一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方及方法与流程

1.本发明涉及人造石领域，具体涉及一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方及方法。


背景技术：

2.粉煤灰是一种热电厂等耗煤企业排放量很大的废渣，是煤燃烧后再烟气中收捕得到的细灰，也是燃煤电厂等耗煤企业排出的主要固体废物，遍布全国各地的大小热电厂及其它耗煤企业，每年都在生产大量的粉煤灰，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害；铜矿矿渣是炼铜过程中产生的工业固体废弃物，主要以水淬铜渣形式存在，没有得到再利用而堆积在炼铜工厂所在地区，占用大量土地，同时引起环境污染而影响当地发展。
3.人造石是一种用于内外墙装饰的人造石，它模仿天然石材的外形纹理，具有质地轻、色彩丰富、不霉、不燃、便于安装等特点，是外墙装饰中的一个新品种，使用固废材料生产人造石不仅具有低能耗、低二氧化碳排放等优点，而且可以大量消纳工业废弃物，变废为宝，制品具有强度高、耐腐蚀性好、耐高温等特性，可以达到一级防火要求，这些优势在当前推行绿色、环保理念的社会尤其突出，且因此生产固废基无机人造石板材成为板材行业发展的主要趋势。
4.但是，现有的人造石方面对粉煤灰、铜矿矿渣的利用尚属探索阶段，普遍存在配方差异大，产品质量差的弊端，因此，亟需一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方及方法来提高人造石的性能，以满足市场需求。


