CN115124289B - 以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石及制备方法；无机人造石包括以下重量份的组分：微米级无机固化材料20～30份、无机颜料1～5份、洗选后的淤泥状一般无机固废40～70份、矿石碎料5～30份、强化材料0.1～0.2份。制备方法包括：将组分按照所述重量份比例进行搅拌混合，得混合物料B；将混合物料B倒入模具，真空震荡1～2min后，进行高压压制脱水得物料C；将物料C放入水热反应釜中发生水热反应，温度为100℃～180℃，时间是10～20h；出釜缓慢冷却后在温度20～25℃、湿度95±2％的情况下养护7天后得到所述的无机人造石。生产过程中消纳建筑废弃物，不产生新的固体废料，生产过程能耗低，生产材料成本低，材料密实度好，可塑性强，耐酸抗污能力强。
Description
技术领域
本发明涉及人造石材制备技术领域，具体涉及以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石及制备方法。
背景技术
在各行各业中，如建筑施工行业，轻工、化工、建材等行业，钢铁、有色冶金等行业以及非特定行业生产过程中会产生大量一般无机固废，这些固废难以消纳处置，不但是资源的一种浪费，而且对环境也造成沉重的负担。
人造石又称人造大理石、合成石、再造石、工程石，传统工艺上它以天然大理石碎料、石粉为主要原材料，也在可加入马赛克、贝壳、玻璃等材料作为点缀，以有机树脂为胶结剂，经真空搅拌、高压震荡制成方料，再经过室温固化、锯切、打磨、抛光等工序制成板材。
因人造石以有机树脂为胶结剂的影响，不少用于室外工程的人造石效果不理想。主要表现是老化快，色彩变化大，光泽度变化大，使用一段时间后，饰面板就严重变形，四个角往上翘，有的工程不得不用膨胀螺栓将其固定。因此，人造石不宜大面积用于室外可用于室外柱面、立面装饰，当高度超过1.2m时应用钢丝或不锈钢件系牢。
另外一类人造石是以水泥材料为胶结剂，以砂为细骨料，碎大理石、花岗岩、工业废渣等为粗骨料，经配制、搅拌、成型、加压蒸养、磨光、抛光而制成，俗称水磨石。其缺点是材料的空隙率大，耐酸抗污能力差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石及制备方法，生产过程中消纳一般无机固废，不产生新的固体废料，生产过程能耗低，生产材料成本低，材料密实度好，可塑性强，耐酸抗污能力强。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，包括以下重量份的组分：微米级无机固化材料20～30份、无机颜料1～5份、洗选后的淤泥状一般无机固废40～70份、矿石碎料5～30份、强化材料0.1～0.2份。
进一步，所述的无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，粒径达到微米级。
进一步，所述无机颜料为氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁绿中的一种或多种的混合物。
进一步，所述洗选后的淤泥状一般无机固废的绝对含水率不大于75％；
进一步，所述矿石碎料为凝灰岩机制砂、云母砂、石英砂或黑色麻石砂中的一种或多种的混合物，粒径在0.5mm至5mm之间，级配均匀。
进一步，所述强化材料为建筑用聚丙烯纤维或耐碱玻璃纤维中的一种或两种。
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将组分按照所述重量份比例进行搅拌混合，得混合物料B；
步骤二、将混合物料B倒入模具，真空震荡1～2min后，进行高压压制脱水得物料C；
步骤三、将物料C放入水热反应釜中发生水热反应，温度为100℃～180℃，时间是10～20h；出釜缓慢冷却后在环境温度20～25℃、湿度95±2％的情况下养护7天后得到所述的无机人造石。
进一步，所述步骤一中，搅拌转速为40～300r/min，搅拌时间为15～20min。
进一步，所述步骤二中，所述真空震荡的真空度为0.095～0.1Mpa。
进一步，所述步骤二中，高压压制的压强为15～30Mpa。
进一步，所述步骤三中，水热反应的釜内压强为1～2Mpa。
本发明的有益效果：
1、本发明以淤泥状一般无机固废为主材，采用硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料作为胶合剂，有效的避免了以有机树脂为胶结剂的材料缺点，材料抗老化能力强，长期暴露在露天环境中不会发生变形，可以大面积使用在户外，用于户外外墙作为饰面也不需要采用钢丝或不锈钢件系牢。采用微米级的胶合剂可有效提高胶合剂和主材的搅拌均匀度。
2、本发明采用淤泥状一般无机固废为主材，使用的淤泥状固废可达到60％以上，生产中既可大量消纳处置无机固废，又可大幅度的降低材料成本。
3、采用高频真空振动，能有效提高物料在模具中的摊铺均匀度，并且使得成品自然形成，减少呆滞感，使得人造石的纹路与天然大理石的纹路更加接近。
