CN106807883A - 一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法 - Google Patents

一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水玻璃旧砂再生技术领域，并公开了一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法。该方法包括下列步骤：将初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中，二者混合后超声处理1～30分钟得到砂水混合物，将该砂水混合物脱水至含水率不高于4％，得到初步再生砂和废碱溶液，将该初步再生砂加入水中，并重复混合，超声处理和脱水过程，直至再生砂中氧化钠含量不高于0.05％，由此实现所述水玻璃旧砂的再生。通过本发明，得到的再生砂脱膜率高(超过95％)、性能好，并且耗水量少、可减少污水量、降低污水处理成本。

Description

一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法
技术领域
本发明属于水玻璃旧砂再生技术领域，更具体地，涉及一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法。
背景技术
水玻璃砂无毒无味、强度高、成本低、流动性好，在我国被广泛应用于生产铸钢件，作为铸造大国，我国每年产生的水玻璃旧砂达数百万吨，目前，水玻璃旧砂除部分用作建材和再生回用外，多数被填埋，既浪费硅砂资源，又会污染环境，2013年颁布的《铸造行业准入条件》，要求水玻璃旧砂的回用率不低于60％，因此，水玻璃旧砂的再生回用，已势在必行；水玻璃旧砂的再生回用是指将水玻璃旧砂块进行破碎后，去除旧砂砂粒表面的残留粘结剂及盐类等杂质，使之恢复接近新砂的物理和化学性能，并代替新砂使用。水玻璃旧砂再生的主要方法包括干法再生和湿法再生。
干法再生是靠旧砂与设备部件间或旧砂与旧砂间的碰撞、挤压和摩擦使旧砂表面的残留粘结剂与盐类等杂质脱落，再经除尘工序与再生砂分离。由于砂粒形状不规则、表面不平整等原因，旧砂表面的残留粘结剂与盐类等杂质在机械作用下难以充分脱落和分离。因此干法再生脱膜率低，再生砂可用性差，通常只能做背砂(或填充砂)使用，不能真正实现再生回用；湿法再生是利用水来溶解砂粒表面残留的粘结剂和盐类等杂质，然后通过砂水分离使溶解在水中的粘结剂和盐类随水与砂分离。湿法再生脱膜率可达80～90％，再生砂质量好，可直接代替新砂使用，真正实现再生回用。目前，湿法再生存在成本高、耗水量大、废水处理困难等问题需要解决。
CN101462731B公开了一种水玻璃旧砂的回收再利用方法，该方法将水玻璃旧砂装入漏斗状容器，然后加水淹没砂，浸泡2～4小时后将水从漏斗底部排出，最后将容器内的水玻璃砂放出，烘干，由于旧砂表面的残留粘结剂溶解十分缓慢，浸泡4小时只能部分溶解，同时，该方法不能充分排出污水，残留污水中的粘结剂成分在烘干后仍然残留在砂的表面，因此，该方法的实际脱膜率较低；CN102527929A公开了一种蒸淋再生水玻璃旧砂的方法，该方法将水玻璃旧砂放置在封闭或半封闭的容器中，然后通入100℃及以上高温水蒸气对旧砂进行蒸淋，蒸淋时间在15min以上，之后将处理液从容器底部滤出，然后将水玻璃砂取出，干燥，由于采用高温蒸汽，该方法需消耗大量能量，因此成本过高；CN104399876A公开了一种采用超声技术再生水玻璃旧砂的方法，该方法将水玻璃旧砂放入配制好的氢氧化钠溶液中，浸泡2～48小时后将水玻璃砂分离，浸渍后的水玻璃砂放置在清水(砂水比1:1～5)或质量浓度为0～20％的碱液(砂水比1:1～3)中，使用频率为20kHz～200kHz的超声波超声处理5～60分钟，超声后的水玻璃砂与废液过滤分离，得到水玻璃砂和含有废渣的废液，水玻璃砂经洗涤后烘干，得到脱膜率不低于95％的再生砂。该方法需较长时间浸泡(大于2h)，超声处理时用水量大，在碱液中浸泡过的砂需要用大量洗涤水才能洗净，用过的洗涤水会变成碱液，难以循环使用，因此会排出大量强碱性污水，污水处理难度大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法，通过超声促溶和废碱溶液回用，在保证高脱膜率的条件下降低了用水量，由此解决湿法再生水玻璃旧砂时污水排放量大及处理困难的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)将初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中混合,然后超声处理1～30分钟得到砂水混合物；
(b)将所述砂水混合物脱水至其含水率不高于4％，得到初步再生砂和废碱溶液，测量该初步再生砂中氧化钠质量分数；
(b1)当所述氧化钠质量分数高于0.05％时，将所述初步再生砂加入水中，重复所述混合、超声处理和脱水；
(b2)当所述氧化钠质量分数不高于0.05％时，得到湿再生砂；
(c)将所述湿再生砂干燥，由此实现水玻璃旧砂再生。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中混合的质量比优选采用1:0.25～0.4。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述超声处理的超声波频率优选采用15kHz～350kHz。
进一步优选地，在步骤(b)中,所述脱水优选采用离心脱水或气压脱水。
进一步优选地，在步骤(b1)中,所述初步再生砂加入水中时二者的质量比优选采用1：0.2～0.35。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述碱溶液优选采用回收的废碱溶液，该回收的废碱溶液是在所述水玻璃旧砂再生过程中最后一次或两次脱水得到的所述废碱溶液。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过采用超声促进水玻璃旧砂表面的残留粘结剂溶解，使溶解更加充分，且通过后续的脱水过程使粘结剂成分更彻底地排出，从而提高实际脱膜率到95％以上，同时，在超声过程中未采用高温，不需要高能量，降低了再生成本；
2、本发明采用将水玻璃旧砂与水混合，该过程中水的比例均小于1，使得整个过程中的耗水量降低，每吨旧砂耗清水量可少于1吨，同时，混合过程中采用水未采用强碱溶液，减少了强碱性污水的排放；
3、本发明采用将最后一次或两次脱水时排出的废碱溶液回收利用，实现了部分废碱溶液的循环使用，减少了废碱溶液的排放，同时也降低了废碱溶液处理的难度和湿法再生的成本；
4、本发明提供的制备方法整体工艺简单、成本低廉，反应过程便于质量控制，所得到的水玻璃旧砂的脱膜率高，适用于大批量的工业化生产。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的水玻璃旧砂再生方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的水玻璃旧砂再生方法流程图，该方法具体包括下列步骤：
(a)将初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中混合,然后超声处理1～30分钟得到砂水混合物；
(b)将所述砂水混合物脱水至其含水率不高于4％，得到初步再生砂和废碱溶液，测量该初步再生砂中氧化钠质量分数；
(b1)当所述氧化钠质量分数高于0.05％时，将所述初步再生砂加入水中，重复所述混合、超声处理和脱水；
(b2)当所述氧化钠质量分数不高于0.05％时，得到湿再生砂；
(c)将所述湿再生砂干燥，由此实现水玻璃旧砂再生。
下面将参照图1的流程图，并结合以下多个实施例来具体进一步说明本发明。
实施例1
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的水(砂水质量比1:0.25)中并混合，用频率为15kHz的超声波处理30分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.25)中，用频率为15kHz的超声波处理30分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.2)中，用频率为15kHz的超声波处理10分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(4)将脱水后的湿砂(三次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.2)中，用频率为15kHz的超声波处理5分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(5)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.9吨，脱膜率为95.8％。
