CN108299794A - 一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法及制得的井盖 - Google Patents

一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法及制得的井盖 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用铸铁铸造废弃物制备井盖的方法及制得的井盖。该井盖由以下重量份的原料制得：砂砾状铸铁铸造废弃物10‑20份、颗粒状铸铁铸造废弃物5‑10份、盐酸2‑4份、水3‑5份、增塑剂2‑4份、石膏3‑5份、环氧树脂25‑45份、聚酰胺树脂8‑12份、顺丁橡胶10‑12份、水杨酸苯酯4‑10份、水泥2‑10份、纳米陶瓷颗粒8‑15份、甲基对苯二酚2‑8份。本发明采用铸铁铸造废弃物为主要原料，实现了铸造废渣、废砂、废尘的有效利用；利用盐酸与铸铁铸造废弃物中的铁元素进行反应，使得制成的井盖能够在使用过程中产生絮凝物对水体进行絮凝，对水质具有一定的絮凝净化作用，利于对污水进行初步的净化。

Description

一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法及制得的井盖
技术领域
本发明涉及铸造废弃物再利用领域，尤其涉及一种利用铸铁铸造废弃物制备井盖的方法及制得的井盖。
背景技术
铸造是一种采用多种原辅材料投入并经过冶金熔炼的极其复杂的生产工艺流程，铸造可以分为炉后备料、熔炼、球化孕育处理、砂处理、制芯、造型、浇注、落砂、清理、热处理及生产过程与铸件成品的检验等11个结构部分，在铸造过程中，会产生大量的废弃物，主要是废砂、废渣、废尘、废气，包括砂型铸造产生的废砂、废弃模具以及铸造环境中收集的废尘。目前，对于铸造废弃物的再利用一直是人们很关注的课题，现有的废砂处理方法通常是净化处理后重新利用或制成建筑材料，废渣通常用作筑路材料或直接填埋，废尘通常用作水泥厂和造沙厂的二次原料，而这些处理方法尚不能实现废砂、废渣和废尘的高效利用，不仅浪费了资源，而且污染了环境。
井盖作为城市建设中必不可少的基础设施之一，多为金属材料，形状为方形或圆形，井盖上也通常设置有排水孔。由于井盖为金属材质，有被偷盗的事件发生；同时井盖上开设的排水孔，会出现儿童或宠物的腿脚掉入以及一些小物件的掉入事件，存在安全隐患，给人们带来不便。
发明内容
本发明的目的就是提供一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法及由此制得的井盖，以实现对铸铁铸造废弃物的再利用，并制备出具有无孔结构、有较高透水性的井盖。
本发明的技术方案为：
一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，包括以下步骤：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在40-60℃之间，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护10-15天，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物10-20份、盐酸2-4份、水3-5份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物5-10份、增塑剂2-4份、石膏3-5份、环氧树脂25-45份、聚酰胺树脂8-12份、顺丁橡胶10-12份、水杨酸苯酯4-10份、水泥2-10份、纳米陶瓷颗粒8-15份、甲基对苯二酚2-8份。
进一步的，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm。
进一步的，盐酸的质量分数为36-40％。
进一步的，水泥为矿渣硅酸盐水泥。
进一步的，步骤(3)中搅拌转速为2800-3200r/h，搅拌时间为5-10h，搅拌温度为60-80℃，密闭容器的真空度为-80至-70KPa。
进一步的，步骤(4)中压制压力为50-55KN。
进一步的，步骤(5)中的养护温度为20-26℃，相对湿度为65％-75％。
本发明还提供一种利用上述方法制备而成的井盖。
由本发明方法制得的井盖的透水系数在0.6-0.8cm/s之间。
本发明的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，具有以下有益效果：
(1)本发明的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法中，采用铸铁铸造废弃物为主要原料，实现了铸造废渣、废砂、废尘的有效利用，既节约了资源，又避免了铸造废弃物堆积造成的环境污染；利用盐酸与铸铁铸造废弃物中的铁元素进行反应，生成易水解的氯化铁，使得制成的井盖能够在透水过程中产生絮凝物对水体进行絮凝，对水质具有一定的絮凝净化作用，利于对污水进行初步的净化；同时井盖内部铁元素能够在自然条件下生成疏松的氧化物，从而提高井盖的透气性，有利于透水效果的保持；环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶和水杨酸苯酯的加入可提高井盖的强度及弹性；纳米陶瓷颗粒的加入也可提高井盖的强度；甲基对苯二酚作为树脂的稳定剂，可提高反应过程的稳定性；石膏本身具有的微孔结构可提高井盖的透气性和透水性。
(2)本发明的利用铸铁铸造废弃物制造的井盖，透水系数在0.6-0.8cm/s之间，抗压强度在60-80MPa之间，由于透水性能良好，所以无需设计排水孔，因此这种无孔结构，解决了传统井盖夹卡或漏掉小物件的问题；同时本发明制造的井盖采用铸造废弃物为主要原料，制造成本低、制造工艺简单，可广泛应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，包括以下步骤：(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物；(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在40-60℃之间，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件；(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护10-15天，得到成品井盖；其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物10-20份、盐酸2-4份、水3-5份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物5-10份、增塑剂2-4份、石膏3-5份、环氧树脂25-45份、聚酰胺树脂8-12份、顺丁橡胶10-12份、水杨酸苯酯4-10份、水泥2-10份、纳米陶瓷颗粒8-15份、甲基对苯二酚2-8份。
