CN104193399B - 冶炼废渣轻质复合人造石材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冶炼废渣轻质复合人造石材，所述人造石材包括结构浆料制成的主体材料，该结构浆料包括基料、胶结料、水、高分子添加剂、碱性激发剂以及泡沫剂水溶液或泡沫材料。本发明通过对冶炼废渣的预处理，利用冶炼废渣作为部分胶结料和基料，并引入泡沫剂水溶液或泡沫材料，将各组分进行搅拌，通过在模具内浇铸、振动成型。本发明配比科学、工艺合理，所生产的人造石材具有生态环保性，高机械强度，低成本性，操作性能优异，降低了产品的自重，提高了产品的保温隔热性、隔音耐火和抗泛碱性能，并且在各种恶劣的条件下具有极强的耐久性和颜色稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼废渣轻质复合人造石材及其生产方法。
背景技术
冶炼废渣轻质复合人造石材，就是通过材料预处理、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能，能减少环境负荷，提高与生态环境的相协调性并具有轻质保温隔热性能的人造石材。
冶炼废渣中以冶炼钢渣的比例最大。钢渣是炼钢过程中产生的副产品，每1吨钢约产生0.1-0.14吨钢渣。2007年我国钢渣产生量已达6546万吨，且每年还在递增，而利用率仅为10％，绝大部分钢渣仍然弃置，不仅占用农田，而且污染环境。钢渣大规模资源化的主要出路就是作为水泥原料和混凝土基料，如中国专利CN102093011A公开了一种利用大宗工业废渣制备的免烧砌块砖。
目前钢渣利用率低的主要原因是由于钢渣稳定性不好，影响了其在工程建筑上的正常使用。影响钢渣稳定性的因素很多，主要是由于在炼钢过程中为了脱除杂质，常加入高钙、高镁材料作造渣剂。随着冶炼时间的缩短，钢渣中的氧化钙和氧化镁不能和二氧化硅等成分充分反应，形成了游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)存在于钢渣中，在作建材或工程材料尤其是f-MgO，它在常温下完全消解的时间可长达20年之久，由于上述原因导致使用钢渣为原料的道路、建筑物或建材制品因开裂而破坏。但是在人造石材领域通过冶炼钢渣的预处理、引入适当的添加剂，并控制产品的尺寸，可以很好地规避此技术难点。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题提出的，其目的是提供一种组分配比科学的冶炼废渣轻质复合人造石材。
本发明的另一目的是提供一种工艺合理的冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述人造石材包括结构浆料制成的主体材料，该结构浆料包括基料、胶结料、水、高分子添加剂、碱性激发剂以及泡沫剂水溶液或泡沫。
优选地，所述结构浆料以干基重量计的重量配比范围为：
(1)基料：胶结料＝3-5:1；
(2)水：胶结料＝0.25-0.45；
(3)高分子添加剂占所述结构浆料中胶结料基准量的0.5-3％；
(4)泡沫剂水溶液中，泡沫剂：水＝1/10-1/1000；
(5)碱性激发剂占所述结构浆料中胶结料基准量的0.3-2％。
优选地，所述基料包括冶炼废渣基料、砂、陶粒；所述胶结料包括冶炼废渣胶结料、水泥、粒化高炉矿渣、粉煤灰、石膏、微硅粉；所述高分子添加剂为选自PVA、EVA、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、苯丙乳液、可再分散干胶粉中的任意一种或几种；所述碱激发剂为选自KOH、NaOH、Ca(OH)2、CaCl2、NaSiO3或上述物质的水合物中的任意一种或几种；所述泡沫剂选自松香酸皂类泡沫剂、植物蛋白泡沫剂、动物蛋白泡沫剂或合成蛋白泡沫剂中的任意一种或几种。