技术实现要素：

5.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方及方法：通过将铜矿矿渣粉碎，之后加入水泥、粉煤灰混合均匀，得到初混料，将初混料、水、改性丁苯胶乳以及颜料混合均匀，得到混合浆料，将混合浆料加入至模具中并抚平，之后振动、热压成型，得到人造石成品，解决了现有的人造石方面对粉煤灰、铜矿矿渣的利用尚属探索阶段，普遍存在配方差异大，产品质量差的弊端的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方，包括以下重量份组分：
8.水泥40-60份、粉煤灰20-35份、铜矿矿渣15-25份、改性丁苯胶乳2.5-15.5份、水10-35份以及颜料1-3份；
9.其中，所述改性丁苯胶乳是以液体聚丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、增强剂为聚合单体，以十二烷基硫酸钠为乳化剂，以过硫酸铵为引发剂，在温度为60-70℃的条件下聚合形成的胶乳。
10.作为本发明进一步的方案：所述改性丁苯胶乳的制备方法如下：
11.将液体聚丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、增强剂、十二烷基硫酸钠以及去离子水加入至
15s，之后在温度为100-140℃，压力为6-12mpa的条件下热压成型，得到人造石成品。
25.本发明的有益效果：
26.本发明的一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石配方及方法，通过将铜矿矿渣粉碎，之后加入水泥、粉煤灰混合均匀，得到初混料，将初混料、水、改性丁苯胶乳以及颜料混合均匀，得到混合浆料，将混合浆料加入至模具中并抚平，之后振动、热压成型，得到人造石成品；该人造石配方中主要以水泥、粉煤灰以及铜矿矿渣为主要原料，合理的将粉煤灰以及铜矿矿渣进行运用，变废为宝，节约资源，实现绿色化生产，通过添加改性丁苯胶乳进行增强改性，有效的提高了人造石的力学性能，从而实现制备一种性能优良的人造石的目的；
27.在制备该人造石的过程中也制备了一种改性丁苯胶乳，首先通过溴素对苯酚进行溴化，从而在苯环上引入溴原子，得到中间体1，之后中间体1在发烟硫酸的作用下进行磺化反应，从而在苯环上引入磺酸基团，得到中间体2，之后中间体2与镁屑发生格氏反应，生成格氏试剂，之后格氏试剂与3-溴-1-丙烯发生亲核取代反应，从而引入烯基，得到增强剂，通过增强剂作为聚合单体，与聚丁二烯、苯乙烯、丙烯酸聚合制备出一种改性丁苯胶乳；该改性丁苯胶乳通过聚丁二烯的长链提供柔性分子链段，改性丁苯胶乳良好的弹韧性和稳定性，通过苯乙烯和增强剂上的刚性苯环结构，赋予了改性丁苯胶乳一定的强度和硬度，而且可提高改性丁苯胶乳的热稳定性，通过增强剂上的磺酸基团和丙烯酸上的羧基可改善胶乳聚合物的亲水性及分散稳定性，此外，-so
3-结构可降低胶乳聚合物对盐阳离子的敏感性，提高胶乳体系的抗盐性能，改性丁苯胶乳与水泥、粉煤灰、铜矿矿渣颗粒混合均匀后，胶乳粒子会通过物理或化学作用在水泥、粉煤灰、铜矿矿渣颗粒表面或孔隙中填充或堆积，从而堵塞混合浆料中的孔隙和裂缝，从而人造石的致密度，另外，随着改性丁苯胶乳中的水分被逐渐消耗掉，从而使聚集在水泥、粉煤灰、铜矿矿渣颗粒表面或孔隙中的胶乳聚合物逐渐演变成连续的具有弹韧性的塑性膜，可填充人造石体系的孔隙及裂缝，进而与水泥、粉煤灰、铜矿矿渣颗粒交错连接，形成致密的三维网络结构，从而赋予了人造石良好的力学性能，同时阻止水分的渗透，降低了其吸水性能，维持人造石长效的高力学性能。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1：
30.本实施例为一种增强剂的制备方法，包括以下步骤：
31.a1：将0.5mol苯酚、50ml氯仿加入至安装有电动搅拌机、温度计、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，在温度为-2℃，搅拌速率为200r/min的条件下搅拌至苯酚完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入50ml溴素按照体积比1：1溶解于氯仿所形成的溴素溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应1h，之后用饱和亚硫酸氢钠调节ph为7，之后静置分层，将有机相旋转蒸发去除溶剂，得到中间体1；
32.a2：将30ml发烟硫酸加入至安装有电动搅拌机、温度计的三口烧瓶中，在温度为20℃，搅拌速率为150r/min的条件下边搅拌边加入10g中间体1，控制加入速率为0.5g/min，加
入完毕后升温至140℃的条件下继续搅拌反应4h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后用90℃的热水溶解，之后冷却至0℃，真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为40℃的条件下烘干10h，得到中间体2；
33.a3：将50ml四氢呋喃、3g镁屑、0.2g碘粒以及0.1mol中间体2加入至安装有电动搅拌机、温度计、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，在搅拌速率为300r/min的条件下边搅拌边升温至回流反应，控制升温速率为2℃/min，之后继续搅拌反应1.5h，之后边搅拌边逐滴加入0.11mol3-溴-1-丙烯，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应2h，反应结束将反应产物加入至冰水中，之后用无水乙醚萃取2次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发去除溶剂，得到增强剂。
34.实施例2：
35.本实施例为一种增强剂的制备方法，包括以下步骤：
