福建省石板材廢渣的綜合利用研究
礦產(chǎn)資源的開發(fā)，一方面促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，另一方面，其產(chǎn)生的大量工業(yè)固體廢棄物也給人類生活環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染和危害。就石板廢材而言，我（福建）省古田、福鼎、南安等地有數(shù)千家的石板材礦山和石板材加工企業(yè)，一方面石板材的開發(fā)利用帶動了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，提高了當(dāng)?shù)厝藗兊纳钏，但另一方面，石板材的開發(fā)及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢渣、邊角料長期無序堆存或直接排入水體，已給周邊環(huán)境及人民群眾的生活帶來了嚴(yán)重的影響。以泉州地區(qū)的南安市為例，該市的石景鎮(zhèn)有 500家以上的石板材加工廠，年排放石板材廢渣達(dá)30萬噸以上。目前該鎮(zhèn)有大型石板材堆場7～8個，估計堆存廢渣量達(dá)幾百萬噸，而這些石板材廢渣未作處理而隨意堆放。大型堆場不僅擠占青山、侵占大量良田，而且其長期堆放的石板材廢渣經(jīng)雨水淋瀝后，攜帶石板材廢渣顆粒的雨水嚴(yán)重污染其周圍水體如溪河、水庫等。受污染的水含有放射性礦物質(zhì)，對人體健康、動物繁殖、植物生長及土地都有危害。解決石板材廢渣的問題迫在眉睫。
基于以上原因，我們希望通過試驗研究利用石板材廢渣制備綠色環(huán)保建材彩色地面磚，使它具有鮮艷色彩，光亮表面，棱角分明，花樣繁多特點。該技術(shù)的開發(fā)符合當(dāng)前市政建設(shè)的要求，符合國家可持續(xù)發(fā)展的需要，綜合利用石板材資源，享受國家有關(guān)減免稅政策。
1．試驗原料
制備石板材地面磚試驗的原料有：石板材廢渣、水泥、白水泥、砂、石子、添加劑、水等。
2．工藝流程
彩色石板材廢渣地面磚的主要生產(chǎn)工藝是：利用反打振動法，分別將添加劑、白水泥、砂子、顏料、水和石板材廢渣、水泥、石子、砂子、水等材料分兩次注入同一模具中，由此形成磚體的面層和結(jié)構(gòu)層、經(jīng)一定的時間后脫模，脫模后自然形成光滑耐磨的彩色玉面層，無需燒結(jié)、拋光、打磨等復(fù)雜工藝，脫模后經(jīng)28天養(yǎng)護(hù)即為成品。
3．工藝條件試驗研究
3．1石板材廢渣摻量試驗
在水分、水泥量、石子量一定的條件下，通過改變石板材廢渣的添加量來考查其對結(jié)構(gòu)層的抗壓強度的影響程度。
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試驗現(xiàn)象描述：摻渣量為0％、8％、16％時的原料充分?jǐn)嚢韬蟪收吵頎睿旌暇鶆，模具表面有明顯的水膜現(xiàn)象，表面平滑，粘稠度隨著摻渣量的遞增逐步降低；當(dāng)摻渣量為24％時，原料充分?jǐn)嚢韬蟪噬⑸盃睿駝訒r混合顆粒有少許飛濺現(xiàn)象，振動時間加長并需不斷打?qū)嵅拍苁怪收硥K狀，而現(xiàn)出少許水膜現(xiàn)象；當(dāng)摻渣量為32％時，原料充分?jǐn)嚢韬蟪噬⑸盃钋翌w粒干澀，振動時飛濺現(xiàn)象嚴(yán)重，即使不斷打?qū)嵰搽y以振動成型。
從試驗結(jié)果來看，隨著摻渣量的增加，抗壓強度不斷減小。由于尾礦(石板材廢渣)的顆粒級配對地面磚的生產(chǎn)起這十分重要的作用，如果混合料中的中間顆粒正好能全部進(jìn)入到粗顆粒之間的空隙中，細(xì)顆粒也正好能全部進(jìn)入到中間顆粒和粗顆粒的間隙中，而且這些顆粒又有較大的比表面積。細(xì)散的膠結(jié)料也足夠包裹顆粒的表面并部分填充空隙，這樣就可以形成非常密實的顆粒排列，孔隙率很小，對硬化處理時水化反應(yīng)的進(jìn)行極為有利，就能生產(chǎn)出高質(zhì)量的地面磚；反之如果使用的尾礦顆粒組成中缺少某些粒級或者雖具有完全的粒級，但質(zhì)量和粒級比例不合適就不能制出滿意的產(chǎn)品。
