福建石材加工废弃石粉的综合利用

摘 要：本文通过整理国内石材加工行业废弃石渣、石粉综合利用技术，如用作混凝土掺和料、用于干混砂浆、墙材、人造石等，并结合福建实际情况，提出将废弃石渣、石粉应用于节能墙材与干混砂浆，为福建省石材加工行业提高经济效益和解决环境污染问题提供了参考与思路。

关键词：废弃石粉；综合利用；节能墙材；干混砂浆

1废弃石材问题由来

石材加工业近十年来在福建、广东得到了迅猛发展，并为地方经济做出了巨大贡献，如福建南安与广东云浮，都是国内石材行业核心区域。同时也存在很多问题，其中关于在石材加工过程中产生的废弃物污染问题越来越严重，每生产30m2的板材，产生的石粉、石渣等废料大约有1t。随着石材产量的增大，产生的废料逐年增加，石材加工区的大量废石料无法得到充分的利用，石粉、石渣满山遍野，堆放成山。

由于石粉颗粒较细，遇雨天即和雨水混合成石粉泥，四处横流，晴天时则随风四处飘飞，对环境造成了二次污染，大片耕地及水资源、空气等受到严重污染，生态环境遭到严重破坏。石粉的转移堆放，只能换来厂区周边环境卫生的好转，并不能从根本上解决石粉污染问题。标本兼治，对石材加工业中产生的废石粉做综合利用才是治污的必然选择。

2石粉概述

石粉是指石材加工过程中切锯、抛光产生的粒径小于0.16mm的微细颗粒。主要分为大理石粉与花岗石粉两类，大理石类主要由碳酸盐矿物(方解石、白云石)组成，花岗石类为硅酸盐矿物(石英、长石、角闪石、辉石、云母等)组成。

对未知成分石粉一般采用XRD(粉末X射线衍射仪)和XRF(X射线荧光光谱分析仪)结合测定分析的方法，既能测定化学成分，又能测定其含量。由于石粉颗粒微小，一般采用激光粒度仪测试其粒径大小及分布。大理石粉粒径较为细小，颗粒圆形度较高，花岗石粉则大颗粒较多且以块状及扁平状为主，圆形度较差。福建南安废弃石粉化学成分和粒径见表1和表2。

石材加工厂将含有石粉的废水在沉淀池中沉淀后，上层清水循环利用，下层泥浆挖出堆放，故常见的废弃石粉为泥膏状，含水约40%。根据再利用需求，有些只需要滤去石粉中大块杂质即可直接使用，而有些则需要干燥球磨。

3废弃石粉综合利用方法

3.1初级应用

3.1.1用作混凝土掺和料中取代水泥

国内自60年代以来，就有许多施工单位和科研机构对此开展了工作。相关研究报告甚多，并已经有了广为接受的经验性结论：以石粉作为混凝土掺和料，在一定的掺和比内（内掺不超过胶凝材料的30%）可提高混凝土的工作性能，增加坍落度、扩展度，提高粘聚性、保水性，减小泌水；并可增加抗压与抗折强度，提高韧性与抗渗等级；废石粉中的大理石成分对水泥早期强度发展有利，花岗岩成分则对水泥后期强度发展有利。

其中中国水电顾问集团成都勘测设计研究院科研所邓国才[1]、华南理工大学孙虎[2]对各种石粉进行了分类研究，将大理石粉、花岗岩石粉、人造石粉替代粉煤灰分别应用于水泥混合材、混凝土掺和料、干混砂浆混合料，其研究所得具有归纳性的指导意义，为不同用途的石粉选用提供了依据。

3.1.2用于商品砂浆中代替砂子

同济大学混凝土材料研究国家重点实验室鞠丽艳[3]等人，研究了废石粉部分取代砂用于水泥砂浆时，其掺量、温度、储存时间对预拌商品砂浆稠度、凝结时间、收缩性、抗压强度等性能的影响，结果表明废石粉部分取代砂，可以改善砂浆的和易性、减少砂浆收缩、提高抗压强度并有利施工。

铁道部第十四工程局隧道工程处卢艳军[4]介绍了一种用废弃石灰石粉作为骨料，完全代替河砂，配制的水泥石粉砌筑浆，所得产品胶砂强度提高，工作性能上较少泌水、分层，抗渗性能也有提高；华侨大学土木工程学院施养杭[5]以石粉为集料，添加缓凝剂、膨胀剂和砂浆塑化剂，制备了新型浆体，用于石砌体抗震加固，由于大幅度地提高了浆液的保水性和流动性，改善了可灌性，继而较大幅度地提高了灌浆的饱满度，明显地提高了石砌体结构的抗震性能。

3.1.3用于墙体材料

将废弃石粉作为主要原料，制成混凝土空心砌块、烧结砖或免烧砖。福州大学材料科学与工程学院林辉[6]通过对花岗岩石粉的活化处理，制备了MU15级石粉免烧烧结蒸养砖；华侨大学土木工程学院严捍东[7]将花岗石渣和石粉通过合理掺配，取代普通混凝土中的砂生产空心砌块，强度等级MU7.5。

泉州市建友新型墙材有限公司生产的石粉蒸压加气混凝土砌块，质轻抗渗易加工，综合造价比粘土实心砖降低10%；晋江华宝公司已上马一条废石粉制砖生产线，以50%花岗石粉、35%海泥、15%粉煤灰配料，成型后经煤引燃烧制而成；山东建材学院高天广[8]以废弃花岗岩石粉适当填加部分骨料和胶结料，通过蒸压养护等工艺可生产出MU10级以上建筑砌墙砖；上海中殷电子机械工程有限公司与美国沪邦科技有限公司合作，研发了一种无机强力固化剂，并以此为基础掺合80%以上的石粉、废石料或建筑垃圾，15%～20%的水泥，砖块压力成型自然养护，抗压强度可达40MPa。

