CN114656195A - 一种固体废弃物制备人造石的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体废弃物制备人造石的工艺方法，具体包括以下步骤：步骤一：量取各组分的密度，以及工业固体废弃物的堆积松密度，步骤二：量取模具体积，步骤三：确定树脂的添加量与325目筛过量石英粉最佳比例范围，步骤四：石英粉的吸油值以及工业固体废弃物的吸油值，步骤五：通过体积分配计算各组分添加质量，步骤六：向搅拌装置添加物料，真空震动压制成形，最后加热固化成型。本发明既可实现对固体废弃物的资源化利用，又可实现不进行实验室小试，直接进行工业固体废弃物制备树脂基人造石工业生产。

Description

一种固体废弃物制备人造石的工艺方法
技术领域
本发明属于固废资源化技术领域，特别涉及一种固体废弃物制备人造石的工艺方法。
背景技术
固体废弃物是指在工业生产活动中产生的固体废物。固体废物的一类(如废石渣，废钢渣，尾矿，粉煤灰等)消极堆存不仅占用大量土地，造成人力物力的浪费。固体废弃物经过适当的工艺处理可制成多种产品，其中制成人造石是一项重要的固体废弃物重要资源化利用路径。
树脂基人造石作为一种高子复合材料,是由两个或两个以上的独立物理相有机合成的固体产物,其基体材料通常用不饱和聚醋树脂,增强材料为天然矿石(粉)。人造石的一项重要发展方向是：把处理工业废渣和环境保护与生产人造石结合起来，充分利用工业废料，保护环境，同时降低成本。但该发展方向存在一些问题制约上述目标实现，目前该领域缺乏系统性的理论指导。
在上述所有问题中，固体废弃物制造人造石配比工艺是基础问题，因此，研究一项人造石配比工艺方法，对利用工业废渣生产人造石有重大的意义。人造石配比工艺方法的主要问题是：粉料和颗粒的配比问题，树脂基人造石中树脂用量是占据了人造石成本大部分，因此，树脂在各粒径颗粒之间的分配问题对降低成本具有重大的意义。
发明内容
本发明所述树脂是指不饱和聚酯混合树脂，具体是指称取一定量的不饱和聚酯树脂，按照不饱和聚酯树脂量的1.5％加入固化剂OT(过氧化二乙基己酸叔丁酯)以及按照树脂质量的3％加入偶联剂(硅烷偶联剂KH570，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，混合均匀后所得到的树脂混合物。
本发明所述325目筛过量石英粉料占有树脂相对量QS是指相对树脂用量，具体是指添加混合树脂和325目筛过量石英粉进行搅拌，搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，得到混合树脂和325目筛过量石英粉比例与抗弯性能的曲线，并得到最佳树脂比例范围，此范围的混合树脂与325目筛过量石英粉质量比例即为325目筛过量石英粉料占有树脂相对量。
本发明所述固体废弃物粉料占有树脂相对量MFS是指是相对树脂用量，具体是指以325目筛过量石英粉料占有树脂相对量QS定为基准，固体废弃物粉料与之对比的数值。
本发明所述固体废弃物粒料占有树脂相对量MLS是指相对树脂用量，具体是指以325目筛过量石英粉料占有树脂相对量QS定为基准，固体废弃物粒料与之对比的数值。
本发明所述KLS为工业固体废弃物粒料树脂占有量与325目筛过量石英粉树脂占有量的计算式的系数，该系数反映了颗粒形状，固体废弃物缝隙等对混合树脂占有相对量的影响，一般固体颗粒越小，颗粒的缝隙等都会增加树脂的相对用量，故需要系数予以修正，当固体较大颗粒时，缝隙的影响大为降低，故颗粒的系数较粉体的小。
本发明所述KFS为固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的计算式的系数，该系数反映了颗粒形状，固体废弃物缝隙等对混合树脂占有相对量的影响，一般固体颗粒越小，颗粒的缝隙等都会增加树脂的相对用量，故需要系数予以修正。
本发明所述OF为固体废弃物200～325目筛余量吸油值。
本发明所述OS为石英200～325目筛余量吸油值。
本发明所述的吸油值是指以100g200目～325目石英粉料或固体废弃物粉料所需亚麻油的质量表示。即指每100g200目～325目石英粉料或固体废弃物粉料，在达到完全润湿时需要用油的最低用量，O＝亚麻油量/100g粉料。
本发明所述的325筛过量石英粉料占有树脂相对量QS测试过程为：
称取一定量的树脂，按照树脂量的1.5％加入固化剂OT(过氧化二乙基己酸叔丁酯)以及数质量的3％加入偶联剂(硅烷偶联剂KH570，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，化学结构式：CH3CCH2COO(CH2)3Si(OCH3)3)。加入相应质量的325筛过量石英粉，配比成如下比例：
Figure BDA0003609523580000021
Figure BDA0003609523580000031
