ظهر الحجر الصناعي لأول مرة في الولايات المتحدة في ستينيات القرن العشرين. ويُصنع من راتنج البوليستر غير المشبع مع مواد مالئة وأصباغ وكمية صغيرة من المُحفز، وذلك من خلال إجراءات معالجة معينة. ولا يتميز هذا المنتج بطريقة تصنيع بسيطة ودورة إنتاج قصيرة وتكلفة منخفضة فحسب، بل يُظهر أيضًا أداءً ممتازًا. فهو يتمتع بقوة كافية وصلابة ومقاومة للماء ومقاومة للشيخوخة ومقاومة للتآكل وخصائص أخرى، وقد استُخدم على نطاق واسع في مختلف الزخارف المعمارية.

يستخدم الحجر الصناعي المصنوع من مخلفات التعدين، الذي طوره معهد بكين العام للبحوث في مجال التعدين والمعادن، مخلفات التعدين كمواد رملية رئيسية، بالإضافة إلى 5Mg(OH)₂ · MgCl₂ · 8H₂O (يُشار إليه بـ «الطور 518») كمادة رابطة، مع إضافة مواد مضافة داخلية تتمثل في عامل طارد للماء ومحفز. في ظل درجة الحرارة والضغط العاديين، يتم أولاً تصنيع المنتج الحجري، ثم، اعتمادًا على نوع المنتج الحجري وأدائه ومتطلباته، يتم تطبيق عامل طارد للماء خارجي لمعالجة سطحه للحصول على منتجات حجرية ذات خصائص مختلفة. لضمان أن تشكل المادة الأسمنتية المغنيسية الطور 518، وأن لا يخضع الطور 518 لتحول طوري في الماء أو البيئات الرطبة، يتم تحضير العينة عمومًا بحيث تكون نسبة MgO/MgCl₂ > 4.27 ونسبة H₂O/MgCl₂ > 4.18. تُضاف مادة طاردة للماء داخلية لتقليل معدل تحول الطور 518 عند تعرضه للماء أو بخار الماء؛ ويُستخدم عامل طارد للماء خارجي لتقليل درجة تحول الطور 518 بشكل أكبر عند تعرضه للماء أو بخار الماء، مما يؤدي إلى تحسين مقاومة الماء وجودة الحجر. أظهرت الاختبارات أن الخصائص الرئيسية للحجر الصناعي المصنوع من مخلفات التعدين، مثل مقاومة الماء ومقاومة القلويات، تفي بالمعايير المطلوبة. علاوة على ذلك، يمكن استخدام أي نوع من مخلفات التعدين لتصنيع الحجر الصناعي المصنوع من مخلفات التعدين. عملية التصنيع بسيطة، ولا تنتج عنها أي نفايات (لا غازات عادمة، ولا مياه عادمة، ولا نفايات صلبة)، وتتميز بتكلفتها المنخفضة، كما أنها غير سامة وعديمة الرائحة، وتتمتع بقوة عالية، وتسمح بالتشكيل الحر، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كمواد زخرفية من الحجر المقلد للجدران الداخلية والخارجية على حد سواء.

استخدمت «هو يانيان» من كلية العلوم بجامعة الطيران المدني الصينية راتنج البوليستر غير المشبع ومخلفات التعدين من شركة «شانشي داتونغ جينين للتعدين» المحدودة كمواد خام رئيسية لصب ألواح من حجر السحاب الاصطناعي في ظروف درجة حرارة وضغط عاديين. وقد استوفت درجة اللمعان والخصائص الميكانيكية الناتجة معايير الصناعة.

(1) المواد الخام. استُخدمت مخلفات التعدين الصادرة عن شركة شانشي داتونغ جينين للتعدين المحدودة كمواد حشو. وهي رمادية اللون، ومكونها الرئيسي هو SiO₂، وتحتوي على كميات صغيرة من Al₂O₃ وFe₂O₃ وMgO، وما إلى ذلك. ويتراوح حجم الجسيمات بين 0.043 و0.375 ملم.

(2) الكواشف. راتينج رقم 191، من الدرجة الصناعية، من إنتاج شركة تيانجين ليتاي للكيماويات المحدودة؛ بيروكسيد السيكلوهيكسانون، نقي كيميائيًا، من إنتاج شركة «شنغهاي ألادين»؛ نافتينات الكوبالت، نقي كيميائيًا، من إنتاج شركة «داليان رقم 1 للكيماويات العضوية المحدودة»؛ زيت السيليكون الميثيلي، نقي تحليليًا، من إنتاج مصنع «تيانجين يينغدا للمواد الكيميائية النادرة والثمينة».

(3) العملية. تم غربلة المخلفات إلى خمسة فئات حسب حجم الجسيمات: +0.167 مم، و-0.167 مم، و+0.107 مم، و-0.107 مم، و+0.074 مم، و-0.074 مم، و+0.043 مم، و-0.043 مم. ثم تم غسلها وتجفيفها ووضعها جانباً. تم طلاء الطبقة الداخلية للقالب بطبقة متساوية من عامل فصل مصنوع يدوياً من كحول البولي فينيل، وتركها حتى تجف. تم خلط الراتنج رقم 191، وبيروكسيد السيكلوهيكسانون، ونافتينات الكوبالت، وزيت السيليكون الميثيلي بنسب محددة، ثم أضيفت المخلفات. تم تقليب الخليط في درجة حرارة الغرفة وسكبه بسرعة في القالب المُعد، ثم تم تفريغه. بعد التصلب الكامل، أُخرجت العينة من القالب وخضعت لمعالجة ما بعد المعالجة عند 80 درجة مئوية. ثم تم طحن العينة وصقلها وفقًا للاستخدام المقصود. ويظهر مسار عملية تحضير الحجر الصناعي في الشكل 5-8.

الشكل 5-8 مسار عملية تحضير الحجر الصناعي

تم اختبار ومراقبة بنية الحجر الصناعي المُعدّ، ولمعانه، وخصائصه الميكانيكية، ومقاومته للتآكل باستخدام مقياس اللمعان، ومجهر الاستقطاب من طراز «زايس»، ومطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه. كما تمت دراسة تأثير المخلفات ذات أحجام الجسيمات المختلفة على أداء المنتج، واختبار وتحليل اللمعان، وقوة الانحناء، ومقاومة التآكل. أثبتت التجارب نجاح استخدام المخلفات كمواد حشو لتصنيع الحجر الصناعي الذي استوفى لمعانه وخصائصه الميكانيكية معايير الصناعة. وأظهرت نتائج التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء أن الراتنج ومادة الحشو قد ارتبطا معًا، وحدث تفاعل كيميائي عند السطح الفاصل بينهما، مما أدى إلى تكوين مواد جديدة. ازداد لمعان الحجر الصناعي مع زيادة حجم جسيمات المادة المالئة، كما زادت قوته الانحنائية أيضًا مع زيادة حجم جسيمات المادة المالئة. ومع ذلك، كلما صغرت جسيمات المادة المالئة، زادت مقاومة التآكل. تشير هذه النتيجة إلى أن تقليل حجم الجسيمات له تأثيرات إيجابية وسلبية على أداء الحجر الصناعي.