，或者浸泡时间为8至24小时，或者浸泡时间为8至48小时；或者浸泡时间为24至48小时。
3.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述着色剂选自能显现颜色的至少一种金属化合物或者金属盐的溶液，溶液为12—40波美度。
4.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述着色剂选自根据三基色原理调配的金属化合物或者金属盐的混合物溶液，溶液为12—40波美度，或者所述着色剂选用12—40波美度的Fe(NO3)3溶液，其中添加Cu(NO3)2，Fe：Cu＝100：1。
5.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述水处理b中，石材处理2至3次，或者石材在3分钟内处理2至3次。
6.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述水煮步骤c中，水煮液的PH值为12，或者水煮温度为95—105℃，或者水煮温度为100—105℃，或者PH值为12的水煮液采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠中添加碳酸钠或者氢氧化钾中添加碳酸钾。
7.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述水煮步骤c之后，石材加热；或者石材加热的废气通过饱和碳酸钠或者碳酸钾吸收液处理；或者石材加热采用烘箱加热，烘箱采用带饱和碳酸钠或者碳酸钾吸收装置的全密封防漏气烘箱。
8.如权利要求7所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述石材加热的温度为140—170℃，140—200℃，170—200℃，280—320℃，290—320℃，或者280—400℃；或者石材加热的时间为2小时，2—3小时，2—4小时，或者3—4小时。
9.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述着色剂浸泡步骤a中，石材干燥的温度为100℃以上，干燥至石材的微孔中水气挥发。
10.如权利要求1所述的石材着色环保工艺，其特征在于：所述着色剂浸泡步骤a中，浸泡压力为8MPa，或者所述水煮步骤c中，水煮压力为0—1.25KPa。
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