称量好上述物料，按照如下顺序添加物料，首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，加入325目筛过量石英粉粉料，充分搅拌。搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的人造石坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，
最后测试三点抗弯强度，结果如附图1所示，325筛过量石英粉料占有树脂相对量QS范围为：0.18～0.2。
本发明所述ML为固体废物粒料的质量，MF为固体废弃物325目筛过量粉料的质量，VL为固体废物粒料的体积，VF为固体废弃物325目筛过量粉料的体积，VLS为固体废物粒料占有树脂相对量固化后的体积，VFS为固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂量固化后的体积，模具体积为VM，ρG固体废弃物密度，ρS为石英密度，ρZ混合树脂固化后固体密度。
本发明所述的体积分配计算各组分添加质量计算过程为：
第一步，确定固体废弃物粒料的加入量ML，粒料的加入有一定限制，一般最大加入质量为模具体积乘以松密度所得质量数值以下。
第二步，各组分量通过如下公式计算
VL＝ML÷ρG
VLS＝MLS÷ρZ
VF+VFS＝VM-VL-VLS
VFS/VF＝QS
当粉料为325目筛过量石英粉时：MF＝VF×ρS
当粉料为固体废弃物325目筛过量粉时：MF＝VF×ρG
混合树脂的质量为：MFS+MLS。
本发明的目的是解决固体废弃物制备树脂基人造石的工业生产配比工艺问题，特别是树脂基人造石树脂的分配问题，从而实现不进行实验室小试，就可以直接进行固体废弃物制备树脂基人造石工业直接生产。
本发明为解决上述技术问题，提供了一种固体废弃物制备人造石的工艺方法，所述固体废弃物制备人造石的工艺方法依次包括以下步骤：
一种固体废弃物制备人造石的工艺方法，所述固体废弃物制备人造石的工艺方法依次包括以下步骤：
步骤一：量取石英粉、固体废弃物以及不饱和聚酯混合树脂固化后固体的密度，以及作为粒料颗粒的固体废弃物的堆积松密度。
步骤二：量取模具尺寸并计算的模具体积。
步骤三：通过实验确定不饱和聚酯树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例对三点抗弯强度影响的曲线，从而得到325目筛过量石英粉占有树脂相对量为0.18～0.2。
步骤四：测试粒度为200目到325目筛余量石英粉的吸油值，以及200目到325目筛余量固体废弃物的吸油值。
步骤五：通过体积分配计算各组分添加质量，通过固体废弃物粒料与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式计算固体废弃物粒料占有树脂相对的质量，通过固体废弃物粉料与325目筛过量石英粉占有树脂相对量关系式计算固体废弃物粉料占有树脂相对的质量。
步骤六：向搅拌装置添加物料，搅拌好后将物料倒入铺有塑料膜的模具中，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压制的时间为10分钟以上，最后加热固化成型。
进一步地，所述固体废弃物为：废石材、废玻璃、废钢渣、尾矿、煤矸石以及粉煤灰。
进一步地，所述固体废弃物为：废石材。
进一步地，所述步骤三树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例为：0.19。
进一步地，固体废弃物粒料占有树脂量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式为：MLS＝KLS×(OL÷OS)×ML×QS
进一步地，工业固体废弃物粒料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式中系数KLS为：0.1～0.2。
进一步地，固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式为：MFS＝KFS×(OF÷OS)×MF×QS
进一步地，固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量关系式中系数KFS为：0.5～0.6。
进一步地，所述步骤六添加物料的顺序为：首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，其次加入粒料，充分搅拌，最后加入粉料，充分搅拌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明既可实现对固体废弃物的资源化利用，又可实现不进行实验室小试，直接进行固体废弃物制备树脂基人造石工业生产。进一步地，可以编写工艺软件，应用时只要输入基本参数，就可以得出工业生产中各个组分的添加质量，节省了成本，简化了工业生产过程。
附图说明