本发明的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法中，采用铸铁铸造废弃物为主要原料，其中铸铁铸造废弃物包括砂型铸造产生的废砂、废弃模具以及铸造环境中收集的废尘，实现了铸造废渣、废砂、废尘的有效利用，既节约了资源又避免了铸造废弃物堆积造成的环境污染；利用盐酸与铸铁铸造废弃物中的铁元素进行反应，生成易水解的氯化铁，使得制成的井盖能够在透水过程中产生絮凝物对水体进行絮凝，对水质具有一定的絮凝净化作用，利于对污水进行初步的净化；同时井盖内部铁元素能够在自然条件下生成疏松的氧化物，从而提高井盖的透气性，有利于透水效果的保持；环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶和水杨酸苯酯的加入可提高井盖的强度及弹性；纳米陶瓷颗粒的加入也可提高井盖的强度；甲基对苯二酚作为树脂的稳定剂，可提高反应过程的稳定性；石膏本身具有的微孔结构可提高井盖的透气性和透水性。
具体的，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，便于后续的混合均匀；颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm，用于内部颗粒物的补充，来提高产品的强度。
具体的，盐酸的质量分数为36-40％。通过盐酸与铸铁铸造废弃物中的铁元素进行反应，来生成易水解的氯化铁，同时产生的气体使得混合物中间存在孔隙，即能够达到提高产品孔隙率进一步增强透水效果的目的。
具体的，增塑剂可根据需要选用本领域公知的各种增塑剂，优选的增塑剂为苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、环氧类、柠檬酸酯类增塑剂中的一种或几种。水泥可根据需要选用本领域公知的各种水泥，优选为矿渣硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。在井盖制备过程中，通过水泥的加入利用各原料之间的粘结、混合，利用提高井盖的强度。
具体的，步骤(3)中搅拌转速为2800-3200r/h，搅拌时间为5-10h，搅拌温度为60-80℃，密闭容器的真空度为-80至-70KPa。减压搅拌，可使各原料之间混合均匀，提高了混合效果。
具体的，步骤(4)中压制压力为50-55KN，保证制备出的井盖具有足够的强度。另外，还可以根据需要通过不同的模具压制出各种不同形状的井盖坯件。
具体的，步骤(5)中的养护温度为20-26℃，相对湿度为65％-75％，可保证井盖完成水化作用而凝结硬化，提高井盖的强度。
通过上述方法制备得到的井盖，透水系数在0.6-0.8cm/s之间。这种井盖由于透水性能优良，所以无需单独设计排水孔，因此解决了传统井盖夹卡或漏掉小物件的问题。同时由于利用铸铁铸造废弃物制成，因此制造成本大大降低。
以下将通过具体实施例对本发明利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法及由此制得的井盖进行进一步说明。
实施例1
本实施例中利用铸铁铸造废弃物制造的井盖，通过如下步骤制备：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物，其中，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与质量分数为36％的盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在40℃，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、苯二甲酸酯类增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、矿渣硅酸盐水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，其中搅拌转速为2800r/h，搅拌时间为5h，搅拌温度为60℃，密闭容器的真空度为-80KPa，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件，压制压力为50KN；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护10天，养护条件为养护温度20℃，相对湿度65％，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物10份、盐酸2份、水3份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物5份、苯二甲酸酯类增塑剂2份、石膏3份、环氧树脂25份、聚酰胺树脂8份、顺丁橡胶10份、水杨酸苯酯4份、矿渣硅酸盐水泥2份、纳米陶瓷颗粒8份、甲基对苯二酚2份。
由本实施例方法制得的井盖，测得透水系数为0.6cm/s。
实施例2
本实施例中利用铸铁铸造废弃物制造的井盖，通过如下步骤制备：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物，其中，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与质量分数为40％的盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在60℃，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、环氧类增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、矿渣硅酸盐水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，其中搅拌转速为3200r/h，搅拌时间为10h，搅拌温度为80℃，密闭容器的真空度为-70KPa，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件，压制压力为55KN；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护15天，养护条件为养护温度26℃，相对湿度75％，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物20份、盐酸4份、水5份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物10份、环氧类增塑剂4份、石膏5份、环氧树脂45份、聚酰胺树脂12份、顺丁橡胶12份、水杨酸苯酯10份、矿渣硅酸盐水泥10份、纳米陶瓷颗粒15份、甲基对苯二酚8份。
由本实施例方法制得的井盖，测得透水系数为0.8cm/s。
实施例3
