CN101797625B - 一种提高型砂强度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高型砂强度的方法，涉及一种型砂的加工方法。提供一种生产工艺简单易行，操作方便，产品性能好，适合于规模化生产的提高型砂强度的方法。钙基膨润土原矿、碳酸钠和聚乙烯醋酸乙酯为原料，加入水和分散剂，制浆体，静置，得除杂质后的悬浮液，分离，得粒度小于5μm的膨润土浆料或悬浮液，过滤、干燥，得提纯的膨润土；在提纯的膨润土中加入钠化剂，搅拌，再揉捏成球团状，烘干，得钠化土；将钠化土与原土混合，得配比好的膨润土；在配比好的膨润土中加入有机添加剂，得用有机添加剂改性的膨润土；将石英砂和用有机添加剂改性的膨润土混砂，再加水湿混，成型后烘干，得已提高强度的型砂产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种型砂的加工方法，尤其是涉及一种提高型砂强度的方法。
背景技术
膨润土的强度通常是指湿压强度、干压强度和热湿拉强度等，膨润土和水砂等的掺合物的粘结性和可塑性一般以湿压强度(湿态抗压强度)、热湿拉强度表示。湿压强度是评价膨润土的湿态粘结能力。
湿压强度、热湿拉强度是铸造工业评价膨润土质量好坏的重要指标之一，蒙脱石含量越高，膨润土的湿态粘结力也越大，湿压强度、热湿拉强度高；同一蒙脱石含量的膨润土膨润值越高，膨润土的湿态粘结力也越大。
从原料自身来看，提高膨润土的湿压强度和热湿拉强度就要从提高蒙脱石含量和膨润土膨润值两方面下手，提高蒙脱石含量可通过提纯来完成(可以采用离心机来离心，但是湿法效率比较低，干法可以实现工业化生产)。原矿土经过提纯，除去杂质可提高蒙脱石含量。提纯的方法有湿法和干法。采取哪种方法可由企业根据成本和质量要求决定。
蒙脱石含量相同的膨润土要提高湿压强度和热湿拉强度就就必须改善其膨润值。我国的膨润土矿山分布较广，各地的品质各异。例如吉林的红火山牌与福建连成膨润土的蒙脱石含量差不多，但其钠化处理后的有效钠化的程度不同，因而性能存在一定的差别。我们采取不同厂家进行了离心机分离，烘干后发现有几个厂家的钠化土上面覆有一层白色的Na2CO3，说明该厂家的膨润土没有完全钠化，而少数厂家的钠化十分彻底。理论上来说天然钠基膨润土和人工钠基膨润土的膨润值都比钙膨润土好。膨润土的膨润值越好，其钠化的程度越好，其失效温度越高，其湿压强度和热湿拉强度越高。
因此钠化是改善膨润土的膨润值最好的方法。人工钠化的途径很多，目前已知的途径有悬浮液法、堆场钠化法、轮辗钠化法、挤压钠化法(大多数厂家都采用的方法)、双螺旋钠化法、超临界处理法、雷蒙磨法等。钠化剂主要是用Na2CO3，最近有关部门通过试验发现，用NaF作钠化剂效果比Na2CO3好的多。用NaF作钠化剂工艺与用Na2CO3基本相同。人工没钠化好的膨润土，其膨润值低，一经加热就与钙膨润土相近。
目前提高膨润土强度主要在三个方面进行改性：
1.调整成品与原矿的配比：将原矿添加量从20％以10％递增，描绘出原矿的添加量与湿压强度的关系曲线图，找到最合适的添加量，该方法的成本比较低，但由于原矿比较硬，需要好的粉粹设备，而且人工磨粉很耗时，因此可能周期会比较长。
2.调整成品与原矿提纯的配比：方法同方案1，需要离心，可能会增大企业的成本，在1提高效果不大的情况下作为备用，可以在1的最佳条件下，用部分的提纯土替代原矿。
3.钠化剂的选择：钠化剂对钠化效果的影响非常大，目前常用的膨润土钠化剂有：碳酸钠，草酸纳，焦磷酸钠，磷酸钠，氢氧化钠等，因此选择一种好的钠化剂，对改性膨润土提高强度有很大影响。