优选地，所述基料的粒径在5-10mm范围内的含量大于90％。
优选地，所述冶炼废渣基料通过以下预处理步骤得到：
步骤1，挑选粒径合适的原状冶炼废渣块；
步骤2，破碎得到粒径小于10mm的碎块；
步骤3，将上述碎块混匀进行均化处理；
步骤4，采用磁选方法除去其中的一些金属铁块和含FeO高的RO相渣，得到所需的冶炼废渣基料。
优选地，所述冶炼废渣胶结料通过以下预处理步骤得到：将所述冶炼废渣基料通过磨粉加工至比表面积450m2/Kg以上的微粉，得到冶炼废渣胶结料。
优选地，所述冶炼废渣基料预处理步骤的步骤1所述的冶炼废渣为选自转炉钢渣、电炉钢渣、平炉钢渣、铁合金炉渣、氧化铝赤泥或有色金属灰渣的一种或几种。
优选地，所述结构浆料包括以下组分和各组分的重量份数：
n为1～3的整数；其中，冶炼废渣包括冶炼废渣基料和冶炼废渣胶结料。
优选地，所述结构浆料的组分中还加入流变剂、消泡剂、表面活性剂、增稠剂、胶黏剂中的任意一种或几种的混合物。
优选地，所述塑化剂至少包括聚羧酸类高性能超塑化剂，所述聚羧酸类高性能超塑化剂合成单体为聚氧烷烯基单体；所述流变剂是聚氨酯类流变剂或聚丙烯酸类流变剂；所述稳泡剂为三乙醇胺、***树胶粉或烷基醇酰胺；所述增稠剂选自纤维素类、聚丙烯酸酯类、膨润土、缔合型聚氨酯类中的任意一种或几种。
优选地，所述人造石材还包括面层，该面层位于所述主体材料至少部分表面，该面层的厚度为0.1-5mm，该面层由面层浆料形成。
优选地，所述人造石材还包括中间层，该中间层位于所述面层和主体材料之间，该中间层由中间层浆料形成。
优选地，所述人造石材还包括颜料层，该颜料层是涂覆在所述人造石材的外表面，该颜料层由颜色浆料形成。
优选地，所述面层浆料中包括颜料，形成面层色浆，所述颜料可以选用本技术领域常用的各种颜料，如市场上销售的炭黑、氧化铁、氧化钴、钛白粉、颜料红122(主要成分为2,9二甲基喹吖啶酮)、有机嫩黄、酞菁蓝、孔雀绿、柠檬黄等。
本发明还提供一种如上述冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，配制颜色浆料、面层浆料或面层色浆、中间层浆料；
步骤2，将基料、胶结料、水、高分子添加剂、碱性激发剂按配比混合，低速搅拌，得到冶炼废渣复合浆料；
步骤3，将预先配置好的泡沫剂水溶液加入到冶炼废渣复合浆料中高速搅拌，或利用发泡机预先制得泡沫加入到冶炼废渣复合浆料中低速搅拌，得到结构浆料；
步骤4，将颜色浆料、面层浆料或面层色浆依次喷涂于磨具表面进行着色，着色完成后再喷涂中间浆料形成中间层，再向磨具内浇筑结构浆料，振动成型。
优选地，本发明所述一种冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，还包括如下步骤：
步骤5，将上述步骤4中成型的产品在50-90℃条件下蒸养14-20h；
步骤6，将步骤5得到的产品在35-65℃条件下进行二次养护。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明所述的人造石材中掺入适量的泡沫，可以大大改善人造石材的和易性，改善人造石材的孔结构，且强度能完全满足文化石材装饰性对强度的要求，不仅使产品质量更轻，有利于粘贴和干挂，还可以降低成本，并提高了产品的保温隔热性、隔音耐火和抗泛碱性能；
(2)本发明生产的人造石材具有生态环保性，高机械强度，低成本性，操作性能优异，并且在各种恶劣的条件下具有极强的耐久性和颜色稳定性；
(3)根据化学分析，冶炼废渣的矿物组成与化学成分与水泥熟料十分接近，因此应用其代替人造石材中的部分胶结料和骨料是可行的，通过本发明所述的冶炼废渣基料和胶结料的预处理方法后，冶炼废渣的安定性满足要求。