图1：石英粉料占有树脂相对量三点抗弯结果曲线图
具体实施方式
实施例1-3：
具体实施时，以工业板材加工板岩的废弃边角料为粒料，325目筛过量石英粉为粉料以及不饱和聚酯树脂为粘合剂，过氧化二乙基己酸叔丁酯(OT)为固化剂，加入量为树脂量的1.5％加入固化剂OT，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)为增强剂，加入量为树脂用量的3％。
步骤一：量取上述石英粉、板岩以及不饱和树脂(固化剂和增强剂加入后)固化后固体的密度。密度分别为:2.65×103Kg/m3、2.61×103Kg/m3、1.12×103Kg/m3。
粒料板岩颗粒的堆积松密度，松密度为1.43×103Kg/m3。
步骤二：量取模具并计算的体积，模具是边长为40cm的正方形，深度为2cm，模具的体积为：3.2×10-3m3。
步骤三：做实验确定树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例选取0.19。
步骤四：测试粒度为200目到325目石英粉的吸油值，结果为0.24，,测试粒度为200目到325目板岩粉的吸油值，结果为0.66。
计算4Kg板岩粒料占有树脂相对量系数取值不同时，板岩粒料占有树脂相对量结果如下表：
Figure BDA0003609523580000061
步骤五：通过体积分配计算各组分添加质量，4Kg板岩粒料占有树脂相对量系数取值不同时，325目筛过量石英粉料体积和粉料占有树脂的体积计算结果：
Figure BDA0003609523580000062
计算4Kg板岩粒料占有树脂相对量系数取值不同时，各组成对应的质量分别为：
Figure BDA0003609523580000063
称量好上述物料，按照如下顺序添加物料，首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，加入粒料，充分搅拌，加入粉料，充分搅拌。搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的人造石坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，利用万能实验压力机测试其三点抗弯强度，经过测试其三点抗弯强度为:
系数 三点抗弯强度(mPa)
0.1 47.5
0.15 47.1
0.2 48.3
上述三个系数下制备的树脂基人造石均达到了人造石人造石《JC/T908-2013》行业标准的要求。
实施例4-12：
具体实施时，以工业板材加工板岩的废弃边角料为粒料，325目筛过量板岩粉为粉料以及不饱和聚酯树脂为粘合剂，过氧化二乙基己酸叔丁酯(OT)为固化剂，加入量为树脂量的1.5％加入固化剂OT，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)为增强剂，加入量为树脂用量的3％。
步骤一：量取石英粉、板岩以及混合不饱和树脂(固化剂和增强剂加入后)固化后固体的密度。密度分别为:2.65×103Kg/m3、2.61×103Kg/m3、1.12×103Kg/m3。
粒料板岩颗粒的堆积松密度，松密度为1.43×103Kg/m3。
步骤二：量取模具并计算的体积，模具是边长为40cm的正方形，深度为2cm，模具的体积为：3.2×10-3m3。
步骤三：做实验确定树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例选取0.19。
步骤四：测试粒度为200目到325目石英粉的吸油值，结果为0.24，,测试粒度为200目到325目板岩粉的吸油值，结果为0.66。
计算4Kg板岩粒料占有树脂相对量时系数取值不同时，板岩粒料占有树脂相对量质量结果如下表：
Figure BDA0003609523580000071
Figure BDA0003609523580000081
步骤五：通过体积分配计算各组分添加质量，当粒料占有树脂相对量计算系数取值为0.1，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，板岩粉料体积和板岩粉料占有树脂相对量体积计算结果：
Figure BDA0003609523580000082
通过体积分配计算各组分添加质量，当粒料占有树脂相对量计算系数取值为0.15，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，板岩粉料体积和板岩粉料占有树脂相对量体积计算结果：
Figure BDA0003609523580000083
通过体积分配计算各组分添加质量，当粒料占有树脂相对量计算系数取值为0.15，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，板岩粉料体积和板岩粉料占有树脂相对量体积计算结果：
