适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石及其制备方法与流程

本发明涉及固废基人造石，具体为一种适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石及其制备方法。

背景技术：

1、随着国家环保政策的出台，大宗固废的资源化处理已成为重要的发展方向。利用石材固废制备负碳砖、人造板材等，不仅减少对天然石材的进一步消耗，更带来了巨大的社会效益和经济效益。

2、然而固废基人造石材的力学强度通常较差，领域内科研学者致力于通过不同途径提高人造石的抗压强度。如中国专利申请文献（公开号为cn115583820a）提供了一种利用二氧化碳养护制备的无机人造石及其制备方法，利用固碳胶凝材料为无机人造石的胶凝材料，经过压制成型后，放置在常温的二氧化碳气氛中进行养护，制备得到具有优良抗压性能的无机人造石产品。中国专利申请文献（公开号为cn115340327a）提供了一种浇筑型碳化石材的制备方法，以碳化钢渣为细骨料和原料，碳化钢渣在碳化过程中提供孔隙结构，co2通过孔隙向石材四周扩散，增加板材碳化程度，两次碳化过程吸收更多的二氧化碳，增加了石材强度。但是，人造石的力学强度、抗渗性能等均需进一步提升来满足人们多场景的生产生活需求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石，通过优化固废配方体系解决现有固废基人造石材的力学强度和防水性能差的问题，满足不同应用场景的实际需求。

2、本发明一方面提供了一种适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石，按重量份计，其制备原料至少包括：含钙固废粉料30-80份、固废颗粒20-70份、增强粉1-8份、水5-50份。

3、优选的，所述适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石，按重量份计，其制备原料至少包括：含钙固废粉料30-70份、固废颗粒20-50份、增强粉2-5份、水7-23份。

4、作为一种优选的技术方案，以适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石制备原料的总重量计，所述含钙固废粉料的质量占比为40-70%，优选为45-55%。

5、作为一种优选的技术方案，所述含钙固废粉料的粒径为0.05-0.15mm，优选为0.08-0.1mm。

6、作为一种优选的技术方案，以适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石制备原料的总重量计，所述固废颗粒的质量占比为20-50%，优选为30-45%。

7、作为一种优选的技术方案，所述固废颗粒的粒径≤6mm，优选为≤4.5mm。

8、作为一种优选的技术方案，所述固体颗粒为平均粒径≤0.15mm的固废颗粒1、0.15mm＜平均粒径≤0.3mm的固废颗粒2、0.3mm＜平均粒径≤1.2mm的固废颗粒3、1.2mm＜平均粒径≤2.5mm的固废颗粒4和2.5mm＜平均粒径≤4.5mm的固废颗粒5的组合。

9、作为一种优选的技术方案，所述固废颗粒1、固废颗粒2、固废颗粒3、固废颗粒4和固废颗粒5所占的质量百分比依次为0-20%、10-30%、15-35%、10-30%和10-30%。

10、作为一种优选的技术方案，以适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石制备原料的总重量计，所述水的质量占比为20-40%，优选为25-35%。

11、作为一种优选的技术方案，所述含钙固废粉料选自钢渣、镁渣、硅钙渣、电石渣中的至少一种。

12、优选的，所述含钙固废粉料至少包括钢渣。

13、作为一种优选的技术方案，所述固废颗粒选自粗钢渣、粗镁渣、大理石废料、花岗岩废料中的至少一种。

14、优选的，所述固废颗粒至少包括粗钢渣。

15、本发明通过控制体系中固废颗粒的级配设计，保证产品的孔隙细密、色度均一、性能稳定。

16、作为一种优选的技术方案，以适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石制备原料的总重量计，所述增强粉的质量占比为2-5%，优选为2-4%。

17、作为一种优选的技术方案，所述增强粉的制备原料至少包括水滑石、异氰酸酯和改性剂。

18、作为一种优选的技术方案，所述水滑石为铝镁水滑石。

19、作为一种优选的技术方案，所述异氰酸酯为含有1个异氰酸根的异氰酸酯和/或含有2个异氰酸根的异氰酸酯。

20、优选的，所述含有1个异氰酸根的异氰酸酯选自异氰酸乙酯、异氰酸丁酯、叔辛基异氰酸酯、异氰酸十四酯、异氰酸癸酯中的至少一种；所述含有2个异氰酸根的异氰酸酯选自亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。