从添加剂方面考虑的话，现在通常分为无机添加剂和有机添加剂两种，其中无机添加剂有：煤粉，木屑，NH4Cl，尿素，磷酸盐，氧化钙，氢氧化钙等。有机添加剂有：羧甲基纤维素钠(CMC)，EVA(聚乙烯醋酸乙烯酯)，树脂(用酚醛或者呋喃型冷硬树脂)，α-淀粉等。而在铸造中比较常用聚丙烯酸钠(无色或浅棕色水溶液)，吉林石见造纸厂也用过亚盐酸纸浆废液(主要成分是木质素磺酸盐)作为辅助粘结剂，理论上来说硅烷偶联剂都可以符合要求，比如氨丙基三乙氧基硅烷，或者是IPTS(异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷)。FS粉理论上有效，目前只知道它含有α-淀粉，其他的一些有机物还不大清楚。
在前人的实验中，在原矿提纯方面在制浆过程中为使碎屑矿物快速沉淀，可以加入分散剂(一般选用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠、磷酸钠等)以提高黏土颗粒的分散性，然后再进行分离。分散剂的浓度不宜过浓(1％左右即可)，用量以膨润土质量的0.5％左右为宜。对于钠化土和原土的配比方面做过一些研究，即将原矿添加量从20％以10％递增，描绘出原矿的添加量与湿压强度的关系图，得到钠化土与原土的最佳配比为65％的钠化土，35％的原土。而钠化剂的选择方面，多用碳酸钠，磷酸钠，发现碳酸钠的效果较好。在添加剂方面，通过对各种无机添加剂和有机添加剂的添加实验进行对比，发现有机添加剂的效果更明显。
公开号为CN1968770的发明专利申请提供一种型砂的压缩方法、双面模板和上下砂箱，向由上下砂箱、双面模板、上下压缩装置构成的上下造型空间内填充型砂后，上下正压板相互靠近对型砂进行压缩的铸模造型装置造型的上下铸模，其上下铸模内表面附近的硬度和强度都不够。为解决相关的问题，在该发明中上下正压板相互靠近对上下造型空间内的型砂进行压缩的同时双面模板的模型部分别向上下正压板一侧行进，对上下造型空间内的型砂进行压缩。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产工艺简单易行，操作方便，产品性能好，适合于规模化生产的提高型砂强度的方法。
本发明的技术方案是先将膨润土进行提纯，选择碳酸钠为钠化剂进行钠化，再与原土进行合理配比，加入适合和适量的添加剂，再将改性好的膨润土添加到型砂中混合。
本发明包括以下步骤：
1)采用钙基膨润土原矿、碳酸钠和聚乙烯醋酸乙酯(EVA)作为原料，加入水和分散剂，搅拌，制作浆体，然后静置，使石英、长石、碳酸盐等砂质矿物自然沉降，得除杂质后的悬浮液；
2)将步骤1)所得的除杂质后的悬浮液分离，分离粒度较细的碎屑矿物，得粒度小于5μm的膨润土浆料或悬浮液，再过滤、干燥，得提纯的膨润土；
3)在步骤2)所得的提纯的膨润土中加入钠化剂，搅拌，再揉捏成球团状，烘干，得钠化土；
4)将步骤3)所得的钠化土与原土混合，得配比好的膨润土；
5)在步骤4)所得的配比好的膨润土中加入有机添加剂，得用有机添加剂改性的膨润土；
6)将石英砂和用有机添加剂改性的膨润土混砂，再加水湿混，成型后烘干，得已提高强度的型砂产品。
在步骤1)中，所述钙基膨润土原矿可破碎至粒径小于5mm的颗粒，加入水的量，按质量比可为原料∶水＝3∶1，所述分散剂可选用质量百分比浓度为1％的六偏磷酸钠，分散剂的用量按质量百分比可为钙基膨润土用量的5％。
在步骤2)中，所述分离可将步骤1)所得的除杂质后的悬浮液经离心沉降机分离，离心速度可为1500r/min，离心时间可为5min，所述粒度较细的碎屑矿物如长石、碳酸盐等。
在步骤3)中，所述钠化剂可采用Na2CO3等，所述加入钠化剂的量可为提纯的膨润土的2％～4.5％，所述烘干的温度可为35℃。
