石材加工废料的研究与应用

石材加工废料的研究与应用

中国石材资源广泛，品种众多（主要是大理石和花岗岩）。花岗石资源大部分集中分布在沿海各省。山东、浙江、福建、广东四省及广西自治区的生产量几乎占到全国花岗石产量的70%。山东省日照市五莲县是江北最大的石材产业基地。五莲县石材资源丰富,石材资源以花岗岩为主,地质储量达到50亿m3,是建筑装饰用的上乘材料。丰富的石材资源和广阔的市场前景,带动石材加工业不断发展壮大。石材加工业已经成为五莲县重要的经济支柱产业。目前,五莲县石材项目约900余家,大多以小作坊为主。石材工业是资源加工型产业,生产过程仍普遍采用传统的生产方式,加工技术、设备落后,不但影响了石材生产效率,造成石材荒料成材率低、产品质量参差不齐,而且在锯切和研磨的过程中产生大量边角料、锯屑和磨屑等废料,直接导致了石材资源的严重浪费。生产加工过程产生大量废弃物,对当地的生态环境产生严重破坏,尤其是石材废水的偷排、漏排引起严重的地表水质污染,使原本清洁的河流变成“牛奶河”。如何处理和合理利用石材废料,变废为宝,已经成为石材加工企业以及当地政府十分关注的问题。为此,五莲县委、县政府对石材加工业进行综合整治,最大限度地降低石材工业对周围环境的影响。根据《中共五莲县委五莲县人民政府关于加快五莲石材工业园建设的意见》(莲发7号),石材业发展思路为:石材加工企业全部退路入园发展,实现石材加工企业规模发展、提档升级和清洁生产,打造可持续发展的石材加工基地,争创省级乃至国家级循环经济示范园区。1石材主要废物的回收和化合作用石材加工废料一般包括石材边角料、石渣、废粉及锯泥等。1.1石粉复合涂料(1)利用花岗岩碎石制取涂料。首先按照不同粒径要求粉碎,再经筛选成碎石颗粒,经防止风化处理后,加入特殊配方的亚克力树脂调制而成。这种花岗岩碎石涂料具有天然石材的质感,且不褪色,涂刷性好,能有效防水、抗酸碱、附着力强、色彩多样,不仅能改善涂料性能,涂刷效果逼真,还能使石粉得到增值,但是同样对石粉的纯度要求较高。(2)生产烧结砖。意大利的UNIECO砖瓦设备公司采用不同百分比的废浆(最高添加40%的废浆)与黏土混合得到合格产品;P·Torres,H·R·Femandes等在原有瓷砖生产工艺下,成功利用废花岗岩泥浆代替长石生产瓷砖。1.2废石粉等聚合物原料我国对石材加工废粉的研究起步较晚,应用技术不成熟,导致我国目前大部分废粉堆积成山,无法得到充分的利用。目前国内废弃石料综合利用的主要途径如下。(1)石材边角料可以用来生产小块料及马赛克等。由于这些废石块虽未成荒料,但仍有一定块度,可以进一步加工,生成小石块料或者马赛克等。(2)利用废石料、废石粉生产人造石材。人造石材包括各种人造石的板材、异型材、人造雕、仿石用具及工艺品等。利用石材废料生产人造石,废料利用率较高且成本较低。储凌等以废石粉、不饱和聚酯树脂作为主要原料,采用常温成型工艺制备了人造大理石,但是其增加的成本远大于掺入废料降低的成本,很难进行推广生产。(3)废料用于混凝土及专用砂浆制备。废石粉由于其粒度很小,具有良好的微粒填充作用和微集料效益。胡红梅、程瑶等研究利用废石粉生产绿色高性能混凝土,其研究表明,在合理的掺量范围内(≤15%),可以利用废石粉替代水泥作为混凝土掺合料,不仅能满足高性能要求,同时可以节约水泥,充分利用矿产资源,减少环境污染,具有环境保护与混凝土绿色化的双重效益。林生凤通过对石材废料制备蒸压加气混凝土专用砌筑砂浆的研究表明,废石粉可作为粉煤灰的替代物,用于制备蒸压加气混凝土专用砌筑砂浆,石粉取代率25%~50%,砂浆的各项性能均符合行业标准JL890-2001的要求;但废石粉不适宜取代水泥用于配制专用砂浆。(4)废料用于制造玻璃。在废石粉中添加一些氧化物(二氧化硅),再与沙子、碳酸钙等混合,按照一定的比例混合制造玻璃,其抗水性、透光性等性能都已通过技术鉴定。废石粉的加入可以减少沙子的使用量。俞祚华等研究采用花岗岩废料制备微晶玻璃,并取得一定成功。(5)废料的其他利用。废石料、废石粉用于生活用煤中,不但能够减少用煤量,还可以起到助燃和脱硫的作用,降低SO2有害气体逸出量,改善室内外的空气质量;在电焊条的制造中加入适量的石粉,可起造渣作用,防止焊接熔池及空气进入到电弧中。2五莲石工业园废物回收的回收利用2.1废水处理工艺五莲石材工业园石材加工主要生产工艺为锯切、打磨,具体加工工艺流程如图1所示。石材原料为花岗岩石,来自五莲县,来料进厂首先用锯机切割,再用切机切片,然后用磨机将石片表面打磨后即成成品。石材加工过程产生的主要污染物估算依据及产污量:(1)根据《石板材行业环境问题及其对策》、《石材加工冷却水的循环使用》:石板材边角料和石渣分别占板材原料的27%和6%,锯泥中石粉量一般为石材原料的7%,冷却剂使用量为0.7~1kg/m2毛板,锯泥量约等于石粉量和冷却剂量。(2)根据《石板材加工废水处理实用技术》:一般锯机(10片,3台锯机配1台切机)废水产生量约14m3/(台·h)、磨机废水产生量约0.7m3/(台·h),废水循环利用时,补充水量为循环水量的1%。(3)根据《石材加工行业防尘措施的效果和评价》:湿式锯切作业场所粉尘产生浓度均值1.5mg/m3、湿式磨光作业场所粉尘产生浓度均值1.2mg/m3,锯、切、磨均为湿法。由上可知,石材加工过程产生大量的石材废料,如何资源化处理这些固体废料,成为石材工业园面临的最大问题与考验。2.2地面应用专利技术开发五莲石材工业园采用湿法加工工艺(锯切、打磨均采用湿法加工),产生主要污染物为锯泥(湿式粉尘)。针对锯泥产生量大、水分大等特性,计划采用翟玉波等人蒸压锯泥混凝土砌块及其加工专利技术处理石材锯泥,加工其为生产工程砌块。此项专利充分利用了石材加工行业所生成的大量废弃物———锯泥,进而制成建筑行业所用的优质材料,不仅具有可观的经济效益,而且在很大程度上减少了石材加工行业对环境的污染排放,同时具有良好的社会效益。玉莲石材工业园锯泥资源利用工艺流程图见图所示。3