具体实施方式
本发明提供了一种冶炼废渣轻质人造石材及其生产方法。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本发明所述冶炼废渣基料按如下步骤进行预处理：
步骤1，挑选粒径合适的原状转炉钢渣块；
步骤2，采用反击式破碎机或自磨机破碎得到粒径小于10mm的碎块；
步骤3，将上述碎块混匀进行均化处理；
步骤4，采用磁选方法除去其中的一些金属铁块和含FeO高的RO相渣，得到所需的冶炼钢渣基料。
本发明所述冶炼废渣胶结料料通过如下预处理步骤得到：
步骤1，根据基料处理方法进行冶炼废渣初步处理，得到冶炼废渣基料；
步骤2，利用辊压机与球磨机组成的联合粉磨***，将冶炼废渣基料加工至比表面积500m2/Kg的钢渣微粉，得到冶炼废渣胶结料。
本实施例中复合人造石材的结构料浆组分包括：
本发明所述的冶炼钢渣复合人造石材的生产方法，其包括以下步骤：
步骤1，配制颜色浆料、面层浆料或面层色浆、中间层浆料；
步骤2，将冶炼废渣基料、冶炼废渣胶结料以及其他原材料按配比混合，低速搅拌，得到冶炼废渣复合浆料；
步骤3，将动物蛋白泡沫剂和三乙醇胺按与水的比例为1:20配置，利用发泡机产生泡沫，将泡沫直接加入到冶炼废渣复合料浆中，得到产品结构浆料；
步骤4，将颜色浆料、面层浆料或面层色浆依次喷涂于磨具表面进行着色。着色完成后再面色层表面均匀喷涂中间浆料层，再向磨具内浇筑结构浆料，振动成型。
为了使产品稳定性更好，性能优异，本发明所述人造石材的生产方法还包括：
步骤5，将步骤4中振动成型的产品在60℃条件下蒸养15h。
步骤6，将步骤5得到的产品在45℃条件下进行二次养护。
实施例2
本发明所述冶炼废渣基料预处理步骤如下：
步骤1，挑选粒径合适的原状平炉钢渣块；
步骤2，采用反击式破碎机或自磨机破碎得到粒径小于5mm的碎块；
步骤3，将上述碎块混匀进行均化处理；
步骤4，采用磁选方法除去其中的一些金属铁块和含FeO高的RO相渣，得到所需的冶炼钢渣基料。
本实施例中复合人造石材的结构料浆组分包括：
本发明所述的冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，其步骤包括以下：
步骤1，配制颜色浆料、面层浆料或面层色浆、中间层浆料；
步骤2，将冶炼废渣基料、冶炼废渣胶结料以及其他原材料按配比混合，低速搅拌，得到冶炼废渣复合浆料；
步骤3，将配置好的泡沫剂水溶液加入到冶炼废渣复合浆料中高速搅拌，得到产品结构浆料；
步骤4，将颜色浆料、面层浆料或面层色浆依次喷涂于磨具表面进行着色。着色完成后再面色层表面均匀喷涂中间浆料层，再向磨具内浇筑结构浆料，振动成型。
为了使产品稳定性更好，性能优异，本发明所述人造石材的生产方法还包括：
步骤5，将步骤4中振动成型的产品在55℃条件下蒸养20h。
步骤6，将步骤5得到的产品在40℃条件下进行二次养护。
实施例3
本发明所述冶炼钢渣基料预处理步骤如下：
步骤1，挑选粒径合适的原状有色金属灰渣块；
步骤2，采用反击式破碎机或自磨机破碎得到粒径小于5mm的碎块；
步骤3，将上述碎块混匀进行均化处理；
步骤4，采用磁选方法除去其中的一些金属铁块和含FeO高的RO相渣，得到所需的冶炼钢渣基料。
本发明所述冶炼废渣胶结料料通过以下预处理步骤得到：
步骤1，根据基料处理方法进行冶炼废渣初步处理，得到冶炼废渣基料；
步骤2，利用辊压机与球磨机组成的联合粉磨***，将冶炼废渣基料加工至比表面积480m2/Kg的钢渣微粉，得到冶炼废渣胶结料；
本实施例中复合人造石材的结构料浆组分包括：
本发明所述的冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，其步骤包括以下：
