耐磨型的人造石墙地砖是以天然大理石矿在开采中产生的废石料为主要原料制成,由于大面积铺装色差微小、色彩丰富、具有天然石的耐磨性,沾水不滑、装饰效果美观高档等优点,发达国家已大量应用于建筑装饰等领域。
世界石材大国意大利从 1960 年代初开始研究用有机高分子树脂和天然大理石废料生产人造石荒料于 1968 年获得成功,1982 年完成板材配套生产线。
我国 1980 年代中期从国外引进 5 条生产线,每条生产线总投资约 5000 万元人民币( 20 年多前的价格),设备年生产能力为 30 万 m 2 。目前国外年产40万 m 2 墙地砖生产线的报价高达 1.6 亿元人民币,配套设施上千万元还不包括在内。该设备工艺是将天然废石渣、块、粉与不饱和聚酯树脂等辅料经搅拌混合后置入立体箱式模具中,经真空、高压和强力振动、再经自然硬化( 25C °养护7天)成为立方体的块料,称人造荒料,规格为2.5 米× 1.25米× 0.85米等,再用排锯将人造荒料切割成所需厚度的板材,经磨粗、补胶(用树脂补气孔)、加温处理、磨抛而成。
实践证明,上述生产方法在现在看来并不具有先进性,主要弊病如下:
1、原材料损耗大:仅荒料六面石皮及锯缝就损失35%以上的原材料。锯 10 块荒料其锯缝就产生15吨的泥石浆,锯3块荒料就有1块变成泥石浆渣,排污处理非常困难,二次污染严重。
2、投资大:年折旧维修费用高达 300 万元以上。设备庞大笨重,总重量近千吨,总占地面积需 50 亩以上。
3、能耗大:总功率达2000KW左右(1小时耗电即达千余元),只能连续批量化生产,不能间歇式小批量生产。
4、生产周期长:荒料需在气温 25 ° C 以上养护 7 天才能切片磨抛 , 低于 25 ° C 的秋冬季数月难出产品或出不了高品质产品。
5、工艺繁琐:荒料切片后,还须用树脂补板面气孔, 补了气孔还需专用设备烘干后再磨抛,设备操作控制困难,机体清洗耗工耗料,成品率难达90%,生产成本高。
6、质量不理想:该生产线虽然投资巨大,但产品内部 2mm 以下的气泡始终排不尽,大花型板材甚至存在 5mm — 10mm 的大孔洞,所以必须补胶才行,由于有气孔存在,抗折强度低(仅 16MPa ),不耐污染,产品花色单调,缺少石材的仿真性,并且不能生产10mm以下的薄型板材。
国内这样的生产线除个别厂家勉强维持生产艰难度日外,其余的早已亏损累累,几经转卖均处于停产和半停产状态,到目前为止,已成废铁一堆了。据了解,国内仍有企业斥上亿巨资引进这种设备。这种状况的产生,一是说明国内尚无人造石墙地砖生产的新技术、新工艺诞生,二是崇洋媚外的行为使然。
前几年,另一种人造石墙地砖的生产方法是在采用或不采用真空的条件下,直接混料入钢制板式模在压机内高压片材,并在高温条件下固化,再经定厚粗磨、加温、干燥、树脂补孔、细磨、抛光、切割制成产品,这种设备投入也高达几百万元人民币,班产仅50m2左右,成品合格率难达90%,材料损耗也高达20%以上,2mm以下小气泡不易排尽、易变形、开裂、抗折强度低、板材规格小,用途窄,花色单调(无法生产大花斑疤型、大粒子型、云彩型),不能生产10mm以下的薄板,生产厂没有经济效益,目前也大都停产。近两年来国内又有厂家根据意大利人造荒料生产方式,仿制出人造荒料生产线,造价仍高达2000—3000万人民币,但这种设备存在的弊病和引进设备基本相同,并不是人造石的最佳生产方式。据了解目前国内已有十余家企业正在筹备上这样的生产线,其前景不容乐观。由于上述几种生产方式的不先进性,国内人造石墙地砖的产量很小,品质不高,未形成生产力,大量的矿山废石仍然沉睡在大山中。
随着我国经济高速增长,市场对这种产品需求日趋旺盛,而意大利、西班牙、以色列、土耳其、韩国等国家的人造石墙地砖趁虚而入(价格在人民币400元—1000元/ m2不等),在国内市场大行其道。笔者在历经二十年的人造石技术研究开发中认识到无论什么生产方式、什么设备,它的最终产品只不过是用于建筑装饰而已,只要有漂亮华丽的外观、有天然石材的质感和纹理、优良的理化性能、不能有变形即可,有什么必要花数千万元乃至上亿元来制造?所以探索新的生产方式、研发新设备十分必要。
80年代末笔者就开始研究人造石墙地砖工艺及设备,数十年来,综合国内外多种生产方式的优缺点,克服了现有技术的多种缺陷,研制出人造石墙地砖平面振压真空生产线,现已授予发明专利权,被列入省重点科技攻关计划。该工艺改荒料成型、锯成板材为平面真空振压一次成型板材,排出气泡彻底,省去了排锯和补胶生产线,改自然养护为加温固化,缩短了生产周期,能生产出4—6mm的薄板,最大板面可达3m2以上,花色有大花斑块型、大小粒子型、世界著名的大花绿、大花白、挪威红、金线米黄、南非红、印度红花岗、蓝花岗、白麻花岗均能仿制,产品由于薄而轻,既可上高层建筑作墙地面装饰又可作各种台面板和家具装饰,扩大了产品的使用范围。这条生产线的造价仅在150万元—400万元人民币之间,年生产能力可达10—30万/m2,大小批量均可生产,24小时内可出成品,成品率高达99%以上,并最大限度的利用了所有的废石料。
