摘要
依据环境矿物的理论，提出了采用蛇纹石类、珍珠岩、透闪石、金红石和硅藻土等矿物生产生态合成岗石的观点，对曲折联动型成型装置的设计、辅料单独搅拌并在其中配用电气石与金红石及硅藻土等净化环境矿物及工艺配方等提出了具体方案，以其较强的生态性能提高其价值。
关健词
蛇纹石 珍珠岩 硅藻土 曲折联动 辅料搅拌 合成岗石 生态功效
1、引言
天然矿物材料是形成自然环境的基础，尤其是用某些晶体矿物并经分切、研磨及合成加工的装饰类产品，使其成分、功能与人居环境协调兼容，可具有多元及多层次的生态环保功效。生态学是研究生物体与其周围环境相互关系的科学，有多效应、相互联系和勿干扰三个定律。环境矿物材料是指由矿物及其改性产物组成的具有防治污染和修复功能的矿物材料。环境矿物学致力于发掘无机矿物对污染物的净化功能及天然自净化功能的研究，并发展和完善无机矿物与有机生物所共同构筑的天然自净化系统。
现行的人造大理石与人造石英石两类合成岗石，经微晶化、纹理化、硬质化的发展历程，近期出现了使用无机粘结材料与采用石英岩玉类矿物并用拼接复合工艺而向生态型产品逐步延伸的趋势。但从其大花类产品采用石块小于10cm而形成的大花不大、小花类的石英石密度偏低而形成的小花不实，以及矿物原料局限于白色而形成用料不广的现状来看，合成岗石具有兼容所有晶体矿物的优势还有待于进一步发挥，另一种现状是:蛇纹石、透闪石、石英石玉、叠层石、珍珠岩、硅藻土的矿山碎石堆积可谓满山遍野，其中仅有少数用作石粉加工、工业硅加工、陶瓷配料等，绝大部分的半玉半石的块石作为矿山废渣处理，甚至于形成环境污染问题。在合成岗石用颜料及多台搅拌机配色而提高其市场价格的惯例下，不妨运用矿物一环境一生态一健康的综合理念，采用多种矿物进行更高层次的合成，以较强的生态环境功能来提高其产品价值，是一个可能使合成岗石产业真正做大的课题。
2、蛇纹石与硅藻土等生态矿物的分析
蛇纹石的理想化学分子式为Mg6(SiO10)(0H)8写成氧化物的形式则是2Si02·3Mg0·2H20。蛇纹石的活性基团划分为5类、不饱和Si-0-Si健、0-Si-0健、含镁健、轻基和氢健，这些活性基团的存在使蛇纹石具有很高的化学活性和生物活性。其次要组成矿物有方解石、滑石、磁铁矿、白云石、菱镁矿、绿泥石、透闪石、透辉石和铬铁矿。蛇纹石玉的组成矿物十分细小，纤维状矿物呈块状集合体，略具定向排列，折射率1.56～1.57，摩氏硬度25～6，密度2.43～2.8。其晶体结构中[SiO4]四面体片与[MgO6]八面体片以1:1的比例配置形成结构单元层，解离几乎都在氢氧镁石层的Mg2+-OH和Mg2+-0之间发生，故解离表面暴露大量的金属离子Mg2+，导致其表面正电性强、零电点高，并由其纳米晶体大的比表面积、纤维两端的端面、纤维管内的不饱和健和独特的卷曲结构导致的晶格弯曲决定了它具有很高的表面活性。蛇纹石的放射性微量元素能产生空气及水分子电离而释放较多的负离子，并由其偶极矩变化与物相种类增多导致红外活性基团增多及远红外发射率提高。
硅藻土是由硅藻的单细胞藻类遗骸形成的，Si02占80%以上，其矿物成份主要是蛋白石及其变种，其次是粘上矿物一水云母和高岭石。其表面覆盖着一层硅轻基(Si-0H)，成了其表面最主要的活性基团，并在其超纤维与多孔质及其超细微孔形成的释放一吸收空气中的水份的特性下，能够长时间消除异味和分解有害化学物质。与之同类的叠层石也是蓝绿藻群落形成的。
石英岩玉是以粒状石英为主(90%以上)变质形成的分为隐晶质、多晶质及交代蚀变三种类型的硬质矿物。这种半透明的尤其是少量含有电气石与金红石以及受蛇纹石侵染的矿物，具有一定的电磁传导、元素扩散及生态性能。
3联动型型机设计
对于20cm以上块度且石块的配比量超过60%时现行的荒料成型机既不能进行搅拌，也在其上振的压头结构下难以完成致密成型。因为较大块度的石块之间是用胶粘剂与辅料进行填充而聚合的，因此仅对辅料搅拌而在布料中采取两者同步下料的措施，再用下部的激振力进行石块及细砂的滑动而致密成型的工艺更接近于岩石成型的机理，也可用较低的能源消耗达到密切叠垒的聚合效果。
