CN109053203A - 一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法。该方法以高铝粉煤灰及煤矸石为原料，并加入其它矿物增加材料的成团性和铸造砂的致密性，然后经研磨、制粒、筛分、烧结、光整、分级、级配得到铸造砂。本发明既实现了粉煤灰及煤矸石的资源化利用，变废为宝，又减少了焦宝石、铝钒土等矿物在铸造砂制备中的应用，具有广泛的工业化应用前景。

Description

一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法
技术领域
本发明涉及一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，属机械制造及自动化学科下的铸造技术领域。
背景技术
砂型铸造是铸件生产的主要工艺方法，由砂型铸造工艺生产的铸件占铸件总产量的80％以上。砂子是砂型铸造中形成铸型和芯子的骨料，是重要的砂型铸造用造型材料，它的物理和化学性能决定了其铸造工艺性能，影响着铸件的质量。铸造行业砂型铸造所用的原砂主要是石英砂，其使用量占到铸造用砂量的90％以上。但是，石英砂热膨胀性大，在金属氧化物作用下热化学稳定性差，铸件易产生粘砂、脉纹、表面粗糙等铸造缺陷，并且在生产过程中产生大量的含游离SiO2的粉尘，易对人的身体造成伤害，因此，石英砂不是理想的铸造用造型材料。为了减少石英砂在铸造生产中的应用，人造陶瓷铸造砂应运而生。
人造陶瓷铸造砂主要有熔融陶瓷铸造砂和烧结陶瓷铸造砂两种类型，但无论是熔融陶瓷铸造砂还是烧结陶瓷铸造砂，在其制备过程中均以焦宝石、铝钒土等高铝矿物为主要原料。铝钒土是制备金属铝的重要原料，随着国内对机械装备特别是交通运输工具节能降耗要求的不断提高，装备轻量化技术迅速发展，铝及铝合金在装备制造以及交通运输工具中被大量采用，使得对优质铝钒土的需求量日益剧增，因此，研发取代焦宝石、铝钒土等材料制备铸造用砂的技术迫在眉睫。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是煤电行业产生的一种固体废弃物。我国是产煤大国，以煤炭作为电力生产的基本燃料。电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，若排入水系统会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低的黑灰色岩石，是煤炭行业在采煤或洗煤过程中形成的固体废物。在煤炭生产过程中产生的大量煤矸石，不仅占用堆放场地，污染大气环境，而且经雨水冲刷还会污染江河湖泊及地下水源。粉煤灰、煤矸石的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法。本发明以高铝粉煤灰及煤矸石为原料制备铸造用砂，并加入其它矿物以增加材料的成团性和铸造砂的致密性，然后经研磨、制粒、筛分、烧结、光整、分级、级配得到铸造砂。本发明既实现了粉煤灰及煤矸石的资源化利用，变废为宝，又减少了焦宝石、铝钒土等矿物在铸造砂制备中的应用，具有重要的现实意义和广泛的工业化应用前景。
本发明的技术方案是：一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，包括以下步骤：
1)以含Al2O3为35％～60％的高铝粉煤灰、煤矸石和其它矿物复配，得到制备铸造用砂的复配料；要求其它矿物用量不大于复配料总质量10％；
要求Al2O3占复配料的质量分数>35％，Al2O3+SiO2占复配料的质量分数>90％；
所述其它矿物为矿物A和矿物B中的一种或者两种，其中矿物A为高岭土、膨润土或其它粘土类矿物中的一种，其目的是增加材料的成团性；所述矿物B为白云石、菱镁矿、滑石、MnO2等矿物的至少一种，以增加铸造砂的致密性；
2)然后将复配料研磨成粉；要求研磨后粉料的细度小于25μm；
3)将上述研磨后的粉料制粒，筛分；
4)将制粒并筛分获得的铸造砂砂坯分别送入回转窑进行烧结，烧结温度为1100℃～1600℃，烧结时间为2h～6h；
5)对烧结后的铸造砂进行光整处理，除去粘附于砂粒表面的小颗粒，然后对砂子按粒度进行分级，并按铸造砂的要求进行粒度级配，最终获得可以满足铸造工艺要求的烧结陶瓷铸造砂。