实施例2
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的废碱液(实施例1步骤3和4，砂水质量比1：0.4)中并混合，用频率为20kHz的超声波处理30分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.35)中，用频率为20kHz的超声波处理15分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.3)中，用频率为20kHz的超声波处理5分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(4)将脱水后的湿砂(三次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.3)中，用频率为20kHz的超声波处理1分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(5)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.95吨，脱膜率为98.9％。
实施例3
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的废碱液(实施例2步骤4，砂水质量比1：0.3)中并混合，用频率为28kHz的超声波处理25分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.25)中，用频率为28kHz的超声波处理20分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.25)中，用频率为28kHz的超声波处理10分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(4)将脱水后的湿砂(三次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.2)中，用频率为28kHz的超声波处理1分钟，气压脱水至湿砂含水率4％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(5)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.7吨，脱膜率为97.1％。
实施例4
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的废碱液(实施例3步骤3和4，砂水质量比1：0.35)中并混合，用频率为40kHz的超声波处理30分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.35)中，用频率为40kHz的超声波处理5分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.35)中，用频率为40kHz的超声波处理1分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(4)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.7吨，脱膜率为95.7％。
实施例5
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的废碱液(实施例4步骤3，砂水质量比1：0.35)中并混合，用频率为200kHz的超声波处理30分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.35)中，用频率为200kHz的超声波处理30分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.3)中，用频率为200kHz的超声波处理15分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(4)将脱水后的湿砂(三次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.25)中，用频率为200kHz的超声波处理5分钟，气压脱水至湿砂含水率3.5％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(5)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.9吨，脱膜率为98.2％。
实施例6
(1)将水玻璃旧砂加入一定质量的废碱液(实施例5步骤3和4，砂水质量比1：0.35)中并混合，用频率为350kHz的超声波处理30分钟，离心脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(2)将脱水后的湿砂(初步再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.3)中，用频率为350kHz的超声波处理30分钟，气压脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(3)将脱水后的湿砂(二次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.25)中，用频率为350kHz的超声波处理10分钟，气压脱水至湿砂含水率3％，测其氧化钠含量，高于0.05％，继续处理；
(4)将脱水后的湿砂(三次再生砂)加入一定质量的水(砂水质量比1：0.2)中，用频率为350kHz的超声波处理1分钟，离心脱水至湿砂含水率4％，测其氧化钠含量，低于0.05％，停止处理；
(5)将湿再生砂干燥待用。
每吨砂消耗清水0.75吨，脱膜率为97.8％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声波湿法再生水玻璃旧砂的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)将初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中混合,然后超声处理1～30分钟得到砂水混合物；
(b)将所述砂水混合物脱水至其含水率不高于4％，得到初步再生砂和废碱溶液，测量该初步再生砂中氧化钠质量分数；
(b1)当所述氧化钠质量分数高于0.05％时，将所述初步再生砂加入水中，重复所述混合、超声处理和脱水；
(b2)当所述氧化钠质量分数不高于0.05％时，得到湿再生砂；
(c)将所述湿再生砂干燥，由此实现水玻璃旧砂再生。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于,在步骤(a)中，所述初始的水玻璃旧砂加入水或碱溶液中混合的质量比优选采用1:0.25～0.4。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于,在步骤(a)中，所述超声处理的超声波频率优选采用15kHz～350kHz。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于,在步骤(b)中,所述脱水优选采用离心脱水或气压脱水。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于,在步骤(b1)中,所述初步再生砂加入水中时二者的质量比优选采用1：0.2～0.35。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于,在步骤(a)中，所述碱溶液优选采用回收的废碱溶液，该回收的废碱溶液是在所述水玻璃旧砂再生过程中最后一次或两次脱水得到的所述废碱溶液。
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