本实施例中利用铸铁铸造废弃物制造的井盖，通过如下步骤制备：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物，其中，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与质量分数为38％的盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在50℃，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、脂肪族二元酸酯类增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、矿渣硅酸盐水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，其中搅拌转速为3000r/h，搅拌时间为8h，搅拌温度为70℃，密闭容器的真空度为-75KPa，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件，压制压力为52KN；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护12天，养护条件为养护温度23℃，相对湿度75％，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物15份、盐酸3份、水4份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物8份、脂肪族二元酸酯类增塑剂3份、石膏4份、环氧树脂30份、聚酰胺树脂10份、顺丁橡胶12份、水杨酸苯酯8份、矿渣硅酸盐水泥6份、纳米陶瓷颗粒10份、甲基对苯二酚5份。
由本实施例方法制得的井盖，测得透水系数为0.6cm/s。
实施例4
本实施例中利用铸铁铸造废弃物制造的井盖，通过如下步骤制备：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物，其中，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与质量分数为36％的盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在55℃，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、柠檬酸酯类增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、矿渣硅酸盐水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，其中搅拌转速为3200r/h，搅拌时间为10h，搅拌温度为70℃，密闭容器的真空度为-80KPa，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件，压制压力为55KN；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护12天，养护条件为养护温度26℃，相对湿度75％，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物20份、盐酸4份、水5份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物10份、柠檬酸酯类增塑剂3份、石膏4份、环氧树脂30份、聚酰胺树脂12份、顺丁橡胶10份、水杨酸苯酯6份、矿渣硅酸盐水泥10份、纳米陶瓷颗粒15份、甲基对苯二酚8份。
由本实施例方法制得的井盖，测得透水系数为0.7cm/s。
将实施例1-4中制得的井盖进行抗压性能检测，结果如表1所示。
表1井盖抗压强度检测结果
组分 抗压强度(MPa)
实施例1 78
实施例2 62
实施例3 69
实施例4 74
由表1及各实施例可知，本发明利用铸铁铸造废弃物制造的井盖的抗压强度在60-80MPa之间，透水系数在0.6-0.8cm/s之间，与市面上常用的金属格栅状井盖相比，具有良好的透水性，无需再设计排水孔，因此增加了井盖的安全系数；同时，非金属材质的设计，不仅制造成本大大降低，而且使得井盖具有质轻的特点，并减少了井盖被偷盗的风险。通过铸铁铸造废弃物中的铁元素形成的氢氧化铁胶体可实现对水质的絮凝净化作用，达到对通过井盖排入下水管道的污水的初步净化。另一方面，采用铸造废弃物制备井盖，使铸造产生的废渣、废砂、废尘得到了有效利用，为铸造废弃物资源再利用提供了一条有效的新途径，达到了节约资源和保护环境的双重目的。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铸铁铸造废弃物进行粉碎处理，之后筛分得到颗粒状铸铁铸造废弃物和砂砾状铸铁铸造废弃物；
(2)将砂砾状铸铁铸造废弃物与盐酸和水置于反应容器中混合，并通过搅拌器进行搅拌，反应过程中利用水冷装置对反应容器进行降温，保持反应温度在40-60℃之间，得到部分铁化合物生成氯化铁的混合物；
(3)将颗粒状铸铁铸造废弃物、增塑剂、石膏、环氧树脂、聚酰胺树脂、顺丁橡胶、水杨酸苯酯、水泥、纳米陶瓷颗粒、甲基对苯二酚加入到步骤(2)中得到的混合物中，在密闭容器中采用减压搅拌混合，并配合超声波震动实现物质的均匀混合，得到熔融状态的原料；
(4)将步骤(3)中得到的熔融状态的原料压制成井盖坯件；
(5)对步骤(4)中得到的井盖坯件养护10-15天，得到成品井盖；
其中，步骤(2)中各原料按如下重量份混合：砂砾状铸铁铸造废弃物10-20份、盐酸2-4份、水3-5份；步骤(3)中各原料按如下重量份混合：颗粒状铸铁铸造废弃物5-10份、增塑剂2-4份、石膏3-5份、环氧树脂25-45份、聚酰胺树脂8-12份、顺丁橡胶10-12份、水杨酸苯酯4-10份、水泥2-10份、纳米陶瓷颗粒8-15份、甲基对苯二酚2-8份。
2.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，砂砾状铸铁铸造废弃物的粒度为4.5-8mm，颗粒状铸铁铸造废弃物的粒度小于4mm。
3.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，所述盐酸的质量分数为36-40％。
4.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，所述水泥为矿渣硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌转速为2800-3200r/h，搅拌时间为5-10h，搅拌温度为60-80℃，密闭容器的真空度为-80至-70KPa。
6.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，步骤(4)中压制压力为50-55KN。
7.根据权利要求1所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法，其特征在于，步骤(5)中的养护温度为20-26℃，相对湿度为65％-75％。
8.一种井盖，其特征在于，由根据权利要求1-7中任一项所述的利用铸铁铸造废弃物制造井盖的方法制得。
9.根据权利要求8所述的井盖，其特征在于，所述井盖的透水系数在0.6-0.8cm/s之间。
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