本發(fā)明涉及大理石粉燒結(jié)制備人造石的方法，特別是改性大理石粉低溫?zé)Y(jié)人造石的方法，屬于建筑裝飾材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，作為裝飾性的天然石材（主要是大理石和花崗巖）需求量快速增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率在10%以上，石材工業(yè)在全球經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要的地位。石材加工過(guò)程中產(chǎn)生大量廢料，主要分為兩類：一是邊角碎料，二是廢石粉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)2.5 噸天然石材產(chǎn)生的石材廢料大約為1噸，即天然石材在加工過(guò)程中廢料率約為20-30%。大量石材廢料不僅污染水源和土壤，而且是一種資源浪費(fèi)，不利于石材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

石材廢料回收利用仍然處于在探索階段，尺寸較大的石材邊角料可以切成不同形狀小規(guī)格面磚、馬賽克或拼花石材（CN 88100494 A）和冰紋大理石（CN 104526887 A）等高附加值裝飾板，用于走廊、花臺(tái)、衛(wèi)生間等部位裝潢裝飾；尺寸較小邊角料經(jīng)過(guò)破碎后加入粘接劑，也可做成具有不同花紋的水磨石或合成石（CN 101774782 A）。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了石材廢料作為水泥和混凝土骨料的應(yīng)用，如大理石廢渣作為混凝土粗骨料，完全可以替代砂、玄武巖、花崗巖或石灰?guī)r（A André et al.Journal of Cleaner Production,2014,65:389-396）。上述應(yīng)用保留了廢石料初始物理化學(xué)性狀，被作為建筑材料使用。

對(duì)于石材加工切割、磨拋過(guò)程中產(chǎn)生的廢石粉及其水漿料，主要應(yīng)用于燒結(jié)黏土磚瓦以及自密實(shí)混凝土的填料（BS Fonseca et al.Civil and Environmental Research,2013;3(9):68-74;DM Sadek et al.Journal of Cleaner Production,2016;121:19-32.）、礦山和工業(yè)污水處理劑（I Javed et al.Desalination and Water Treatment,2016;57(22):10422-10431.）、土壤穩(wěn)定劑（O Sivrikaya et al.Environmental Earth Science,2014;71:4397-4407）。Careddu等分析了大理石加工鋸末（粉）的粒徑、比表面積、色度以及白度值（N.Careddu et al.Journal of Cleaner Production,2014,84:533-539.），通過(guò)改進(jìn)大理石加工工藝和廢水處理程序，大理石粉有望應(yīng)用于造紙、橡膠、涂料和制藥領(lǐng)域。

人造石與天然石材類似，具有色澤豐富、硬度高、不易損傷、耐腐蝕、耐高溫、易清潔等特性。人造石主要以天然大理石或者花崗巖的碎石料為填充料，用水泥/混凝土、石膏、水玻璃、樹(shù)脂等為粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)混料、成型、研磨拋光后制成成品（畢春波等，石材，2008,(5):17-22）。這類人造石也稱為水磨石或合成石，由于是在常溫或低溫下通過(guò)物理粘接而成，其機(jī)械強(qiáng)度低于天然石。樹(shù)脂型人造石物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，花紋容易設(shè)計(jì)，但價(jià)格相對(duì)較高，容易老化變形；水泥型最便宜，但抗腐蝕性能較差，容易出現(xiàn)微裂紋，只適合于作板材。

此外，還有一類燒結(jié)型人造石，是將長(zhǎng)石、石英、輝石、方解石粉和赤鐵礦粉及少量高嶺土等混合，用泥漿法制備坯料，用半干壓法成型，在窯爐中用 1000℃以上高溫?zé)Y(jié)而成。利用各種工業(yè)廢渣（如礦渣、鋼渣）與化工原料在高溫下熔融、成型，低溫下退火晶化，制備的微晶玻璃裝飾板是一種新型人造石，但其工藝復(fù)雜、價(jià)格高昂。

迄今為止，國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)大理石粉低溫?zé)Y(jié)人造石的公開(kāi)報(bào)道。本發(fā)明利用大理石粉為原料，經(jīng)過(guò)粉體表面改性，添加少量粘接劑和填料，低溫下燒結(jié)人造石。本發(fā)明具有大理石粉利用率高、制品形狀可調(diào)、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，有利于延長(zhǎng)石材加工產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)廢石粉的高效利用，培育新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)石材資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用大理石粉低溫?zé)Y(jié)人造石的制備方法，且人造石性能與天然石材相當(dāng)。本發(fā)明以大理石粉為原料，經(jīng)過(guò)粉體表面的偶聯(lián)劑改性，使得石粉顆粒表面形成大量具有高燒結(jié)活性的官能基團(tuán)。燒結(jié)過(guò)程中粘接劑使大理石粉體顆粒間形成牢固的界面化學(xué)鍵結(jié)合，填料填充了粉體顆粒間孔隙，從而制備出與天然石材的體積密度、吸水率、抗折強(qiáng)度等性能指標(biāo)相當(dāng)?shù)娜嗽焓?/p>

