CN108580798B - 一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于模具铸造砂芯材料技术领域，具体公开了一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，包括以下步骤：(1)对硅酸盐废砂进行机械再生处理；(2)将废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为1:0.5‑3；对水砂体进行一级超声处理，处理时间1‑60min，超声波的频率28‑48KHz，处理每公斤废砂超声波强度为0.1‑0.5kw；清洗液是含有浓度为0.1‑5％质量比的无机酸和0.005‑0.01％的表面活性剂的水溶液；(3)将经超声波处理后的废砂与清洗液分离；(4)将分离得到的砂进行二级超声处理；(5)将经二级超声处理后的砂与废水分离，将砂烘干。使用本方法能对硅酸盐类废砂经再生后重复使用，以达到减少废砂排放，减少资源浪费的效果。

Description

一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法

技术领域

本发明属于模具铸造砂芯材料技术领域，尤其涉及一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法。

背景技术

硅酸盐作为一种无机化学粘结剂，来源广泛、价格低廉、无毒无味，目前广泛应用于铸造行业。传统的硅酸盐粘结剂基本上使用的是单一硅酸盐为组分(模数为1.6～2.8之间) 作为铸造型砂的粘结剂，在制型时将该类硅酸盐粘结剂与原砂混合再向型芯体吹送二氧化碳实现固化。随着改性技术的发展，出现了向这类粘结剂中添加有机酯固化的新型硅酸盐粘结剂，发展到当今以更低模数的硅酸盐(模数为1.6)为基本组分，通过添加多种无机盐和有机物改性的，同时使用无机与有机复合制备的粉体固化促进剂配合使用固化的全新无机型砂工艺和产品。

与有机树脂粘结剂相比，硅酸盐粘结剂在应用过程中没有有毒气体产生，在环保标准日益严格的今天，硅酸盐类型砂被认为是最有可能实现绿色铸造的型砂类型。但是，硅酸盐类型砂存在难以再生回用的问题，因为硅酸盐的基本物性决定了其制备的铸造型砂在铸造浇注在原砂表面或之间形成了不同缩聚程度的多聚硅酸和含有的碱金属氧化物带来的高碱问题导致硅酸盐废砂被大量排放，不仅给环境带来严重污染，还使得这类铸造废砂难以采用通常铸造废砂的再生技术方法和装备进行再生处理实现回用的目的，造成了极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，以解决硅酸盐类废砂难以再生回用，造成资源浪费的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，包括以下步骤：

(1)对硅酸盐废砂进行机械再生处理；

(2)将机械再生处理后的废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:0.5-3；在水砂体的最大面方向加载超声波进行一级超声处理，处理时间为1-60min，超声波的频率为28-48KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.5kw；所述清洗液是含有浓度为0.1-5％质量比的无机酸和0.005-0.01％的表面活性剂的水溶液；

(3)将步骤(2)中经超声波处理后的废砂与清洗液分离，得到硅酸盐砂和废液,废液进入处理池，循环利用；

(4)将步骤(3)中分离得到的砂进行二级超声处理；

(5)将步骤(4)中经二级超声处理后的砂与废水分离，砂烘干后，进入成品仓；废液进入处理池，循环利用。

本基础方案的工作原理在于：超声处理前先将废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，清洗液中的无机酸可中和硅酸盐中的NaO₂和一些钠盐，促进硅酸盐在清洗液中溶解；表面活性剂的一端有亲水基团，并具有一定的发泡能力，可增强超声波的空化作用，使硅酸盐从砂粒表面脱离。采用超声处理硅酸盐类无机废砂，一方面可破坏硅酸盐与砂粒表面的吸附作用，另一方面使硅酸盐表面产生裂纹，气泡钻入裂纹，到达砂粒表面，通过振动使硅酸盐脱离。利用超声空化增加搅拌、扩散作用，加速硅酸盐中可溶物的溶解，并强化无机酸和表面活性剂的清洗作用。

本基础方案的有益效果在于：

1、本发明的技术方案适合于使用硅酸盐类、磷酸盐类、铝硅酸盐类以及这些无机粘结剂单独或改性混合制备的复合无机粘结剂类的铸造废旧砂再生回用，实现了硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生回用，用水量少，废水可经简单的沉降处理后循环使用；处理效果较好，可应用于覆膜砂、树脂砂等，完全或部分代替新砂使用。

2、在本发明中，利用清洗液配合超声处理，超声空化增加了搅拌、扩散作用，加速硅酸盐中可溶物的溶解，并强化无机酸和表面活性剂的清洗作用，保证硅酸盐类无机废砂再生的效果。

进一步，所述步骤(4)中的二级超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1-2、1:1-1.5和1:0.5-1.25；三联超声水洗中处理时间分别为 10-30min、5-20min和3-10min。三联超声水洗通过3次连续的超声清洗，逐步溶解砂中的细粉和脱离的硅酸盐，清洗后砂的耗酸值低，含泥量少。在三联超声水洗过程中，砂水比是逐步降低的，一是通过提高砂水密度，使砂粒间可产生摩擦，增强清洗效果，二是砂中可溶解物的逐步减少使水量需求降低，可节约一部分水量。