4、采用高压压制成型，能有效减少物料中的游离水含量，减少成品的孔隙率，提高成品的密实度，也进一步提高了成品的物理力学性能。
5、采用100摄氏度以上180摄氏度以下，10个小时以上20个小时以下的高温高压水热反应，即可缩短成品的养护期，又可以有效提高物料的水热化反应程度，使得淤泥状一般无机固废能够参与胶合剂的一次莫来石反应，并在该反应中发生质变。最终提高成品的物理力学性能，更显著提高了成品的水稳性系数。
6、本发明填补了淤泥状一般无机固废非烧结直接固化为高强度建筑材料的空白，生产的人造石具有生产成本低，生产过程绿色环保，生产的产品物理力学参数优异，且纹理自然，色泽可控。人造石材能够满足人们日益增长的需求，为消费者提供更多的选择，适合推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
第一方面，本发明提供一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，包括以下重量份的组分：微米级无机固化材料20～30份、无机颜料1～5份、洗选后的淤泥状一般无机固废40～70份、矿石碎料5～30份、强化材料0.1～0.2份。
本发明可以采用建筑施工行业，轻工、化工、建材等行业，钢铁、有色冶金等行业以及非特定行业生产过程中产生的淤泥状一般无机固废(固废分类详见GB/T39198-2020)为主材，使用的淤泥状固废可达到60％以上，生产中既可大量消纳处置无机固废，又可大幅度的降低材料成本。
在一些实施例中，所述的无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，粒径达到微米级。
在一些实施例中，所述无机颜料为氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁绿中的一种或多种的混合物。
在一些实施例中，所述洗选后的淤泥状一般无机固废的绝对含水率不大于75％；
所述矿石碎料为凝灰岩机制砂、云母砂、石英砂或黑色麻石砂中的一种或多种的混合物。
在一些实施例中，所述强化材料为建筑用聚丙烯纤维或耐碱玻璃纤维中的一种或两种。
第二方面，本发明提供一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将组分按照所述重量份比例进行搅拌混合，得混合物料B；
步骤二、将混合物料B倒入模具，真空震荡1～2min后，进行高压压制脱水得物料C；
步骤三、将物料C放入水热反应釜中，经过100摄氏度以上180摄氏度以下10个小时以上20个小时以下的水热反应，出釜缓慢冷却后在环境温度为20～25摄氏度、95±2％空气湿度的情况下养护7天后得到所述的无机人造石。
在一些实施例中，所述步骤一中，搅拌转速为40～300r/min，搅拌时间为15～20min。
在一些实施例中，所述步骤二中，所述真空震荡的真空度为0.095～0.1Mpa。
在一些实施例中，所述步骤二中，高压压制的压强为15～30Mpa。
在一些实施例中，所述步骤三中，水热反应的釜内压强为1～2Mpa。
实施例1
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，由包括以下重量份的原料制备而成：微米级无机固化材料26份、无机颜料氧化铁黑3份、洗选后的淤泥状一般无机固废60.8份、矿石碎料凝灰岩机制砂5份、金色云母5份、强化材料聚丙烯纤维0.2份。该重量份配比制备的人造石为黑金材质。
微米级无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，经过精磨达到300目，达到微米级。
所述的无机颜料氧化铁黑采用微米级。
所述的洗选后的淤泥状一般无机固废为建筑施工时产生的地下室淤泥，经过稀释、沉淀、除去上清液和上部的有机质悬浮及夹杂的大块碎石树枝等杂质，然后重新压滤得到的半固态物，详细步骤如下：
将收集的建筑淤泥，投入淤泥池，加入不少于淤泥量两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的半固态物。
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配比将原料进行搅拌混合，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为19min，得混合物料B，金色云母最后添加，再低速40r/min搅拌1min；
步骤二：将混合物料B倒入模具，真空震荡2min后，进行高压压制脱水得物料C，真空度为0.1Mpa，高压压制的压强为30Mpa；
步骤三：将物料C放入水热反应釜中，釜内压强为2Mpa，经过180摄氏度10个小时的水热反应，出釜缓慢冷却后在20～25摄氏度、95±2％的情况下养护7天后得到所述的无机人造石。
实施例2
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，由包括以下重量份的原料制备而成：微米级无机固化材料26份、无机颜料氧化铁黑3份、洗选后的淤泥状一般无机固废55.8份、矿石碎料凝灰岩机制砂10份白色云母石料5份、强化材料聚丙烯纤维0.2份。该重量份配比制备的人造石为黑白大花。