步骤1，配制颜色浆料、面层浆料或面层色浆、中间层浆料；
步骤2，将冶炼废渣基料、冶炼废渣胶结料以及其他原材料按配比混合，低速搅拌，得到冶炼废渣复合浆料；
步骤3，将合成蛋白泡沫剂和三乙醇胺按与水的比例为1:30配置，利用发泡机产生泡沫，将泡沫直接加入到冶炼废渣复合料浆中，得到产品结构浆料；
步骤4，将颜色浆料、面层浆料或面层色浆依次喷涂于磨具表面进行着色。着色完成后再面色层表面均匀喷涂中间浆料层，再向磨具内浇筑结构浆料，振动成型。
为了使产品稳定性更好，性能优异，本发明所述人造石材的生产方法还包括：
步骤5，将步骤4中振动成型的产品在70℃条件下蒸养10h。
步骤6，将步骤5得到的产品在45℃条件下进行二次养护。
各实施例的产品性能测试：
测试方法：
试件的稠度、分层度、保水性测试参照JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中相关的试验方法测试；
试件的吸水率测试参照JCT2087-2011《建筑装饰用仿自然面艺术石》中相关的试验方法测试；
试件的弯曲强度测试参照JCT2087-2011《建筑装饰用仿自然面艺术石》中相关的试验方法测试；
试件的抗冻性测试参照JCT2087-2011《建筑装饰用仿自然面艺术石》中有关抗冻性试验方法，观察经过冻融循环后的样品与原试件进行弯曲强度对比；
试件的抗泛碱性无国家或行业测试标准可作为参照，申请人采用室外淋水10分钟后80℃烘干，20次循环作为抗泛碱性的测试方法。
测试结果：
经过测试，以上实施例的产品和现有人造石材的性能测试对比结果如表1。
表1：本发明人造石材与现有人造石材性能比较
| 项目 | 现有人造石材 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 体积密度(g/cm3) | 1.7-1.9 | 1.35 | 1.30 | 1.32 |
| 稠度(mm) | 90 | 105 | 100 | 110 |
| 吸水率(％) | 13.2 | 11.4 | 11.0 | 12.3 |
| 弯曲强度(MPa) | 4.2 | 4.6 | 4.8 | 5.0 |
| 抗冻性(％) | 85 | 90 | 92 | 95 |
| 抗泛碱性 | 有轻微泛碱 | 无泛碱 | 无泛碱 | 无泛碱 |
测试结果表明：
利用本发明制备的人造石材，具有更高的稠度、弯曲强度以及抗冻性，降低了产品的吸水率以及体积密度，使得产品致密性提高，其泛碱性也明显优于现有人造石材。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述人造石材包括结构浆料制成的主体材料，该结构浆料包括基料、胶结料、水、高分子添加剂、碱性激发剂以及泡沫剂水溶液或泡沫；所述结构浆料以干基重量计的重量配比范围为：
(1)基料：胶结料＝3-5:1；
(2)水：胶结料＝0.25-0.45；
(3)高分子添加剂占所述结构浆料中胶结料基准量的0.5-3％；
(4)泡沫剂水溶液中，泡沫剂：水＝1/10-1/1000；
(5)碱性激发剂占所述结构浆料中胶结料基准量的0.3-2％；
所述冶炼废渣胶结料通过以下预处理步骤得到：将所述冶炼废渣基料通过磨粉加工至比表面积450m2/Kg以上的微粉，得到冶炼废渣胶结料；
所述的冶炼废渣为选自转炉钢渣、电炉钢渣、平炉钢渣、铁合金炉渣、氧化铝赤泥或有色金属灰渣的一种或几种；
所述胶结料包括冶炼废渣胶结料、水泥、粒化高炉矿渣、粉煤灰、石膏、微硅粉；所述高分子添加剂为选自PVA、EVA、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、苯丙乳液、可再分散干胶粉中的任意一种或几种；
