CN104826983B - 一种碱性酚醛树脂旧砂及其再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碱性酚醛树脂旧砂再生的方法，包括如下步骤：(1)在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.2‑2％的粉剂，混合均匀后加热至600‑800℃进行热法再生30min‑60min；(2)将热法再生后的旧砂经过筛选，去除再生砂中杂质，即得碱性酚醛树脂再生砂。其中，所述粉剂为高价碳酸盐或者亚硫酸盐。本发明所述粉剂在高温下易分解，能形成其对应的氧化物，这些氧化物加入再生砂中能够提高型芯的强度，且显著提高再生效果，经过处理后的再生砂在酸耗值、pH值、酌烧减量等有明显降低，再生砂能够替代原砂满足制热芯和冷芯的条件，本发明提高了再生砂的品质，降低旧砂对环境的污染，以及节约铸造企业造型材料的成本具有重要意义。

Description

一种碱性酚醛树脂旧砂及其再生方法

技术领域

本发明属于材料再生领域，涉及旧砂再生，具体涉及一种碱性酚醛树脂旧砂及其再生方法。

背景技术

碱性酚醛树脂旧砂的特点与酯硬化水玻璃旧砂一样，一直被认为是再生回用难度较大的旧砂，且至今未得到较好解决，因为：Ⅰ酯硬化碱性酚醛树脂旧砂砂粒表面上的树脂膜在常温下具有一定韧性，特别是其中含水量>1.0％时，很难用干法机械再生获得较理想的再生效果；Ⅱ.酯硬化碱性酚醛树脂旧砂砂粒表面上树脂膜中残留一定量有机酯，可使再生砂可使用时间缩短，粘结强度下降，型砂工艺性能恶化Ⅲ.酯硬化碱性酚醛树脂旧砂砂粒表面上树脂膜中残留有少量钾或钠，这种无机物很难用一般的高温(800～900℃)热法再生工艺将其全部除去残留钾存在于再生砂中,会严重降低再生砂粘结强度和抗湿能力。因此，酯硬化碱性酚醛树脂旧砂的再生主要是去除残留在树脂膜中的有机酯、钾和钠。当前对于碱性酚醛树脂旧砂的方法主要是，湿法再生，干法再生，热法再生，化学再生，现有的现有的这四种方法各有特点，但是很难得到理想的再生效果。

如湿法再生主要利用存在于树脂膜中的有机酯和氢氧化钾具有可溶于水的特点，将其通过水洗使之去除的一种再生方法。见该法具有较好的再生效果，再生砂的质量近新砂水平。但这种方法存在能源消耗大、占地面积大、污水处理费用大和设备一次性投资大等缺点，故此法应用较少。

干法再生是一种利用机械力脱去旧砂砂粒表面上树脂膜的再生方法。试验发现，多级高速磨擦再生能够很好的去除残留树脂膜以及有机酯和钾和钠，使再生的性能与新砂接近，但多次高速摩擦使砂子不断变细，使其型芯砂强度，透气性及砂子耐火度不断的下降，最终无法使用。

热法再生是通过焙烧炉将旧砂加热到一定高温，以分解或烧掉旧砂砂粒表面的有机物。高温加热可有效去除酯硬化碱性酚醛树脂旧砂砂粒表面的树脂膜、残留酯等有机成分，明显改善再生砂粘结性能，但对于无机成分钾、钠，不但无法去除，还使钾、钠与砂粒表面结合的更为牢固，原因在于：在高温下，钾、钠会与硅砂发生化学反应，对硅砂表面产生侵蚀，从而与砂粒表面结合得更加牢固。因此，单一的热法再生也不适合酯硬化碱性酚醛树脂旧砂的再生。

化学再生法是向碱性酚醛树脂旧砂中加入某种能与其中的残留钾进行化学反应，形成不溶于水的物质，从而去除残留钾的一种方法。然而加入附加物并不能除去树脂膜及残留酯，同时加入这种附加物具有一定的酸性，长期使用会腐蚀设备，同时对人体健康造成危害。因此这种化学再生的方法很难得到推广。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种化学再生与热法再生相结合的方法处理碱性酚醛树脂旧砂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.2-2％的粉剂，混合均匀后加热至600-800℃进行热法再生30min-60min；