在步骤4)中，所述钠化土与原土的量，按质量百分比，最好为钠化土65％，原土35％。
在步骤5)中，所述有机添加剂可采用聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，有机添加剂的加入量按质量百分比，可为配比好的膨润土的1％～6％。
在步骤6)中，所述石英砂、用有机添加剂改性的膨润土和水的配比，按质量比可为石英砂∶用有机添加剂改性的膨润土∶水＝100∶5∶4；所述成型可采用模具人工加压成型，所述烘干的温度可为100℃。
所得已提高强度的型砂产品可采用三点弯曲法在万能试验机上测试产品的抗弯强度。
与现有的提高膨润土强度的方法相比，本发明具有以下突出优点：选择了最优化的改性膨润土提高型砂强度的方法，在提纯过程中选择了六偏磷酸钠等作为分散剂，并给定了其浓度和添加量，可以大大加快提纯的速度和质量，在钠化过程中选择Na2CO3等作为钠化剂，并确定其加入量范围，对钠化土和原土进行最合理的配比，选择聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)作为添加剂和加入量范围。制得的膨润土湿压强度可达0.25MPa，将改性好的膨润土与型砂混合测得其抗弯强度可达0.27MPa，从而在铸造过程中大大提高型砂的强度和硬度，对冲沙，掉沙及沙孔缺陷等现象有较大的改善，可大大提高铸件的尺寸精度和致密性。
具体实施方式
实施例1
1)采用某地普通钙基膨润土原矿为原料。首先将膨润土原矿破碎至粒径小于5mm的颗粒，以约3∶1的比例加入水，并加入浓度为1％的六偏磷酸钠作为分散剂，用量为膨润土用量的5％搅拌，制作浆体，然后静置12h，使石英、长石、碳酸盐等砂质矿物自然沉降。
2)将步骤1)中自然沉降去杂后的悬浮液再经高速旋转的离心沉降机分离，离心速度为1500r/min，离心时间5min，进一步分离粒度较细的碎屑矿物(长石、碳酸盐等)，得到粒度小于5μm的膨润土浆料或悬浮液，将该液过滤、干燥即可得提纯的膨润土，其中蒙脱石含量为86％，不含长石，石英含量为6％，方英石含量为8％。
3)以Na2CO3为钠化剂，按不同比例加入到步骤2提纯的膨润土中。操作步骤：将Na2CO3溶于水，加入到称量好的提纯的膨润土中，搅拌均匀，用手揉捏使之成球团状，然后将球团放入烘箱中，35℃下烘干，加入Na2CO3的比例为2％。
4)将步骤3中钠化后的土于原土进行混合，比例为钠化土65％，原土35％。
5)将步骤4中配比好的膨润土中加入有机添加剂EVA(聚乙烯醋酸乙烯酯)添加比例为1％。
6)对制得的膨润土进行湿压强度测试，测得的强度为：0.203MPa。
7)取100g石英砂，5g的用1％有机添加剂EVA改性的膨润土混砂，干混2min，加水4ml，湿混8min，用模具人工加压成型后在100℃下烘干，采用三点弯曲法在万能试验机上测试样品的抗弯强度为0.19MPa。
实施例2
原料及工艺过程同实施例1。Na2CO3为钠化剂的加入比例为2.5％，烘箱温度控制在35℃，钠化土与原土的比例为钠化土65％，原土35％，有机添加剂的加入比例为3％，从而测得膨润土的湿压强度为：0.22MPa，将改性好的膨润土与型砂混合从而测得型砂的抗弯强度为0.23MPa。
实施例3
原料及工艺过程同实施例1。Na2CO3为钠化剂的加入比例为3％，烘箱温度控制在35℃，钠化土与原土的比例为钠化土65％，原土35％，有机添加剂的加入比例4％，从而测得膨润土的湿压强度为：0.23MPa，将改性好的膨润土与型砂混合从而测得型砂的抗弯强度为0.24MPa。
实施例4