所述的微米级无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，经过精磨达到300目，达到微米级。
所述的无机颜料氧化铁黑采用微米级。
所述的洗选后的淤泥状一般无机固废为建筑施工时产生的地下室淤泥，经过稀释、沉淀、除去上清液和上部的有机质悬浮及夹杂的大块碎石树枝等杂质，然后重新压滤得到的淤泥状一般无机固废，详细步骤如下：
将收集的淤泥状一般无机固废，投入淤泥池，加入不少于淤泥量两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的淤泥状一般无机固废。
制备方法与实施例1相比，仅调整步骤一如下：
步骤一：将搅拌的转速调整为300r/min，搅拌时间为15min。
实施例3
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，由包括以下重量份的原料制备而成：微米级无机固化材料26份、无机颜料氧化铁绿3份、洗选后的淤泥状一般无机固废50.8份、凝灰岩机制砂20份、强化材料玻璃纤维0.2份。该重量份配比制备的人造石为仿青石材质。
所述的微米级无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，经过精磨达到300目，达到微米级。
所述的无机颜料氧化铁绿采用微米级。
所述的洗选后的淤泥状一般无机固废为建筑施工时产生的地下室淤泥，经过稀释、沉淀、除去上清液和上部的有机质悬浮及夹杂的大块碎石树枝等杂质，然后重新压滤得到的淤泥状一般无机固废，详细步骤如下：
将收集的淤泥状一般无机固废，投入淤泥池，加入不少于淤泥量两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的淤泥状一般无机固废。
为体现青石材质的均质性，所述的凝灰岩机制砂采用普通建筑用凝灰岩或辉绿岩中砂，最大粒径不大于2mm。
制备方法与实施例1相比，区别为步骤一调整如下：
步骤一：按配比将所有原料一同进行搅拌混合；
实施例4
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，由包括以下重量份的原料制备而成：微米级无机固化材料20份、无机颜料氧化铁红5份、洗选后的淤泥状一般无机固废44.8份、凝灰岩机制砂25份黑色麻石砂5份、强化材料玻璃纤维0.2份。该重量份配比制备的人造石为仿桃红花岗岩。
所述的微米级无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，经过精磨达到300目，达到微米级。
所述的无机颜料氧化铁红采用微米级。
所述的洗选后的淤泥状一般无机固废为建筑施工时产生的地下室淤泥，经过稀释、沉淀、除去上清液和上部的有机质悬浮及夹杂的大块碎石树枝等杂质，然后重新压滤得到的淤泥状一般无机固废，详细步骤如下：
将收集的淤泥状一般无机固废，投入淤泥池，加入不少于淤泥量两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的淤泥状一般无机固废。
所述的优质石英砂、黑色麻石砂采用粒径1mm～5mm之间的石英砂，以浅色为主，含杂质量不得大于3％。
制备方法与实施例2相比，区别为，步骤一调整如下：
步骤一：按配比将所有原料一同进行搅拌混合。
实施例5
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石(仿白麻石)，由包括以下重量份的原料制备而成：微米级无机固化材料20份、无机颜料钛白粉5份、洗选后的淤泥状一般无机固废49.8份、矿石碎料灰黑色麻石砂25份、强化材料玻璃纤维0.2份。
所述的微米级无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，经过精磨达到300目，达到微米级。
所述的无机颜料钛白粉采用微米级。
在有些行业中，产生的工业固废并不是淤泥状的，我们可以将这种固废处理成淤泥状用于生产本发明提供的无机人造石。本实施例提供的淤泥状一般无机固废为工业固废氧化铝处理后得到的。工业固废氧化铝经过稀释、沉淀、除去上清液和上部的有机质悬浮及夹杂的大块碎石树枝等杂质，然后重新压滤得到的半固态物，详细步骤如下：
将收集的氧化铝，投入淤泥池，加入不少于两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的半固态物。
所述的矿石碎料为灰黑色麻石砂采用粒径1mm～5mm之间的砂粒，以灰色为主，含杂质量不得大于3％。
制备方法与实施例4相同。
实施例6
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石采用与实施例1同样的配比，区别为制备方法的步骤二中：将高压压制的压强调整为15Mpa。
实施例7
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石采用与实施例2同样的配比，区别为制备方法的步骤三：将水热反应参数调整为120摄氏度18个小时。