(2)将热法再生后的旧砂经过筛选，去除再生砂中杂质，即得碱性酚醛树脂再生砂。

本发明所述的方法，其中，所述粉剂为高价碳酸盐或者亚硫酸盐。

优选地，所述高价碳酸盐选自碳酸钡、碳酸镁或碳酸钙中的一种或多种，优选碳酸钙；所述亚硫酸盐选自亚硫酸钡、亚硫酸镁或亚硫酸钙中的一种或多种。

优选地，所述粉剂为400-800目，在该粒径范围内，与碱性酚醛树脂旧砂能够更充分地混合以实现理想热法再生。

本发明所述碱性酚醛树脂旧砂是指有机酯硬化的碱性酚醛树脂旧砂，具体为已知的以碱性酚醛树脂为粘结剂以多元有机酯为固化剂的自硬砂。其中，常用的多元有机酯为乙二醇二醋酸酯，乙二醇一醋酸酯、二乙二醇醋酸酯、二乙二醇丙酸酯、三乙二醇醋酸酯、三丙酸甘油酯、三醋酸甘油酯、y－丁内酯中一种或几种复配物，按照其使用条件可以合理的进行配伍即可。

碱性酚醛树脂砂主要用于大型铸铁铸钢件，本发明所述碱性酚醛树脂旧砂是指浇铸以后的残留体，其特点是砂子表面覆有少量的树脂膜，砂子与砂子之间以树脂膜相接，因此碱性树脂旧砂多为块状，并且残留强度较高，再生难度高。

此外，由于碱性酚醛树脂合成过程中选用的催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠，因此树脂中残留有钾和钠等元素，利用有机酯固化的碱性酚醛树脂制造的壳型或者壳芯，经过浇铸，旧砂依然残留有钾和钠等元素，单一的旧砂再生方式很难去除钾和钠，因此碱性酚醛树脂旧砂再生一直都是个难题。

本发明所述的方法，步骤(1)优选具体为：在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.5-1％的粉剂，混合均匀后加热至650-750℃进行热法再生40min-50min。

本发明所述的方法，步骤(2)优选具体为将热法再生后的旧砂冷却至常温，然后过16目筛除去大颗粒渣质，过140目筛除去细小砂粒最后风选除尘即得。

本发明所述粉剂通常显中性或者弱碱性对设备危害性小，在高温下易分解，能形成其对应的氧化物，这些氧化物通常为碱性氧化物，具有碱性，再生砂中使再生砂的酸耗值及pH值提高，但这些粉剂的加入能够降低再生中的危害物钾和钠，从而能够提高型芯的强度，同时显著提高再生效果，经过处理后的再生砂酸耗值、pH值、酌烧减量及再生砂表面吸附物含量相比单一的热法再生等有明显降低。本发明通过简单易行的处理即可意外地显著提高再生砂的品质，降低旧砂对环境的污染，以及节约铸造企业造型材料的成本，具有重要经济及环保意义。

本发明的第二目的在于保护上述方法制备得到的碱性酚醛树脂再生砂，这种再生砂具有(1)再生砂表面钾含量低(1.64-3.23％)利于提高再生的强度和耐热性能；(2)加入添加剂后砂粒表面还能吸附一定量的其他元素(如钙)，有利于提高再生砂制备的自硬砂强度，完全满足二次使用要求。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

实施例1

本实施例涉及对碱性酚醛树脂旧砂的再生，再生方法包括如下步骤：

(1)在碱性酚醛树脂旧砂(以液态碱性酚醛树脂为粘结剂，二乙二醇醋酸酯固化剂得到的自硬砂)中混入质量为其1％的粉剂碳酸钙，混合均匀后加热至750℃进行热法再生40min；

(2)将热法再生后的旧砂冷却至常温，然后过16目筛除去大颗粒渣质，过140目筛除去细小砂粒最后风选除尘，即得碱性酚醛树脂再生砂。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为碳酸镁，加热温度为650℃，热处理时间为50min。

实施例3

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为碳酸钡，加热温度为800℃，热处理时间为30min。

实施例4

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸镁，加热温度为600℃，热处理时间为60min。

实施例5

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸钡，加热温度为780℃，热处理时间为40min。

实施例6

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸钙，加热温度为700℃，热处理时间为45min。

实施例7

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸钙，加入量为0.2％，加热温度为720℃，热处理时间为49min。

实施例8

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸镁，加入量为2％，加热温度为750℃，热处理时间为40min。

实施例9

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述粉剂为亚硫酸镁，加入量为1.2％，加热温度为780℃，热处理时间为55min。