原料及工艺过程同实施例1。Na2CO3为钠化剂的加入比例为4％，烘箱温度控制在35℃，钠化土与原土的比例为钠化土65％，原土35％，有机添加剂的加入比例5％，从而测得膨润土的湿压强度为：0.25MPa，将改性好的膨润土与型砂混合从而测得型砂的抗弯强度为0.27MPa。
实施例5
原料及工艺过程同实施例1。Na2CO3为钠化剂的加入比例为4.5％，烘箱温度控制在35℃，钠化土与原土的比例为钠化土65％，原土35％，有机添加剂的加入比例6％，从而测得膨润土的湿压强度为：0.22MPa，将改性好的膨润土与型砂混合从而测得型砂的抗弯强度为0.23MPa。
实施例6
原料及工艺过程同实施例1。Na2CO3为钠化剂的加入比例为5％，烘箱温度控制在35℃，钠化土与原土的比例为钠化土65％，原土35％，有机添加剂的加入比例8％，从而测得膨润土的湿压强度为：0.205MPa将改性好的膨润土与型砂混合从而测得型砂的抗弯强度为0.20MPa。
Claims (7)
1.一种提高型砂强度的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)采用钙基膨润土原矿与分散剂和水混合进行搅拌制作浆体，然后静置，使砂质矿物自然沉降，所述砂质矿物为石英、长石、碳酸盐，得除杂质后的悬浮液，所述分散剂选用质量百分比浓度为1％的六偏磷酸钠，分散剂的用量按质量百分比为钙基膨润土用量的5％；
2)将步骤1)所得的除杂质后的悬浮液分离，分离粒度较细的碎屑矿物，得粒度小于5μm的膨润土浆料或悬浮液，再过滤、干燥，得提纯的膨润土；
3)在步骤2)所得的提纯的膨润土中加入钠化剂，搅拌，再揉捏成球团状，烘干，得钠化土，所述钠化剂采用碳酸钠，所述加入钠化剂的量为提纯的膨润土的2％～4.5％；
4)将步骤3)所得的钠化土与钙基膨润土原矿混合，得配比好的膨润土，所述钠化土与钙基膨润土原矿的量，按质量百分比，钠化土65％，钙基膨润土原矿35％；
5)在步骤4)所得的配比好的膨润土中加入有机添加剂，得用有机添加剂改性的膨润土，所述有机添加剂采用聚乙烯醋酸乙烯酯，有机添加剂的加入量按质量百分比，为配比好的膨润土的1％～6％；
6)将石英砂和用有机添加剂改性的膨润土混砂，再加水湿混，成型后烘干，得已提高强度的型砂产品。
2.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤1)中，所述钙基膨润土原矿破碎至粒径小于5mm的颗粒。
3.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤1)中，所述加入水的量，按质量比为原料∶水＝3∶1。
4.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤2)中，所述分离是将步骤1)所得的除杂质后的悬浮液经离心沉降机分离，离心速度为1500r/min，离心时间为5min。
5.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤3)中，所述烘干的温度为35℃。
6.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤6)中，所述石英砂、用有机添加剂改性的膨润土和水的配比，按质量比为石英砂∶用有机添加剂改性的膨润土∶水＝100∶5∶4。
7.如权利要求1所述的一种提高型砂强度的方法，其特征在于在步骤6)中，所述成型采用模具人工加压成型，所述烘干的温度为100℃。
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