21、作为一种优选的技术方案，所述异氰酸酯为含有2个异氰酸根的异氰酸酯。

22、优选的，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。

23、作为一种优选的技术方案，所述改性剂为c10-c25羧酸盐化合物。

24、优选的，所述改性剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。

25、作为一种优选的技术方案，所述水滑石与改性剂的质量比为1：（0.01-0.05）。

26、优选的，所述水滑石与改性剂的质量比为1：（0.02-0.04）。

27、作为一种优选的技术方案，所述增强粉的制备方法为，将水滑石加入水中搅拌得到浆液，之后加入改性剂，在20-50℃下搅拌10-60 min，离心、洗涤、干燥，得到疏水改性水滑石；取疏水改性水滑石分散于异氰酸酯中，在50-90℃下搅拌5-24h，过滤、洗涤、干燥后即得。

28、本发明为了进一步提升人造石的力学强度和防水性能，在人造石体系中引入由水滑石、异氰酸酯、改性剂和水制成的增强粉。一方面，从产品的性能测试数据上看，该增强粉在提高人造石的抗折强度、抗压强度的同时，还能有效降低人造石的吸水率；另一方面，该人造石在后期使用过程中，能有效抵御外界酸根离子的入侵，提高人造石的耐久性和耐候性。发明人分析原因可能为：

29、当水滑石与改性剂的质量比为1：（0.01-0.05），尤其为1：（0.02-0.04）时，水滑石表面包覆了一层疏水膜，接枝的疏水长链不仅提高了人造石的耐水性，而且该膜对插入到水滑石层间的异氰酸酯起到一定的保护作用。增强粉被投入到浆体中，在参与反应的初始阶段，疏水膜可以阻挡浆液与异氰酸酯的过早接触，避免异氰酸酯过早释放二氧化碳。在矿化过程中，随着时间的延长和体系温度的升高，部分水分子会进入水滑石内部，与部分异氰酸酯反应，生成co2，可进行内部二氧化碳矿化提高产品强度，以解决矿化通常仅在制品表面发生而难以在内部发生的问题，而且，异氰酸酯反应后生成的聚合物有助于填补孔隙，提高界面结合强度；在产品的后期使用过程中，因硫酸根离子侵蚀，人造石会发生膨胀且产生微细裂缝，可能将未反应的异氰酸酯释放出来，与自然界中的水发生反应，生成愈合产物，填补裂缝，提高产品的耐久性和耐候性。

30、此外，水滑石本身也可以填充体系中的微裂缝和孔隙，提高人造石的密实性和强度。

31、本发明另一方面提供了一种适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石的制备方法，至少包括以下步骤：

32、1) 将含钙固废粉料、固废颗粒、增强粉混合均匀得到混合干料；

33、2)将水加入1）所述混合干料中，搅拌均匀得到混合料；

34、3）将2）所述混合料投入模具中，压机进行压制，成型压力在10-60mpa，保压时间1-10分钟，成型后由压机推出得到生坯；

35、4）将步骤3）所得的生坯转移至养护窑进行保湿养护，窑内湿度70-95%，温度40-80℃；

36、5）将步骤4）所述生坯推至反应釜中进行矿化反应获得板材，温度控制在60-120℃，压力控制在0.2-0.8mpa，反应时间2-10h；

37、6）对步骤5)反应完的板材进行定厚、荔枝面处理，得到表面纹理，随后进行表面防护处理制得成品。

38、优选的，所述步骤3）中从成型压力为30-50mpa，保压时间为2-4分钟。

39、优选的，所述步骤4）中窑内湿度为80-90%，温度为50-70℃。

40、优选的，所述步骤5）中矿化反应温度控制在80-100℃，压力控制在0.5-0.7mpa，反应时间为优选6-8h。

41、有益效果

42、1、本发明以含钙固废粉料、固废颗粒、增强粉及水制备了一种适用于高抗压场景下的固废基碳矿化人造石，通过增强粉的引入，以获得力学强度高、吸水率低的人造石。

43、2、利用水滑石具有层间离子可交换、层间距可调节、比表面积大等优点，将异氰酸根交换到层间，控制水滑石表面的疏水改性程度以调节异氰酸根参与体系反应的节奏。矿化过程中，部分异氰酸根与水反应，生成co2，利好产品的内部矿化效果，生成物有助于填补孔隙，从而提高产品强度；后期使用中，外界酸根离子的侵入导致人造石出现微小裂缝，可能使矿化过程中未完全反应的异氰酸根与自然界中的水反应生成愈合产物，以填充裂缝，从而提高产品的耐久性和耐候性。

44、3、本发明通过优化增强粉中水滑石与改性剂的用量，控制二者质量比为1：（0.01-0.05），尤其为1：（0.02-0.04），能够有效平衡疏水长链在水滑石上的接枝率与异氰酸酯进入水滑石的插层程度之间的关系，发挥水滑石上的疏水膜对插层异氰酸根的保护作用，从而控制异氰酸根在体系中的反应速率，以调控人造石的性能。