3.1.4石粉在水泥基材料中的作用机理

填充效应：未经磨细的石粉粒度大于水泥的粒度，石粉可以起到优化机制砂级配和丰富浆体含量的效果。石粉经磨细后能像粉煤灰甚至硅灰等矿物掺合料一样，对水泥起到一种填充效应，改善混凝土的孔隙特征，改善浆—集料界面结构。

晶核效应：在凝结阶段，微细石粉可以产生微集料填充效应和晶核效应，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化反应，促进水泥早期强度的发展，使硬化后的水泥石与集料之间的过渡区密实性得以改善，而过渡区的强度又是混凝土强度的决定性因素，因此对水泥水化具有增强作用。

参与水化反应：石粉并非完全惰性，或者可以通过预处理激发其活性，使其自身也可参与到水泥水化反应过程中，使得水泥石结构更加密实，从而提高了水泥石的强度。

3.2高级应用

3.2.1人造石

人造石又被称为“树脂混凝土”，它是以不饱和聚酯树脂作粘结料，石粉、石渣、贝壳等天然废弃物作填充料，当不饱和聚酯树脂在固化过程中把石渣、石粉、贝壳等填充料均匀牢固地粘接在一起后，即形成坚硬的人造石。

南京工业大学材料科学与工程学院储凌[9]以石材废料、不饱和聚酯树脂作为主要原料，采用常温成型工艺制备人造大理石，以废石料掺入量为58%的最佳配方，试样的抗冲击强度4.05kJ/m2，抗弯强度44.0MPa，各项性能均达到国家或行业标准。

3.2.2仿石涂料

利用废弃石粉制取涂料，首先按照不同粒径要求粉碎，再经筛选成碎石粉粒，经防风化处理后，加入特殊配方的高分子树脂调制而成。碎石涂料具有天然石材的质感而且不褪色、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，而且涂刷效果逼真，还能使石粉得到增值。

同济大学应南安市生产力促进中心要求，开发了一种石粉制天然石漆，以废弃石粉为主要原料，丙烯酸乳液为粘结剂，加入适量的分散、增稠组分，制作工艺简单，施工方便清洁。可用于高档墙面、石瓦表面，也可用于立柱、碑、柱的表面装饰，具有良好的理化性能。

浙江大学化学系石材研究室曾余姚[10]进行了有关技术研究，指出除石粉外，仿石涂料的配方中还有粘接剂和各种助剂，粘结剂为乳液型树脂，助剂包括天然纤维，成膜助剂，增稠剂，消泡剂，防霉剂，分散剂，并提供有偿配方供生产厂家选用。

3.2.3聚合物改性

把废石料和泥浆加工成不同粒度的细石粉，然后再作为填料加到其它聚合物产品中，改变相应产品的性能或外观。昆明理工大学固体废弃物资源化国家工程研究中心常静，孙可伟[11]利用废弃大理石石粉和废旧地膜制备大理石石粉/聚乙烯废弃物复合材料，用异丙基三异酞酰钛酸酯对石粉作表面改性后，复合材料的抗弯、抗拉和抗冲击强度均有了较大提高，分别为33.57MPa、18.31MPa和44.51kJ/m2。

上海博大企业集团的陶冶，王继虎[12]等人利用石材加工厂生产时产生的石材废渣、边角料和粉尘，研究这些废石粉填充到橡胶中的各项性能，结果表明掺加了废石粉的橡胶性能优越，最高的拉断强度为17.54MPa，并认为废石粉在橡胶中的应用是可行的。

4结合福建实际的应用方向

4.1节能墙材

目前国家开始强制实施建筑节能国家标准，如JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，其中4.0.4条款强制规定了建筑护围结构中的屋面、外墙、架空或外挑楼板、外窗需要达到的传热系数和热惰性指标，其中分户墙、楼板、楼递间隔墙、外走廊隔墙、户门的传热系数限值一定不能突破。

所以可关注废气石粉在节能墙材上的应用，如应用于加气混凝土砌块、混凝土空心砖与保温砂浆上。①加气混凝土砌块，以过滤后所得花岗岩石粉浆为主要材料，配合石灰和水泥，由发泡剂引入气泡（松香皂类或铝粉铁粉），搅拌浇筑成型，在一定的温度湿度下水热合成，即可得到轻质多孔的加气混凝土；②混凝土空心砖，以废弃石粉、石渣与膨胀珍珠岩为主要原料，配合水泥和膨胀剂，混入适量聚丙烯纤维，搅拌混合均匀，通过砖机压制而成的具有环保节能功能的新型墙体材料；③保温砂浆，以废弃石粉代理胶凝材或细骨料，制备保温抹面砂浆和保温砌筑砂浆。

4.2干混砂浆

抓住城市生产和推广应用商品砂浆的良好时机，采用石料开采加工厂废石粉为集料和填料，研制开发出和易性和保水性良好，强度、干缩率、耐久性指标符合要求的干混砂浆也是废石粉综合利用的一个具有市场前景的发展方向。

5结语

随着人们对环境保护要求和社会文明发展程度的提高，解决石材废料的处理和利用已经成为石材加工企业亟待解决的问题，从永续发展长远考虑，地方政府和有关企业应该尽早行动，地方政府若能够给予政策扶持，石材加工企业与回收利用企业密切配合，围绕现场及时回收-废料分类有效使用-产品积极宣传投入市场这一主线，为解决长期以来的环境问题一道克服困难，探索发展。