实施例8
一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石采用与实施例4同样的配比，区别为制备方法的步骤一：将搅拌速度调整为：搅拌转速为150r/min，搅拌时间为20min。
各实施例的配比汇总表如表1所示，依据GB 28635-2012对各个实施例进行了物理力学参数的测定，对应的人造石的物理力学参数如表2所示。
表1各实施例配比汇总表
表2各实施例的人造石制备参数汇总表
表3各实施例的人造石的物理力学参数汇总表
由表3可知，实施例1、实施例6与其他实施例相比，采用的淤泥类固废含量最高，矿石碎料少，制备方法相同的情况下，所得的人造石材料抗压强度最低，但抗折强度较高，且材料的吸水率低，说明材料的密实度好，但磨坑长度大、耐磨度偏低说明材料硬度偏低，云母对材料的抗折强度有所削弱。实施例6与实施例1相比，压制采用的压力仅为实施例的一半，所得的人造石材料相对强度下降，且吸水率提高，耐磨性也有所下降，说明高压压制对材料的作用是正向的。
由表2、3可知，实施例2、实施例7与其他实例相比，采用的淤泥含量较高，矿石碎料中等，所得的人造石材料抗压强度偏低，但抗折强度最高，且材料的吸水率低，说明材料韧性好，但耐磨度偏低说明材料硬度偏低，云母对材料的抗折强度有所削弱。实施例7与实施例2相比，水热反应采用的条件不同，实施例7相对实例2来说各个物理参数也存在不同条件的下降，说明180度10个小时的水热反应效果相对较好。
由表2、3可知，实施例3与其他实例相比，采用的淤泥含量中等，矿石碎料中等，所得的人造石材料抗压强度最高，但抗折强度有所下降，材料的吸水率低，说明材料的密实度好。耐磨度相对实例1和实例2有所提高。
由表2、3可知，实施例4、实施例8与其他实例相比，采用的淤泥含量最低，矿石碎料最高，所得的人造石材料抗压强度最高，但抗折强度最低，材料的吸水率相对高，说明材料的密实度有所下降。矿石碎料含量高，提高了材料的耐磨度。实施例8与实施例4相比搅拌时采用的搅拌速度相对低，尽管搅拌时间长，但是均匀度不及实施例4，所得的人造石材料抗折强度下降和吸水率有所提高。
由表2、3可知，实施例5与其他实例相比，采用的淤泥含量偏低，矿石碎料偏高，所得的人造石材料抗压强度高，但抗折强度偏低，材料的吸水率相对高，说明材料的密实度相对低。矿石碎料含量高，提高了材料的耐磨度。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，由以下重量份的组分组成：微米级无机固化材料20～30份、无机颜料1～5份、洗选后的淤泥状一般无机固废40～70份、矿石碎料5～30份、强化材料0.1～0.2份，所述的无机固化材料为以硅酸三钙为主，硅酸二钙和铝酸三钙为辅的混合材料，粒径达到微米级，强化材料为建筑用聚丙烯纤维或耐碱玻璃纤维中的一种或两种；所述的淤泥状一般无机固废为建筑施工时产生的地下室淤泥，所述洗选后的淤泥状一般无机固废由以下步骤制备而得：将收集的建筑淤泥，投入淤泥池，加入不少于淤泥量两倍的水，在常温下搅拌60min，再静置60min，除去上清液和上部的有机质悬浮，过滤压滤，获得绝对含水率不大于75％的半固态物，该无机人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将组分按照所述重量份比例进行搅拌混合，得混合物料B；
步骤二、将混合物料B倒入模具，真空震荡1～2min后，进行高压压制脱水得物料C；
步骤三、将物料C放入水热反应釜中发生水热反应，温度为100℃～180℃，时间是10～20h；出釜缓慢冷却后在温度20～25℃、湿度95±2％的情况下养护7天后得到所述的无机人造石。
2.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述无机颜料为氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁绿中的一种或多种的混合物。
3.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述矿石碎料为凝灰岩机制砂、云母砂、石英砂或黑色麻石砂中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述步骤一中，搅拌转速为40～300r/min，搅拌时间为15～20min。
5.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述步骤二中，所述真空震荡的真空度为0.095～0.1Mpa。
6.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述步骤一中，所述步骤二中，高压压制的压强为25～30Mpa。
7.如权利要求1所述一种以淤泥状一般无机固废为主材的无机人造石，其特征是，所述步骤一中，所述步骤三中，水热反应的釜内压强为1～2Mpa。
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