进一步，所述步骤(2)中，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:0.7-2；一级超声处理的时间为3-15min，超声波的频率为28KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.4kw。申请人经过多次试验发现，将一级超声处理的参数控制在上述范围内，处理的效果较好。

进一步，所述步骤(1)中的机械再生处理为：将硅酸盐废砂破碎，对破碎后的废砂表面进行擦搓碾磨处理，擦搓碾磨处理的时间为2-180s，擦搓碾磨后筛分去掉小于或等于200 目的粉尘和颗粒，再进行风选除尘。对废砂进行破碎，将废砂的粒径控制在适合的范围，然后擦搓碾磨，除去废砂表面附着物以及使得废砂表面包覆的膜剥落，再进行风选，利用分选时相对于废砂表面高速流过的风产生的剪切力和摩擦力将废砂表面的微细粘附物剥离去除，同时废砂颗粒表面在风选风力托浮力作用产生颗粒相对位移和表面碰撞、摩擦产生的力也使得废砂颗粒表面被净化。

进一步，所述的步骤(1)中，硅酸盐废砂破碎后采用6目筛进行筛分，6目以上的砂块重新破碎处理。通过对硅酸盐废砂进行筛选，确保只有合格的废砂才能进入下一个加工工序。原砂的粒度在20-200目之间，6目的直径是3.35mm，20目的直径是0.85mm，200目的直径是0.075mm，废砂中6目的砂粒是由很多个20-200目的砂粒粘合而成的小砂块，需要通过擦搓碾磨使之分离成单个砂粒，以利于后面的再生处理。

进一步，所述步骤(1)中擦搓碾磨处理的时间为5-90s。申请人经过多次试验发现，将擦搓碾磨的时间控制在上述范围，在保证擦搓碾磨效果的同时效率较高。

进一步，所述无机酸采用磷酸或者草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物。申请人经过多次试验发现，选用磷酸、草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物制备得到的清洗液效果更好。

进一步，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂。

进一步，所述步骤(1)中，选用再生碾磨机对废砂进行碾磨处理。使用再生碾磨机对废砂进行碾磨处理碾磨效果较好。

进一步，所述步骤(5)中，选用螺旋分离器对砂和废水进行分离。

具体实施方式

下面对原料选用进行了说明，并通过具体实施方式对技术方案进一步详细说明：

本发明中无机酸采用磷酸或者草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物；本发明中的表面活性剂为阴离子型表面活性剂，阴离子型表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸氨中的一种或上述三种阴离子型表面活性剂的任意组合。

实施例1

一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸盐废砂经磁选后破碎，破碎后采用6目筛进行筛分，6目以上的砂块重新破碎处理；对破碎合格后的废砂表面进行擦搓碾磨处理，擦搓碾磨处理时间为30-50s；擦搓碾磨后筛分去掉小于或等于200目的粉尘和颗粒，再进行风选除尘，利用分选时相对于废砂表面高速流过的风产生的剪切力和摩擦力将废砂表面的微细粘附物剥离去除，同时废砂颗粒表面在风选风力托浮力作用产生颗粒相对位移和表面碰撞、摩擦产生的力也使得废砂颗粒表面被净化；

(2)将步骤(1)处理后的废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:3；在水砂体的最大面方向加载超声波进行一级超声处理，处理时间为10min，超声波的频率为28KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.12kw；清洗液是含有浓度为0.5％质量比的无机酸和0.006％的表面活性剂的水溶液；

(3)将步骤(2)中经超声波处理后的废砂与清洗液分离，得到硅酸盐砂和废液,废液进入处理池，循环利用；

(4)将步骤(3)中分离得到的砂进行二级超声处理，所述二级超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.5、1:1.2和2:1.1；三联超声水洗中处理时间分别为20min、15min和7min

(5)将步骤(4)中经二级超声处理后的砂与废水通过螺旋分离器分离，将砂烘干后放入成品仓；废液进入处理池，循环利用。

实施例2

一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸盐废砂经磁选后破碎，破碎后采用6目筛进行筛分，6目以上的砂块重新破碎处理；对破碎合格后的废砂表面进行擦搓碾磨处理，擦搓碾磨处理时间为50-70s；擦搓碾磨后筛分去掉小于或等于200目的粉尘和颗粒，再进行风选除尘，利用分选时相对于废砂表面高速流过的风产生的剪切力和摩擦力将废砂表面的微细粘附物剥离去除，同时废砂颗粒表面在风选风力托浮力作用产生颗粒相对位移和表面碰撞、摩擦产生的力也使得废砂颗粒表面被净化；

(2)将步骤(1)处理后的废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:0.8；在水砂体的最大面方向加载超声波进行一级超声处理，处理时间为25min，超声波的频率为45KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.25kw；清洗液是含有浓度为0.5％质量比的无机酸和0.006％的表面活性剂的水溶液；