对照组1

与实施例1相比，区别点仅在于：

本实施例所述方法中，处理对象不同，为已知的三乙胺固化聚异氰酸酯旧砂(可市购得到)。

对照组2

与实施例1相比，区别点仅在于：

本实施例所述方法中，不加入任何粉剂，直接按如下常规方法进行再生处理：

(1)将碱性酚醛树脂旧砂加热至750℃进行热法再生40min；

(2)将热法再生后的旧砂冷却至常温，然后过16目筛除去大颗粒渣质，过140目筛除去细小砂粒最后风选除尘，即得对照组2碱性酚醛树脂再生砂。

对照组3

与实施例1相比，区别点仅在于：

本实施例所述方法中，加入的粉剂为硫酸铝，加入量为旧砂质量的1％。

对照组4

与实施例1相比，区别点仅在于：采用单一的热法再生处理，具体的处理条件为800℃烧制45min

实验例1

实验对象：

(1)原砂：该原砂为碱性酚醛树脂旧砂(实施例1-9的原料)；

(2)实施例1-9得到的碱性酚醛树脂再生砂；

(3)对照组1-4分别得到的再生砂。

以上述样品为对象，按本领域常规的已知方法进行粒度、pH、酌减、酸耗值和表面吸附物组成进行检测对比，结果见表1：

表1

种类	粒度	pH	灼减	酸耗值	表面吸附物组成
						原砂	30/50	10.7	2.2％	30.82	K 14.6％，Si 30.21％，Na 3.81％
实施例1	30/50	9.8	0.007	31.2	K 1.64％，Si 39.02％，Na 1.17％，Ca 12.96％
						实施例2	30/50	10.3	0.005	34.3	K 2.89％，Si 39.02％，Na 0.17％，Mg 10.56％
实施例3	30/50	10.8	0.004	32.5	K 3.23％，Si 39.02％，Na 1.03％，Ba 12.75％

实施例4	30/50	10.6	0.008	32.9	K 2.75％，Si 39.02％，Na 1.17％，Mg 12.96％
						实施例5	30/50	11.0	0.006	33.8	K 2.49％，Si 39.02％，Na 0.17％，Ba 10.56％
实施例6	30/50	10.2	0.007	30.02	K 2.33％，Si 39.02％，Na 1.03％，Ca 11.75％
						实施例7	30/50	10.3	0.003	32.2	K 1.74％，Si 38.09％，Na 1.09％，Ca 13.96％
实施例8	30/50	11.2	0.004	45.8	K 1.74％，Si 37.02％，Na 0.17％，Mg 29.96％
						实施例9	30/50	10.8	0.003	31.9	K 2.64％，Si 36.02％，Na 1.17％，Mg 19.75％
对照组1	30/50	11.0	0.002	35.2	K 12.6％，Si 33.46％，Na 1.49％
						对照组2	30/50	11.1	0.002	37.5	K 13.6％，Si 31.21％，Na 2.11％
对照组3	30/50	12.0	0.003	39.20	K 12.8％，Si 32.21％，Na 1.86％
						对照组4	30/50	13.5	0.005	35.20	K 16.6％，Si 30.21％，Na 3.41％

上述表1的数据说明再生砂能够替代原砂满足制热芯和冷芯的条件，可见单一的热法再生中表面吸附物、钾和钠的含量明显的高于本发明热法与化学结合的方法，说明加入粉剂以后去除钾和钠的效果明显，对于再生有利，且本发明选用的粉剂效果最为理想。

实验例2

对上述试验对象(实施例1-6所述碱性酚醛树脂再生砂及对照组1-4分别得到的再生砂)按本领域常规的已知方法进行砂强度检测，结果详见表2。

表2

从表2可以明显的看出加入粉剂后再生砂的强度明显高于单一热法再生，能够满足使用要求。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种碱性酚醛树脂旧砂再生的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.2-2％的粉剂，混合均匀后加热至600-800℃进行热法再生30min-60min；所述粉剂为高价碳酸盐或者亚硫酸盐；所述高价碳酸盐选自碳酸钡、碳酸镁或碳酸钙中的一种或多种；所述亚硫酸盐选自亚硫酸钡、亚硫酸镁或亚硫酸钙中的一种或多种；

(2)将热法再生后的旧砂冷却至常温，然后过16目筛除去大颗粒渣质，过140目筛除去细小砂粒最后风选除尘即得碱性酚醛树脂再生砂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高价碳酸盐为碳酸钙。

3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述粉剂为400-800目。

4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述碱性酚醛树脂旧砂是指以碱性酚醛树脂为粘结剂以多元有机酯为固化剂的自硬砂。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碱性酚醛树脂旧砂是指以碱性酚醛树脂为粘结剂以多元有机酯为固化剂的自硬砂。

6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.5-1％的粉剂，混合均匀后加热至650-750℃进行热法再生40min-50min。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.5-1％的粉剂，混合均匀后加热至650-750℃进行热法再生40min-50min。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：在碱性酚醛树脂旧砂中混入质量为其0.5-1％的粉剂，混合均匀后加热至650-750℃进行热法再生40min-50min。

9.权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的碱性酚醛树脂再生砂。