36.a1：将0.5mol苯酚、60ml氯仿加入至安装有电动搅拌机、温度计、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，在温度为2℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌至苯酚完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入60ml溴素按照体积比1：1溶解于氯仿所形成的溴素溶液，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应2h，之后用饱和亚硫酸氢钠调节ph为7，之后静置分层，将有机相旋转蒸发去除溶剂，得到中间体1；
37.a2：将30ml发烟硫酸加入至安装有电动搅拌机、温度计的三口烧瓶中，在温度为25℃，搅拌速率为250r/min的条件下边搅拌边加入10g中间体1，控制加入速率为1g/min，加入完毕后升温至145℃的条件下继续搅拌反应5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后用95℃的热水溶解，之后冷却至5℃，真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50℃的条件下烘干15h，得到中间体2；
38.a3：将60ml四氢呋喃、5g镁屑、1g碘粒以及0.1mol中间体2加入至安装有电动搅拌机、温度计、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，在搅拌速率为500r/min的条件下边搅拌边升温至回流反应，控制升温速率为3℃/min，之后继续搅拌反应2.5h，之后边搅拌边逐滴加入0.13mol3-溴-1-丙烯，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应3h，反应结束将反应产物加入至冰水中，之后用无水乙醚萃取3次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发去除溶剂，得到增强剂。
39.实施例3：
40.本实施例为一种改性丁苯胶乳的制备方法，包括如下步骤：
41.将50g平均分子量为1000的液体聚丁二烯、40g苯乙烯、10g丙烯酸、15g来自于实施例1中的增强剂、3.0g十二烷基硫酸钠以及300ml去离子水加入至安装有电动搅拌机、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为20℃，搅拌速率为800r/min的条件下边搅拌边逐滴加入质量分数为15％的氢氧化钠溶液调节ph为7，控制滴加速率为1滴/s，之后升温至60℃的条件下边搅拌边逐滴加入15ml质量分数为10％的过硫酸铵溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应4h，反应结束将反应产物的固含量调节为35％，得到改性丁苯胶乳。
42.实施例4：
43.本实施例为一种改性丁苯胶乳的制备方法，包括如下步骤：
44.将60g平均分子量为3000的液体聚丁二烯、50g苯乙烯、20g丙烯酸、45g来自于实施
例2中的增强剂、4.5g十二烷基硫酸钠以及500ml去离子水加入至安装有电动搅拌机、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25℃，搅拌速率为1000r/min的条件下边搅拌边逐滴加入质量分数为20％的氢氧化钠溶液调节ph为9，控制滴加速率为2滴/s，之后升温至70℃的条件下边搅拌边逐滴加入20ml质量分数为15％的过硫酸铵溶液，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应5h，反应结束将反应产物的固含量调节为45％，得到改性丁苯胶乳。
45.实施例5：
46.本实施例为一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石的方法,包括以下步骤：
47.步骤一：按照重量份称取水泥40份、粉煤灰20份、铜矿矿渣15份、来自于实施例3中的改性丁苯胶乳2.5份、水10份以及颜料1份，备用；
48.步骤二：将铜矿矿渣粉碎，之后加入水泥、粉煤灰混合均匀，得到初混料；
49.步骤三：将初混料、水、改性丁苯胶乳以及颜料混合均匀，得到混合浆料；
50.步骤四：将混合浆料加入至模具中并抚平，之后用传送带传送到振动机上振动10s，之后在温度为100℃，压力为6mpa的条件下热压成型，得到人造石成品。
51.实施例6：
52.本实施例为一种利用粉煤灰和铜矿矿渣制备人造石的方法,包括以下步骤：
53.步骤一：按照重量份称取水泥60份、粉煤灰35份、铜矿矿渣25份、来自于实施例4中的改性丁苯胶乳15.5份、水35份以及颜料3份，备用；
54.步骤二：将铜矿矿渣粉碎，之后加入水泥、粉煤灰混合均匀，得到初混料；
55.步骤三：将初混料、水、改性丁苯胶乳以及颜料混合均匀，得到混合浆料；
56.步骤四：将混合浆料加入至模具中并抚平，之后用传送带传送到振动机上振动15s，之后在温度为140℃，压力为12mpa的条件下热压成型，得到人造石成品。
57.对比例1：
58.对比例1与实施例4的不同之处在于，不添加增强剂。
59.对比例2：
60.对比例2与实施例6的不同之处在于，不添加改性丁苯胶乳。
61.对比例3：
62.对比例3与实施例6的不同之处在于，使用的改性丁苯胶乳为对比例1中的改性丁苯胶乳。
63.对比例4：
64.对比例4为按照申请号cn201110341137.x环保型粉煤灰仿天然人造石及其生产方法实施例3制备得到的环保型粉煤灰仿天然人造石。
65.将实施例5-6以及对比例2-4中的人造石的性能进行检测，检测结果如下表所示：
66.67.参阅上表数据，根据实施例6与对比例2比较，可以得知添加改性丁苯胶乳能够增强人造石的力学性能以及降低其吸水性，根据实施例6与对比例3比较，可以得知添加增强剂的改性丁苯胶乳具有更加优良的提升效果，根据实施例6与对比例4比较，可以得知本发明中的人造石性能远远高于现有技术中的人造石。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
69.以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。