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種改性大理石粉低溫?zé)Y(jié)人造石的制備方法，其特征在于通過(guò)以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)：

1）大理石粉干燥后，加入少量表面改性劑，進(jìn)行球磨改性；

2）改性粉體中干燥之后，加入少量粘接劑和填料，進(jìn)行混料、造粒，得到均勻的混合粉體；

3）混合粉體壓力成型、干燥，并在低溫下燒結(jié)，得到人造石。

所述的廢石粉為大理石切割和磨拋過(guò)程中產(chǎn)生的石粉，粉體粒徑小于120目。

所述的大理石粉表面改性劑為環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)醇溶液，偶聯(lián)劑使用量為大理石粉質(zhì)量的0.5～2%，有機(jī)醇為甲醇、乙醇或異丙醇。

所述的粘接劑為低熔點(diǎn)硅酸鹽玻璃粉（熔融溫度500～600℃）、硅溶膠、鋁溶膠中的一種或兩種以上組合，使用量為大理石粉質(zhì)量的0.5～5%；所述的填料為酸洗石棉、粒徑12500目的碳酸鈣粉體或其組合，使用量為大理石粉質(zhì)量的1～5%

所述的低溫?zé)Y(jié)工藝為燒結(jié)溫度500～600℃，燒結(jié)時(shí)間1～5 h。

與現(xiàn)有的燒結(jié)型人造石制備技術(shù)相比，本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，具體體現(xiàn)在：

1）通過(guò)粉體表面偶聯(lián)劑改性，大幅度提高大理石粉的燒結(jié)活性，使得大理石粉可以在低溫下（500～600℃）燒結(jié)人造石，制備工藝具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)；

2）通過(guò)添加粘接劑和填料，不僅填充大理石粉體的顆粒間隙，而且使燒結(jié)過(guò)程中大理石粉體顆粒間形成化學(xué)鍵結(jié)合，從而顯著提高人造石燒結(jié)致密度和機(jī)械強(qiáng)度；

3）本發(fā)明除了少量燒結(jié)助劑（粘接劑和填料）之外，未添加其他礦物或化工產(chǎn)品作為人造石的原料組分，具有大理石粉利用率高、資源節(jié)約、成本低廉等特點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)采用粉體表面改性，并添加少量燒結(jié)助劑，顯著提高大理石粉燒結(jié)活性以及人造石的燒結(jié)致密度和機(jī)械強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)?；厥绽么罄硎庸み^(guò)程中產(chǎn)生的廢石粉，制備工藝簡(jiǎn)便、低溫?zé)Y(jié)節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的實(shí)施例2中人造石斷口SEM形貌圖。

附圖2為本發(fā)明的實(shí)施例4中人造石斷口SEM形貌圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

取120目大理石粉體10 g，加入質(zhì)量濃度為5%的硅烷偶聯(lián)劑KH560甲醇溶液2 g，在行星球磨機(jī)上進(jìn)行球磨改性，球磨時(shí)間為1 h。球磨漿料在80℃烘箱中干燥，然后加入大理石粉體質(zhì)量1%的低熔點(diǎn)硅酸鹽玻璃粉（熔融溫度為500℃）和3%的中性硅溶膠水溶液，研磨混合均勻、干燥，過(guò)200目篩網(wǎng)，100 MPa下擠壓造粒，200 MPa壓力成型為矩形試樣，試樣在馬弗爐中550℃燒結(jié)2 h，制備出燒結(jié)型人造大理石。

實(shí)施例2

實(shí)施例1中制備的人造石試樣經(jīng)過(guò)研磨、拋光，試樣斷口形貌使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，如附圖1所示，從中可以看出，斷口為典型的脆性斷裂，并有少量氣孔存在。利用阿基米德排水法測(cè)試體積密度和吸水率，分別為2.5 g/cm³和3.4%；利用陶瓷彎曲試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣抗彎強(qiáng)度，為32 MPa。

實(shí)施例3

取120目大理石粉體10 g，加入質(zhì)量濃度為5%的硅烷偶聯(lián)劑KH560甲醇溶液2 g，在行星球磨機(jī)上進(jìn)行球磨改性，球磨時(shí)間為2 h。球磨漿料在80℃烘箱中干燥，然后加入大理石粉體質(zhì)量3%的鋁溶膠水溶液、1%的酸洗石棉以及4%的粒徑12500目的碳酸鈣粉體，研磨混合均勻、干燥，過(guò)200目篩網(wǎng)，100 MPa下成型造粒，200 MPa壓力成型為矩形試樣，試樣在馬弗爐中590℃燒結(jié)2 h，制備出燒結(jié)型人造大理石。

實(shí)施例4

實(shí)施例3中制備的人造石試樣經(jīng)過(guò)研磨、拋光，試樣斷口形貌使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，如附圖2所示，從中可以看出，斷口為典型脆性斷裂，但組織結(jié)構(gòu)致密，沒(méi)有觀察到氣孔。利用阿基米德排水法測(cè)試體積密度和吸水率，分別為2.8 g/cm³和1.0%；利用陶瓷彎曲試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣抗彎強(qiáng)度，為48.6 MPa。