所述步骤2)的研磨成粉，可通过干态研磨或湿态研磨来实现。当采用干态研磨时可将复配料送入干态研磨机中，通过研磨获得制备铸造砂所需的粉料。当采用湿态研磨时需将复配料送入湿态研磨机中，进行研磨，然后对研磨好的复配料进行脱水、干燥、打粉得到制备铸造砂所需的粉料。
所述步骤3)的粉料制粒可以采用喷雾制粒法、搅拌制粒+圆盘制粒法以及圆盘制粒法。当采用喷雾制粒法制备铸造砂坯时，可直接将湿态研磨所获得的浆料送至喷雾制粒机进行喷雾制粒获得铸造砂的砂坯，通过筛分将铸造砂砂坯按粒度分为粗、中、细三组，其中粗砂坯由粒度为20目、30目和40目粒径的砂坯组成，中粒度砂坯由50目、70目和100目粒径的砂坯组成，细粒度砂坯由140目、200目和270目粒径的砂坯组成。当采用搅拌制粒+圆盘制粒法制备铸造砂砂坯时，将研磨获得的粉料送入搅拌制粒机进行搅拌制粒，获得铸造砂的初始砂坯，将初始砂坯送入圆盘制粒机进行整形和光化处理，以提高砂坯的表面光洁程度、密度和球度，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。当采用圆盘制粒法制备铸造砂砂坯时，将研磨获得的粉料直接送入圆盘制粒机中，将制粒、整形和光化处理过程一次完成，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。
本发明的有益效果是：
1)本发明以高铝粉煤灰及煤矸石为原料制备铸造用砂，既实现了粉煤灰及煤矸石的资源化利用，变废为宝，又减少了焦宝石、铝钒土矿物等在铸造砂制备中的应用，具有重要的现实意义和广泛的工业化应用前景。
2)本发明以粉煤灰、煤矸石为原料制备的铸造砂，形貌如图2所示。相比现有的以焦宝石、铝钒土等高铝矿物为主要原料制备的铸造砂，两者在应用于相同铸造工艺条件下的工艺效果相当，具有良好的铸造工艺性能。
附图说明
图1为以高铝粉煤灰及煤矸石为原料制备铸造砂的工艺流程图；
图2为本发明实施例1制备的铸造砂的形貌图。
具体实施方式
实施例1
1)原料
高铝粉煤灰中Al2O3的质量分数为50％，高铝粉煤灰占复配料质量的75％，煤矸石中Al2O3的质量分数为30％，占复配料质量的20％，软质煤系高岭土3％，滑石2％，Al2O3+SiO2占复配料的质量分数>90％；
2)湿态研磨：将复配料加水送入湿态研磨机中，进行研磨，研磨至细度小于25μm；
3)喷雾干燥：直接将湿态研磨所获得的浆料送至喷雾制粒机进行喷雾制粒获得铸造砂的砂坯，通过筛分将铸造砂砂坯按粒度分为粗、中、细三组，其中粗砂坯由粒度为20目、30目和40目粒径的砂坯组成，中粒度砂坯由50目、70目和100目粒径的砂坯组成，细粒度砂坯由140目、200目和270目粒径的砂坯组成；
4)将制粒并筛分获得的不同粒径铸造砂砂坯分别送入回转窑进行烧结，烧结温度为1100℃～1600℃，烧结时间为2h～6h；
5)对烧结后的铸造砂进行光整处理，除去粘附于砂粒表面的小颗粒，然后对砂子按粒度进行分级，并按铸造砂的要求进行粒度级配，最终获得可以满足铸造工艺要求的烧结陶瓷铸造砂。
所制备铸造砂的耐火度大于1750℃，粒度级配、泥分含等满足铸造用砂的要求，形貌如图2所示。
实施例2
1)原料
高铝粉煤灰中Al2O3的质量分数为45％，高铝粉煤灰占料质量的75％，煤矸石中Al2O3的质量分数为25％，占复配料质量的15％，硬质高岭土5％，软质煤系高岭土3％，滑石2％，Al2O3+SiO2占复配料的质量分数>90％；
2)干态研磨：将复配料送入干态研磨机中，通过研磨获得制备铸造砂所需的粉料；要求细度小于25μm；
3)制粒、筛分
圆盘制粒：将研磨获得的粉料直接送入圆盘制粒机中，将制粒、整形和光化处理过程一次完成；
搅拌制粒+圆盘制粒：将研磨获得的粉料送入搅拌制粒机进行搅拌制粒，获得铸造砂的初始砂坯，将初始砂坯送入圆盘制粒机进行整形和光化处理，以提高砂坯的表面光洁程度、密度和球度；
筛分：通过筛分将合格的砂坯筛出，不合格的砂坯重新回到制粒工序；
4)将筛下物送入回转窑进行烧结，烧结温度为1100℃～1600℃，烧结时间为2h～6h。
5)对烧结后的铸造砂进行光整处理，除去粘附于砂粒表面的小颗粒，然后对砂子按粒度进行分级，并按铸造砂的要求进行粒度级配，最终获得可以满足铸造工艺要求的烧结陶瓷铸造砂，其形貌和图2相似，耐火度大于1700℃。
实施例3