本工艺的关键技术如下:
1、石料级配的严密性,一个配方中由粗、中、细、粉末构成,粗粒子中的空隙由中粒子来填、中粒子中的空隙由细粒子来填、细粒子中的空隙由粉末来填,达到一个最合理的密实度。
2、树脂及辅料的选用:现树脂品种已多达数百种,本工艺选用粘接力强、粘度低的树脂配以防变形剂和防沉降剂做粘合剂。
3、树脂的用量根据不同石材的吸树脂量计算:树脂多了板材变型、曲翘,树脂少了板材有气泡、力学性能低。石料的品质不同吸树脂量也不同,树脂对它的粘接力也不同,若一味强调减少树脂用量,会进入配方研究的误区,只有既降低产品成本又确保产品品质的配方才是科学的。因为,石料本身具有微孔是要吸收树脂的,配方中大大小小的石粉石粒表面均需要一层树脂的包裹,石粉石粒间的微小缝隙需要树脂的充填其间,达到饱和,整个三相立体交联的大分子网络才能形成,它既充分保证了板材的强度,又保证了板材内气泡的充分排出,同时还防止了板材的变形。若料内树脂用量少,纵是千吨高压和很大的抽气量的真空均不可能排出料内气泡而生产出抗折抗压低、吸水率高、不耐污染的脆性大的板材,这是荒料法和压板法生产线不可能解决的技术问题。
4、添加低收缩剂和防沉降剂,生产过程中始终保证板材在料内大小石粒树脂分布的均匀性,使之在固化放热收缩中保持一致性,使板材无变形。
5、本工艺采用通过配料搅拌、入模真空振动、抹平,入真空室脱泡后,存放于固化架上,让其自然初凝,均匀收缩,平整放置养护,固化、加温后固化(即使其达到反应终点),再经定厚磨抛、切割、开槽、包装、入库。 本工艺生产的产品,吸水率比荒料法低一倍、抗折度高一倍达31.2Mpa,该工艺由于减少了设备、能源、场地占用、材料损耗等费用,按同等厚度的板材计算,其综合成本比荒料法还低6%左右。
由于矿山远离城市,交通不便,多年来虽有人士不断提出多种利用废石料作建筑砂石、砖瓦、水泥原料等等建议,但均因运输费用高、加工成本高、产品市场价值低而未能有效实施,凡设在城市周边的石材加工厂在荒料的加工过程中又有30%的废料产生,在目前废石料利用得最好的福建省南安市已有企业用加工厂废石粉生产蒸压多孔墙体砌块,计划2008年每年吃掉上百万吨废石粉,这无疑是件废石利用的大好事,但从经济角度上看用这些废石料生产人造石墙地砖,其经济价值将是做建筑砌块的数十倍。
矿山废料可按品种、品质、颜色分类,如黑色废石可做黑花岗、红色可做红花岗、绿色可做绿色石材、黄色可做黄色石材,白色配以其他彩色石子和颜料,各色相互搭配可生产出色彩缤纷绚丽的人造石。其它色泽杂乱、品质差的废石料,可做薄型、复合型人造石,胶壳型洁具,圆柱,墓碑,雕塑等人造石制品或有机、无机人造文化石。磨抛切割的淤泥物需烘干可直接制作无机文化石。荒料法和压片法生产主要是利用白色天然大理石废渣作原料,对数量最多的花岗石和其它杂乱的废料尚无法有效利用,而这项发明中对大理石、花岗石及其它硬质矿渣粉均能利用,其人造石产生的少量废边角和泥浆同样可再次回收利用,这样废石利用率可高达99%,彻底解决了场地占用和环境污染,形成良性循环。
我国已成世界石材生产、开采第一大国,最保守估计年产废料达2500多万吨,加之小、土、散、乱等矿山造成的废石远远不只这个数,数十年的开采积累在矿山的废料应是数亿吨的不可估量的天文数字。目前这些废石料在矿山是不要钱的,只付点装运费即可拉走。每吨废石料可生产厚12mm的人造石35平方米以上,若按目前年产2500万吨废石料计算,就能生产人造石8.75亿m2,按200元/m2计算(现最低工程价为每平方米230元),年产值在1750亿元以上,利润可达30%。若生产薄型人造石其原料利用率更高,其产生的经济价值更大,这就是把现在的废石山通过新技术转化而变成财宝山的科学依据。
随着世界经济的发展,石材的用量越来越大,矿产资源越采越少,最终是会开采殆尽的,很多国家都制定了资源保护措施,有实力的大财团己开始全球性的资源垄断,今后石材价格上升是必然趋势。我国虽号称石材大国,但石材业仍然是低水平开采加工、低价格销售。环境破坏、资源浪费问题仍然十分严重。现我国人造石科研人员经数十年不懈努力,终于取得了将矿山废石料再造高档石材的发明专利,已建成的生产线生产的产品经多个建筑物应用,效果良好,验证了该技术的可靠性和成熟性。现我们已有了自主的知识产权,若再有政府的国土、矿产环保和科技部门的高度重视,采取有力措施制定相关法规,把废石利用和资源保护当大事来抓来管,还要有一批具有战略眼光、有社会责任感、有科技创新意识、无崇洋媚外思想的石材企业家愿意投身参与这项利国利民的大事业,那沉睡在矿山数以亿吨的废石料通过这项发明专利就可把它变成金银山、财富山,就可把千疮百孔、满目疮痍的矿山开采区还原为秀美的自然山川。