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石材加工過程中不可避免地要產(chǎn)生大量的石粉類廢棄物。由于其對環(huán)境會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染,石粉類廢棄物的回收利用日益受到關(guān)注。石粉作為細(xì)骨料在混凝土以及其他低附加值建材方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但是在高附加值建材方面的應(yīng)用研究還不多;將石粉廢棄物應(yīng)用于聚合物改性方面的研究更是少之又少。通過對石粉類廢棄物的綜合回收利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行回顧和分析,作者指出了石粉類廢棄物綜合回收利用中存在的問題,并作出了一定的展望。
關(guān)鍵詞:石粉 廢棄物 綜合利用 高附加值
1 引言
石材在開采、加工過程中會產(chǎn)生大量的石粉和碎石。為降低生產(chǎn)成本,部分石材加工企業(yè)會將石粉、碎石以及含有石粉的銑、削冷卻液未經(jīng)沉淀等處理而直接任意排放,給石材企業(yè)附近的環(huán)境造成污染[1]。亂傾倒的廢棄石粉不僅吞噬了大量良田,加劇了水土流失,造成農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)減收,而且石粉最終流入河流,其中沉積下來的一部分會影響河道通暢,而在水中形成了膠體石粉顆粒的那部分則會污染水源。為有效利用廢棄石粉,徹底消除石材加工廢棄物造成的污染,各級政府和科研工作者都在積極地想辦法[2-5]。
目前,廢棄石粉的綜合回收利用研究已經(jīng)開展了一段時間,同時廢棄石粉在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也已初見成效。安培卿等人的研究工作表明,廢棄板巖石粉可用作水泥摻和料[6]。黃紅柳則探索了廢棄石粉應(yīng)用于混凝土的可行性[7]。在更早的研究工作中,鞠麗艷等就曾經(jīng)將廢石粉應(yīng)用于商品砂漿中[8]。2007年底,福建省南安市正式建立投產(chǎn)30?50萬噸石粉加氣混凝土項目[9],且蒸壓石粉加氣混凝土砌塊也早已在高層建筑中得到應(yīng)用[10]。但是,從總體上來說,廢棄石粉的綜合回收利用技術(shù)研究與工業(yè)應(yīng)用范圍仍然不夠廣泛,集中在低附加值的建材領(lǐng)域。對于廢棄石粉在聚合物改性中的作用以及廢棄石粉-聚合物復(fù)合材料深加工方面的研究尚未得到充分的認(rèn)識。
鑒于此,有必要在前人總結(jié)的基礎(chǔ)上對廢棄石粉的回收利用技術(shù)發(fā)展的新動向加以回顧,并展望其在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用前景。
2 石粉類廢棄物在污染防治及社會生產(chǎn)中的回收利用及研究
2.1 石粉類廢棄物在污染防治方面的應(yīng)用與研究
作為除酸劑:土壤中酸性過高,有益于鎂、硼與植物的親和,但會引起鋁、銅、鋅中毒現(xiàn)象。而用堿性的廢棄石粉中和酸性土壤,則可以以較小的代價得到品質(zhì)優(yōu)良的土壤[11]。
作為脫硫劑:吳忠標(biāo)等人[12]通過實驗研究,同時在綜合考慮實驗結(jié)果與工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)在pH = 5.5-6.5,液固比為3L/m3,漿液濃度為2%的工藝條件下,在進(jìn)氣SO2濃度為1000mL/m3時,廢棄大理石粉可以實現(xiàn)脫硫率達(dá)60%以上。
2.2 石粉類廢棄物在高附加值建材中的應(yīng)用研究
用于生產(chǎn)彩色路面磚:朱建新[13,14]曾連續(xù)發(fā)表文章,指出了利用石粉用于生產(chǎn)彩色路面磚和墻面磚的技術(shù)具有很高的可行性,并分析了其經(jīng)濟(jì)效益。由于彩色路面磚制品中若石粉污泥和石材廢料占80%以上,就能享受國家免稅政策,因而生產(chǎn)成本低,同時還能得到政府有關(guān)部門的大力支持。
用于制備粉體微晶玻璃的應(yīng)用研究:吳丹丹等人[15]用石材鋸切粉體制備的微晶玻璃,通過DTA分析、XRD粉晶衍射分析以及SEM分析發(fā)現(xiàn),粉體微晶玻璃的多數(shù)配方性能超過天然花崗石,同時接近或超過目前市售的建筑微晶玻璃復(fù)合板,表現(xiàn)為硬度高,吸水率低,耐酸堿性好,適合用于飾面板。
用于制備陶瓷釉料:蔣述興、李龍等人[16] 研究了鉀長花崗巖石廢料作為釉料原料的可能性。通過將鉀長花崗巖(80%) 和硅灰石(20%),以及0.2%的羧甲基纖維素鈉混磨制得釉料。結(jié)果表明: 釉料粒徑組成為D97 = 34.86μm、燒成溫度在1200?1300℃時,可制得對坯體適應(yīng)性強、性能穩(wěn)定的陶瓷釉,其外觀平整光滑、光澤度高、硬度較大。