所述步骤2)采用湿态研磨，将复配料送入湿态研磨机中，进行研磨，然后对研磨好的复配料进行脱水、干燥、打粉得到制备铸造砂所需的粉料，然后步骤(3)通过圆盘制粒或者搅拌制粒+圆盘制粒法制备砂坯。当采用搅拌制粒+圆盘制粒法制备铸造砂砂坯时，将研磨获得的粉料送入搅拌制粒机进行搅拌制粒，获得铸造砂的初始砂坯，将初始砂坯送入圆盘制粒机进行整形和光化处理，以提高砂坯的表面光洁程度、密度和球度，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。当采用圆盘制粒法制备铸造砂砂坯时，将研磨获得的粉料直接送入圆盘制粒机中，将制粒、整形和光化处理过程一次完成，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。
其余同实施例2。

Claims (8)

1.一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，包括以下步骤：
1)以高铝粉煤灰、煤矸石和其它矿物复配，得到制备铸造砂的复配料；所述高铝粉煤灰中Al2O3含量为35％～60％；
所述复配料中Al2O3含量>35％，Al2O3+SiO2的含量>90％；
所述要求其它矿物用量不大于复配料总质量10％；
所述其它矿物为矿物A和矿物B中的一种或者两种，其中矿物A为高岭土、膨润土或其它粘土类矿物中的一种；所述矿物B为白云石、菱镁矿、滑石和MnO2中的至少一种；
2)然后将复配料研磨成粉；要求研磨后粉料的细度小于25μm；
3)将上述研磨后的粉料制粒，筛分；
4)将制粒并筛分获得的铸造砂砂坯送入回转窑进行烧结，烧结温度为1100℃～1600℃，烧结时间为2h～6h；
5)对烧结后的铸造砂进行光整处理，除去粘附于砂粒表面的小颗粒，然后对铸造砂按粒度进行分级，并按铸造砂的要求进行粒度级配，最终获得满足铸造工艺要求的烧结陶瓷铸造砂。
2.如权利要求1所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，所述步骤2)的研磨成粉，采用干态研磨或湿态研磨方式。
3.如权利要求2所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，采用干态研磨时，将复配料送入干态研磨机中，通过研磨获得制备铸造砂所需的粉料。
4.如权利要求2所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，采用湿态研磨时，将复配料送入湿态研磨机中，进行研磨，然后对研磨好的复配料进行脱水、干燥、打粉得到制备铸造砂所需的粉料。
5.如权利要求2所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，采用湿态研磨时，将复配料送入湿态研磨机中进行研磨；将湿态研磨所获得的浆料送至喷雾制粒机进行喷雾制粒然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。
6.如权利要求3或4所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，所述步骤3)采用搅拌制粒+圆盘制粒法制备铸造砂砂坯，将研磨获得的粉料送入搅拌制粒机进行搅拌制粒，获得铸造砂的初始砂坯，将初始砂坯送入圆盘制粒机进行整形和光化处理，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。
7.如权利要求3或4所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，所述步骤3)采用圆盘制粒法制备铸造砂砂坯，将研磨获得的粉料直接送入圆盘制粒机中，将制粒、整形和光化处理过程一次完成，然后经过筛分获得铸造砂的砂坯。
8.如权利要求5所述的一种以高铝粉煤灰、煤矸石为原料制备铸造砂的方法，其特征是，所述步骤3)的筛分为：将制粒后的铸造砂砂坯按粒度分为粗、中、细三组，其中粗砂坯由粒度为20目、30目和40目粒径的砂坯组成，中粒度砂坯由50目、70目和100目粒径的砂坯组成，细粒度砂坯由140目、200目和270目粒径的砂坯组成。
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