Figure BDA0003609523580000084
Figure BDA0003609523580000091
板岩粒料质量为4Kg,粒料占有树脂相对量系数取值为0.1，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，各组成对应的质量分别为：
Figure BDA0003609523580000092
板岩粒料质量为4Kg,粒料占有树脂相对量系数取值为0.15，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，各组成对应的质量分别为：
Figure BDA0003609523580000093
板岩粒料质量为4Kg,粒料占有树脂相对量系数取值为0.2，板岩粉料占有树脂相对量不同系数时，各组成对应的质量分别为：
Figure BDA0003609523580000094
Figure BDA0003609523580000101
称量好上述物料，按照如下顺序添加物料，首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，加入粒料，充分搅拌，加入粉料，充分搅拌。搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的人造石坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，利用万能实验压力机测试其三点抗弯强度，经过测试其三点抗弯强度为:
Figure BDA0003609523580000102
上述九组配比制备的树脂基人造石均达到了人造石人造石《JC/T908-2013》行业标准的要求。
实施例13
具体实施时，以工业板材加工板岩的废弃边角料为粒料，325目筛过量石英粉为粉料以及不饱和聚酯树脂为粘合剂，过氧化二乙基己酸叔丁酯(OT)为固化剂，加入量为树脂量的1.5％加入固化剂OT，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)为增强剂，加入量为树脂用量的3％。
步骤一：量取石英粉、板岩以及混合不饱和树脂(固化剂和增强剂加入后)固化后固体的密度。密度分别为:2.65×103Kg/m3、2.61×103Kg/m3、1.12×103Kg/m3。
粒料板岩颗粒的堆积松密度，松密度为1.43×103Kg/m3。
步骤二：量取模具并计算的体积，模具是边长为40cm的正方形，深度为2cm，模具的体积为：3.2×10-3m3。
步骤三：做实验确定树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例选取0.18。
步骤四：测试粒度为200目到325目石英粉的吸油值，结果为0.24，,测试粒度为200目到325目板岩粉的吸油值，结果为0.66。
计算4Kg板岩粒料占有树脂相对量时系数取值0.1时，板岩粒料占有树脂相对量MLS为0.2Kg,板岩粒料体积为1.53×10-3m3，板岩粒料占有树脂相对量体积为0.18×10-3m3，计算325筛过量石英粉料体积为1.04×10-3m3，325筛过量石英粉料占有树脂相对量为0.44×10-3m3，各组分的质量为板岩粒料4Kg,325筛过量石英粉质量为2.76Kg,混合树脂总质量0.69Kg。
称量好上述物料，按照如下顺序添加物料，首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，加入粒料，充分搅拌，加入粉料，充分搅拌。搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的人造石坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，利用万能实验压力机测试其三点抗弯强度，经过测试其三点抗弯强度为:44.5mPa,制备的树脂基人造石达到了人造石《JC/T908-2013》行业标准的要求。
实施例14
具体实施时，以工业板材加工板岩的废弃边角料为粒料，325目筛过量石英粉为粉料以及不饱和聚酯树脂为粘合剂，过氧化二乙基己酸叔丁酯(OT)为固化剂，加入量为树脂量的1.5％加入固化剂OT，r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)为增强剂，加入量为树脂用量的3％。
步骤一：量取石英粉、板岩以及混合不饱和树脂(固化剂和增强剂加入后)固化后固体的密度。密度分别为:2.65×103Kg/m3、2.61×103Kg/m3、1.12×103Kg/m3。
粒料板岩颗粒的堆积松密度，松密度为1.43×103Kg/m3。
步骤二：量取模具并计算的体积，模具是边长为40cm的正方形，深度为2cm，模具的体积为：3.2×10-3m3。
步骤三：做实验确定树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例选取0.2。