用于作仿石涂料[17]:石粉廢棄物可占仿石涂料成分的70%?80%,其廢物利用率很高。另外,既可以用天然廢棄石粉生產(chǎn)色調(diào)單一、色澤較暗的低成本仿石涂料;又可以將天然石粉進(jìn)行篩選,生產(chǎn)色澤鮮艷、天然石感強的高檔仿石涂料。
用于制作人造大理石:人造大理石是以不飽和聚酯樹脂為粘合劑,加入無機填料、顏料、固化引發(fā)劑及其他輔助試劑,經(jīng)固化成型所制得的一種復(fù)合材料。這種材料類似于天然大理石紋理,有豐富的色彩與光澤,有足夠的強度、硬度,可耐水、耐熱沖擊等特點,因此具有“塑料混凝土”之稱。儲凌等人[18]通過以紅花崗巖廢棄石粉作為無機填充材料研制了聚酯型人造大理石,其石粉填充量可以達(dá)到約60%,而此時抗彎強度和沖擊強度仍能達(dá)到GB/T 2571-1995的標(biāo)準(zhǔn)要求。此外,研究人員對人造大理石的耐污染性、耐化學(xué)腐蝕性、耐加熱性、耐水性進(jìn)行測試的結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)JC 908-2002 的要求。
3 石粉類廢棄物在聚合物改性方面的研究與應(yīng)用
總體來說,石粉廢棄物在聚合物改性方面的研究與應(yīng)用相對還不多,通過對近十年來國內(nèi)有關(guān)廢棄石粉的研究論文進(jìn)行檢索僅發(fā)現(xiàn)極少量的相關(guān)報道。陶冶等人[19]研究了石材加工廢料應(yīng)用于橡膠改性的可行性,結(jié)果表明硅酸鹽石粉和碳酸鈣石粉在橡膠中的性能優(yōu)越,最高的拉伸強度為17.54MPa。王修昌等[20]用一定量的鈦酸酯偶聯(lián)劑對大理石石粉進(jìn)行改性后,加入到廢舊地膜(主要為低密度聚乙烯)中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈦酸酯偶聯(lián)劑用量達(dá)到2%時,CaCO3 -PE塑料的抗彎、抗拉和抗沖擊強度均可達(dá)到最佳值。
4 石粉類廢棄物綜合回收利用存在的問題與展望
(1)石粉在初級建材,如混凝土中,有大量的應(yīng)用,但是附加值不算高,非常有必要加強將石粉應(yīng)用于高附加值建材領(lǐng)域的研究與推廣應(yīng)用。從目前的研究情況看,將廢棄石粉應(yīng)用于人造石的生產(chǎn)還是大有前途的。
(2)石粉類廢棄物在聚合物改性方面的研究還存在較多問題:首先,研究規(guī)模太小,近十年來僅有兩篇直接相關(guān)報道;其次,石粉類廢棄物大多屬于惰性材料,活性較低,無法較好的進(jìn)行聚合物復(fù)合材料的生產(chǎn),需要對其進(jìn)行表面活化處理,且不同粉體所用的表面活化劑不完全相同,而廢棄石粉組成及含量具有不確定性,找到一種適宜的表面活化劑較難;最后,石粉類廢棄物除了用表面活化劑進(jìn)行活化,另外還可以通過減小粒徑[21]來增加石粉與聚合物的結(jié)合,但是將廢棄石粉進(jìn)行顆粒微細(xì)或超微細(xì)化的工藝流程復(fù)雜,且產(chǎn)品成本較高。
(3)在石材加工聚集區(qū),如福建南安,廢棄石粉的污染問題相對嚴(yán)重。而對于其他地區(qū),比如合肥市,由于石材加工企業(yè)規(guī)模小,集中程度不算高,每日石粉產(chǎn)出量也相對較少,污染不算嚴(yán)重。因此企業(yè)對于石粉的回收利用技術(shù)研究重視程度往往不夠。但是,積少成多,石粉問題總有一天會成為石材加工企業(yè)生存發(fā)展的桎梏。從長遠(yuǎn)來看,早解決、早受益,石材加工企業(yè)投入適當(dāng)?shù)慕?jīng)費和人力來對廢棄石粉的回收利用技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究十分有必要。此外,這一措施也會樹立企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的科技排頭兵形象,便于爭取更多的政策優(yōu)惠與資金支持。
5 結(jié)語
近年來,為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求,石粉類廢棄物的回收利用技術(shù)得到了很大的發(fā)展,這也將是一個必然的發(fā)展趨勢。目前石粉類廢棄物的回收利用技術(shù)研究主要集中在將廢棄石粉制成建筑材料等方面。雖然研究表明將廢棄石粉進(jìn)行活化處理或進(jìn)行顆粒微細(xì)或超微細(xì)化處理后加入到聚合物中可以代替部分添加劑來改善聚合物的力學(xué)性能,但目前對廢棄石粉在聚合物改性中的應(yīng)用研究還存在較多問題。對于中小石材加工企業(yè)來說,廢棄石粉的綜合回收利用壓力尚不算大,但是從長遠(yuǎn)來看,研制相關(guān)回收利用技術(shù)仍然十分必要。
來源:石材雜志