(3)将步骤(2)中经超声波处理后的废砂与清洗液分离，得到硅酸盐砂和废液,废液进入处理池，循环利用；

(4)将步骤(3)中分离得到的砂进行二级超声处理，所述二级超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.8、1:1.2和2:1.2；三联超声水洗中处理时间分别为24min、15min和8min

(5)将步骤(4)中经二级超声处理后的砂与废水通过螺旋分离器分离，将砂烘干后放入成品仓；废液进入处理池，循环利用。

实施例3

一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸盐废砂经磁选后破碎，破碎后采用6目筛进行筛分，6目以上的砂块重新破碎处理；对破碎合格后的废砂表面进行擦搓碾磨处理，擦搓碾磨处理时间为25-50s；擦搓碾磨后筛分去掉小于或等于200目的粉尘和颗粒，再进行风选除尘，利用分选时相对于废砂表面高速流过的风产生的剪切力和摩擦力将废砂表面的微细粘附物剥离去除，同时废砂颗粒表面在风选风力托浮力作用产生颗粒相对位移和表面碰撞、摩擦产生的力也使得废砂颗粒表面被净化；

(2)将步骤(1)处理后的废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:2；在水砂体的最大面方向加载超声波进行一级超声处理，处理时间为34min，超声波的频率为34KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.4kw；清洗液是含有浓度为0.5％质量比的无机酸和0.006％的表面活性剂的水溶液；

(3)将步骤(2)中经超声波处理后的废砂与清洗液分离，得到硅酸盐砂和废液,废液进入处理池，循环利用；

(4)将步骤(3)中分离得到的砂进行二级超声处理，所述二级超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.5、1:1.1和2:1.1；三联超声水洗中处理时间分别为20min、10min和5min

(5)将步骤(4)中经二级超声处理后的砂与废水通过螺旋分离器分离，将砂烘干后放入成品仓；废液进入处理池，循环利用。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于：步骤(2)中用水替代清洗液。

对比例2

对比例1与实施例1的区别在于：步骤(4)中没有经过二级超声处理。

分别对经实施例1-3、对比例1、2处理后的再生砂和未经过任何加工处理的硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂的酸耗值、含泥量、PH值进行检测，得到表1：

表1

对比结论：

1、将经实施例1、对比例1处理后的再生砂进行对比，根据表1的数据可知，实施例1处理后的再生砂其酸耗值、含泥量、PH值均低于对比例1处理后的再生砂，通过分析可知采用清洗液能够有效除去废砂表面的硅酸盐。

2、将经实施例1、对比例2处理后的再生砂进行对比，根据表1的数据可知，实施例1处理后的再生砂其酸耗值、含泥量、PH值均低于对比例2处理后的再生砂，通过分析可知二级超声处理能够更进一步除去废砂表面的硅酸盐。

3、根据表1的数据可知，经过本发明申请技术方案处理的废砂，其酸耗值、含泥量、PH值远远低于未经过任何加工处理的硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂，能够符合硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂再生后的使用标准，可投入再次使用，有效降低成本。

Claims (8)

1.一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对硅酸盐废砂进行机械再生处理；

(2)将机械再生处理后的废砂与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:0.5-3；在水砂体的最大面方向加载超声波进行一级超声处理，处理时间为1-60min，超声波的频率为28-48KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.5kw；所述清洗液是含有质量浓度为0.1-5％的无机酸和质量浓度为0.005-0.01％的表面活性剂的水溶液；所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂；

(3)将步骤(2)中经超声波处理后的废砂与清洗液分离，得到硅酸盐砂和废液,废液进入处理池，循环利用；

(4)将步骤(3)中分离得到的砂进行二级超声处理；二级超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1-2、1:1-1.5和2:1-1.25；三联超声水洗中处理时间分别为10-30min、5-20min和3-10min；

(5)将步骤(4)中经二级超声处理后的砂与废水分离，砂烘干后，进入成品仓；废液进入处理池，循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:0.7-2；一级超声处理的时间为3-15min，超声波的频率为28KHz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.4kw。

3.根据权利要求1所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中的机械再生处理为：将硅酸盐废砂破碎，对破碎后的废砂表面进行擦搓碾磨处理，擦搓碾磨处理的时间为2-180s，擦搓碾磨后筛分去掉小于或等于200目的粉尘和颗粒，再进行风选除尘。

4.根据权利要求3所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，硅酸盐废砂破碎后采用6目筛进行筛分，6目以上的砂块重新破碎处理。

5.根据权利要求3所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中擦搓碾磨处理的时间为5-90s。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述无机酸采用磷酸或者草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，选用再生碾磨机对废砂进行碾磨处理。

8.根据权利要求1所述的一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的回收利用方法，其特征在于：所述步骤(5)中，选用螺旋分离器对砂和废水进行分离。