所述基料包括冶炼废渣基料、砂、陶粒；所述碱激发剂为选自KOH、NaOH、Ca(OH)2、CaCl2、NaSiO3或上述物质的水合物中的任意一种或几种；所述泡沫剂选自松香酸皂类泡沫剂、植物蛋白泡沫剂、动物蛋白泡沫剂或合成蛋白泡沫剂中的任意一种或几种；
所述基料的粒径在5-10mm范围内的含量大于90％；
所述冶炼废渣基料通过以下预处理步骤得到：
步骤1，挑选粒径合适的原状冶炼废渣块；
步骤2，破碎得到粒径小于10mm的碎块；
步骤3，将上述碎块混匀进行均化处理；
步骤4，采用磁选方法除去其中的一些金属铁块和含FeO高的RO相渣，得到所需的冶炼废渣基料。
2.根据权利要求1所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述结构浆料包括以下组分和各组分的重量份数：
n为1-3的整数；其中，冶炼废渣包括冶炼废渣基料和冶炼废渣胶结料。
3.根据权利要求2所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述结构浆料的组分中还加入流变剂、消泡剂、表面活性剂、增稠剂、胶黏剂中的任意一种或几种。
4.根据权利要求2所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述塑化剂至少包括聚羧酸类高性能超塑化剂，所述聚羧酸类高性能超塑化剂合成单体为聚氧烷烯基单体；所述流变剂是聚氨酯类流变剂或聚丙烯酸类流变剂；所述稳泡剂为三乙醇胺、***树胶粉或烷基醇酰胺；所述增稠剂选自纤维素类、聚丙烯酸酯类、膨润土、缔合型聚氨酯类中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述人造石材还包括面层，该面层位于所述主体材料至少部分表面，该面层的厚度为0.1-5mm，该面层由面层浆料形成。
6.根据权利要求5所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述人造石材还包括中间层，该中间层位于所述面层和主体材料之间，该中间层由中间层浆料形成。
7.根据权利要求1所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述人造石材还包括颜料层，该颜料层是涂覆在所述人造石材的外表面，该颜料层由颜色浆料形成。
8.根据权利要求5所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材，其特征在于，所述面层浆料中包括颜料，形成面层色浆。
9.一种如权利要求5-8任一项所述的冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，配制颜色浆料、面层浆料或面层色浆、中间层浆料；
步骤2，将基料、胶结料、水、高分子添加剂、碱性激发剂按配比混合，低速搅拌，得到冶炼废渣复合浆料；
步骤3，将预先配置好的泡沫剂水溶液加入到冶炼废渣复合浆料中高速搅拌，或利用发泡机预先制得泡沫加入到冶炼废渣复合浆料中低速搅拌，得到结构浆料；
步骤4，将颜色浆料、面层浆料或面层色浆依次喷涂于磨具表面进行着色，着色完成后再喷涂中间浆料形成中间层，再向磨具内浇筑结构浆料，振动成型。
10.根据权利要求9所述的一种冶炼废渣轻质复合人造石材的生产方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤5，将权利要求9所述的步骤4中成型的产品在50-90℃条件下蒸养14-20h；
步骤6，将步骤5得到的产品在35-65℃条件下进行二次养护。
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