双搅拌与曲折布料的设备结构是:在布料室(通道)的上面平行设置容积比为1～3:1的主、辅两台卧式双轴搅拌机，其主搅拌机的混料杆的旋转半径与其双轴间距采用1:1.75～2.0的比例，其转速为13r/min，用其仅完成布料中的石拨动及拌合;在两搅拌机下料口对应的下部分别设置向下倾斜30～45°及带有侧板的钢制滑板，以此进行基料石块与混合辅料的同步布料而成曲折布料形式。联合振动的设备结构是:在压制室的底板上开出方孔并在其中焊装其上边与底板面平行的4个方槽，在其中的两侧边分别装设3～6只压缩弹簧及其卡固器具，并在弹簧支撑的板状结构件上吊装两台功率分别为5-10kw的偏心式振动电机，以独立与联合的振动方式形成接近于4×50Hz的叠加频率及400～800kN的激动力，其压缩弹簧的参数按接近于自激振荡设定。劈裂式破碎的设备结构是:将现行的大型锣式*碎机破**的两块动、静锣板上的钢齿，改变为10～20cm的齿距，以尖角形平均排列且直线相对的钢齿对其中的块石形成裂的冲击(切)力、使矿物较多地沿相对的尖角齿线破裂分解，从而以接近于方形的基料块形成较好的叠垒效果。
采用生态功效较好并用较大块度的矿物进行荒料的成型，涉及到成型设备与工艺均需改进的问题，也是矿物由碎变整的再造矿物的过程。各工序的工艺特点是:劈裂破碎是利用较大的齿距形成动态的剪切而使矿物有序分解，并以多条直线的劈裂作用及较小的冲击力使脆性矿物较多的形成设定尺寸的块体，也为较好的基料外形及较少的矿物耗损提供先决条件;双搅拌与曲折布料可用较小的设备及能源消耗进行辅料的充分搅拌，主搅拌机的低速运转也能够完成基料石块的表面染色与下料中的推动，并利用配制振动器的倾斜设置的滑块使两种料体进行同步布料及相互交融:将内装两种料体的模箱放置于四台振动器上进行的下部振动，一方面能利用压缩弹簧接近于自激振荡的参数而形成以小控大的激振力，另一方面利用频率叠加原理使其达到4X50Hz的较高频率及较好的致密效果。在较大粒径的基料之间填充卵石块及砂状辅料，也是一种能形成较好观赏性并使粘结剂用量减少的工艺方案。
4、生态合成岗石的配方
对于基料矿物的选择与搭配，要顾其净化环境性能与美术观感两个方面，并要选择硬度相近的矿物进行组合而利于研磨加工。辅料是4～80的网目的石粒与200～1250网目的石及纳粉体，对其不仅要用基料加工中剩余的小块碎石进行加工，还要采用黑电气石、硼镁石、锗石、金红石、阳起石、蛋白石和硅菜土等生态性能较强的矿物进行粉碎加工、辅料与聚合物二者的混合料是前者对后者进行填充而共同对基料缝隙进行填充及粘合，并由辅料的性能影响聚合产品的整体性能。从建材及涂料行业进行的有关研究成果来看，在其中配加1%以质量的电气石粉、并用纳米二氧化钦和二氧化铺粉体复合制成生态装饰材料、其空气负离子的浓度可达2000个/cm3。生态型建材产品的技术参数及标准在目前还无确切的定义及标准，研发产品时应在其静电场、磁场、负离子释放、远红外辐射、光催化活性、微量元素含量和调节生物离子诸方面采用相用矿物及其组合形式，尤其在辅料中要形成功效较强的生态矿物体系。
采用蛇纹石、蛇纹玉及蛇纹石化大理石为基料并用其碎粒同电气石、金红石和硅藻土等矿物石粒与石粉制备生态型产品，是一种发挥我国大西北一带矿产优势并适应市场需求的方案。其基本配方(质量份)
其中，氧化铝粉与不饱和脂按2:1质量比混合的糊状物，可加到主搅拌机内使基料石块表面沾附胶液，再用真空力进行胶液渗透，并在胶液中配加颜料而形成纹理;纳米二氧化可混合于不饱和树脂中并在其配加气态氧化硅胶及石粉后可对粗磨的板面进行孔隙填补。对于石英岩玉，尤其是紫色及透明性较好的碎石，采用配加电气石与硅藻土等作为辅料，并用薄板成型设备进行小花类的聚合加工，也是一种易于形成规模的硬质生态合成岗石的生产方案。
5、综述
根据源于自然、兼容天然、用于自然、回归自然的准则，充分利用天然矿物材料的功能属性，是合成岗石生产技术升级换代的必然选择。我国的蛇纹石透闪石、石英石玉和珍珠岩有极其丰富的储量，因其矿物节理裂隙较多难以进行天然板材的加工，现行的用其碎石加工成石粉而用于建材、冶金行业等也或多或少是一种资源浪费。现行的合成岗石的成型技术大致还在建筑混凝土的范围内，采用曲折联动型成型装置与生态合成岗石的配制方法两项中国发明专利技术，能够较好的仿真天然岩石的生成过程，并在其与原构聚合的钻孔注胶技术相互的配合中，可使中国的石材合成技术达到较高的层次及水平。在现行合成岗石技术及设施的基础上，将矿物选择侧重于生态功效较强的有透明性与润性的玉石类矿物，并用双搅拌与四振动的成型设备进行其密切叠垒的聚合，不仅发挥了合成岗石的技术优势，而且在绿色与生态的市场需求下能够形成较大的产业。
全文完
作者：刘建平山西省五台县经贸局 温云伟 北京交通大学勘察设计研究院 首发《石材》2013年9期，经作者授权转载。
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