但是在合適的摻渣量的條件下，在水化過程中產(chǎn)生的水化硅鋁酸鈣隨著齡期的增長，逐步轉(zhuǎn)化為纖維狀晶體，數(shù)量不斷增加，相互交叉，形成鎖狀結(jié)構(gòu)，使得后期強度迅速增長，在28天后就超過了普通硅酸鹽水泥的強度。
綜合考慮抗壓強度、摻渣量、試驗操作情況，最佳摻渣量在16％左右比較合適。
3．2用水量的試驗
在摻灰量、水泥量、石子量一定的條件下，通過改變水的添加量來考查其對結(jié)構(gòu)層的抗壓強度的影響程度。
用水量對抗壓強度的影響28天 |
試驗現(xiàn)象描述：當(dāng)含水率為13％時，原料充分?jǐn)嚢韬筝^干澀，呈散砂狀，振動有明顯的飛濺現(xiàn)象，難以振動成型；當(dāng)水分為14％、15％、16％、17％充分?jǐn)嚢韬螅S著水分的遞增，混合效果越來越好，振動無飛濺現(xiàn)象，振動后的粘稠度隨著水分的遞增逐漸變稀，表面水膜現(xiàn)象越來越明顯。
從試驗結(jié)果來看，隨著水分的增加，抗壓強度先增大后減小。這是因為水少了，沒有達(dá)到水化反應(yīng)所需的水分，所以抗壓強度沒有達(dá)到理想值；隨著水分的增多，當(dāng)水分恰好達(dá)到水化反應(yīng)所需水分時，此時抗壓強度達(dá)到一個相對理想值；隨著水分的不斷增加，超過了水化反應(yīng)所需水分，多出的水分就影響了硬化后的強度。所以，在考慮結(jié)構(gòu)層強度和試驗操作的情況下，摻水量在14％左右時比較合適。
3．3水泥用量試驗
在水分、摻灰量、石子量一定的條件下，通過改變水泥的摻量來考查其對結(jié)構(gòu)層的抗壓強度的影響程度。
水泥用量對抗壓強度的影響28天 |
由試驗結(jié)果可知，在其它因素不變的情況下，隨著水泥摻量的增加，結(jié)構(gòu)層的抗壓強度是先增加后降低。這說明并非水泥用量越多抗壓強度越高，它也是存在一個級配比合理的問題，也就是強度的發(fā)展來源于砂石及水泥、石板材廢渣顆粒的合理配比。原料中砂石起著建筑骨料的作用，當(dāng)摻渣量一定時，水泥用量比例的提高，相應(yīng)的砂石比例減少。良好的顆粒級配可使原料的空隙最小，固化體越密實。另外本組水泥用量變化試驗的抗壓強度的變化，也跟水化反應(yīng)所需水分的量有關(guān)。
4．實驗室制備彩色石板材地面磚與國家標(biāo)準(zhǔn)的抗壓技術(shù)指標(biāo)對比
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5．結(jié)論
通過試驗表明：福建省石板材廢渣采用彩色尾礦地面磚技術(shù)，可以制備出符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的彩色人行道磚、廣場磚；石板材廢渣可以部分代替河砂，是一種新型環(huán)保產(chǎn)品。以石板材廢渣制備的彩色地面磚、廣場磚既可以提供給城市街道兩側(cè)及廣場鋪設(shè)，又可以有效地減少福建省各石板材企業(yè)廢渣的排放量，化廢為寶，減少對企業(yè)周圍環(huán)境的污染，以石板材廢渣資源和其它工業(yè)固體廢物的綜合利用尋找到一條切實可行的道路，因此，開展此項目研究具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和深遠(yuǎn)的社會效益。
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