步骤四：测试粒度为200目到325目石英粉的吸油值，结果为0.24，,测试粒度为200目到325目板岩粉的吸油值，结果为0.66。
计算4Kg板岩粒料占有树脂相对量时系数取值0.1时，板岩粒料占有树脂相对量MLS为0.22Kg,板岩粒料体积为1.53×10-3m3，板岩粒料占有树脂相对量体积为0.2×10-3m3，计算325筛过量石英粉料体积为0.99×10-3m3，325筛过量石英粉料占有树脂相对量为0.42×10-3m3，各组分的质量为板岩粒料4Kg,325筛过量石英粉质量为2.62Kg,混合树脂总质量0.69Kg。
称量好上述物料，按照如下顺序添加物料，首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，加入粒料，充分搅拌，加入粉料，充分搅拌。搅拌好后将物料倒入铺有塑料的模具中，摊平，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压十分钟，充分排出物料中的气泡，并按压密实，取出模具，将模具与物料放入105℃的烘箱中，固化1h。后将制备好的人造石坯料裁剪打磨成30×30，厚度1cm的测试样品，利用万能实验压力机测试其三点抗弯强度，经过测试其三点抗弯强度为:44.5mPa,制备的树脂基人造石达到了人造石《JC/T908-2013》行业标准的要求。

Claims (9)

1.一种固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：所述固体废弃物制备人造石的工艺方法包括以下步骤：
步骤一：量取石英粉、固体废弃物以及不饱和聚酯混合树脂固化后固体的密度，以及作为粒料颗粒的固体废弃物的堆积松密度；
步骤二：量取模具尺寸并计算的模具体积；
步骤三：通过实验确定不饱和聚酯树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例对三点抗弯强度影响的曲线，从而得到325目筛过量石英粉占有树脂相对量为0.18～0.2；
步骤四：测试粒度为200目到325目筛余量石英粉的吸油值，以及200目到325目筛余量固体废弃物的吸油值；
步骤五：通过体积分配计算各组分添加质量，通过固体废弃物粒料与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式计算固体废弃物粒料占有树脂相对的质量，通过固体废弃物粉料与325目筛过量石英粉占有树脂相对量关系式计算固体废弃物粉料占有树脂相对的质量；
步骤六：向搅拌装置添加物料，搅拌好后将物料倒入铺有塑料膜的模具中，将模具放入真空震动压力机中，真空震动压制的时间为10分钟以上，最后加热固化成型。
2.根据权利要求1所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：所述固体废弃物为：废石材、废玻璃、废钢渣、尾矿、煤矸石以及粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：所述固体废弃物为：废石材。
4.根据权利要求1所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：所述步骤三树脂的添加量与325目筛过量石英粉比例为：0.19。
5.根据权利要求1所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：固体废弃物粒料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式为：MLS＝KLS×(OL÷OS)×ML×QS。
6.根据权利要求5所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：固体废弃物粒料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式中系数KLS为：0.1～0.2。
7.根据权利要求1所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量的关系式为：MFS＝KFS×(OF÷OS)×MF×QS。
8.据权利要求7所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：固体废弃物325目筛过量粉料占有树脂相对量与325目筛过量石英粉占有树脂相对量关系式中系数KFS为：0.5～0.6。
9.根据权利要求1～8任意一项权利要求所述的固体废弃物制备人造石的工艺方法，其特征在于：所述步骤六添加物料的顺序为：首先将固化剂、偶联剂和树脂充分搅拌，其次加入粒料，充分搅拌，最后加入粉料，充分搅拌。
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