CN110434280B - 一种水玻璃无机旧砂再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水玻璃无机旧砂再生方法，包括向水玻璃无机旧砂中加入添加剂进行搅拌混合，然后离心处理得到再生砂的步骤。所述方法中加入的化学试剂酸碱性稳定，不会对设备产生严重腐蚀，且取材方便；机械法选择离心方式，可以通过速度的变化调整机械效率，同时离心法还能通过速度变化将砂粒与去除的无机膜分离。所述方法涉及的再生过程简单，设备投入低，能源消耗少，不会产生二次污染；再生率高，反应生成物不会对再生砂使用造成影响。

Description

一种水玻璃无机旧砂再生方法
技术领域
本发明涉及资源回收技术领域，具体涉及一种水玻璃无机旧砂再生方法。
背景技术
水玻璃无机粘结剂砂的主要成分是改性硅酸钠和含有金属氧化物的添加剂。其主要用途作为铸造用砂，与硅砂混合后有粘结性，加热后能够固化成型。水玻璃无机粘结剂砂是在铸造中应用最广的三种砂型之一，因其精度高、能耗低、无污染等优点正在得到快速的发展。但是其具有旧砂再生回用性差的缺点，成为发展的最大障碍。根据行业内几十年的研究成果，对水玻璃无机旧砂的再生手段主要有干法、湿法、热法、化学法四种。其中，通过干法处理得到的再生砂质量差，回用率低；湿法再生砂质量好，但是存在成本投入高，废水造成二次污染等问题；热法再生也需要能源消耗，并且再生效果只是稍好于干法；化学法再生会严重缩短再生设备的寿命，再生效率低。
现代铸造产业追求高品质、低能耗、无污染的行业目标，因此，找到一种低成本、低能耗、低污染的水玻璃无机旧砂的再生方法，将加快水玻璃砂的发展速度，为整个铸造行业发展提供动力。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水玻璃无机旧砂再生方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种水玻璃无机旧砂再生方法，包括：向水玻璃无机旧砂中加入添加剂进行搅拌混合，然后离心处理得到再生砂；所述添加剂中含有可溶性铝盐。
优选地，所述可溶性铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的至少一种。
优选地，所述添加剂中还含有可溶性铵盐，所述可溶性铵盐选自氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的至少一种。
优选地，所述添加剂中还含有二氧化硅。
优选地，所述添加剂中，所述可溶性铝盐、可溶性铵盐与二氧化硅的质量比为(1～5):(1～5):1，优选2:2:1。
优选地，所述水玻璃无机旧砂与添加剂的质量比为100:(1～5)。
优选地，搅拌过程中向所述反应体系中加入水。
优选地，所述水玻璃无机旧砂与水的质量比为100:(0.2～5)。
优选地，搅拌过程中的温度控制在100±20℃。
优选地，离心速度为500～3000r/min，时间为1～5min。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种水玻璃无机旧砂再生方法，将化学法与机械法紧密结合运用到无机水玻璃旧砂再生中。所述方法中加入的化学试剂酸碱性稳定，不会对设备产生严重腐蚀，且取材方便；机械法选择离心方式，可以通过速度的变化调整机械效率，同时离心法还能通过速度变化将砂粒与去除的无机膜分离。所述方法涉及的再生过程简单，设备投入低，能源消耗少，不会产生二次污染；再生率高，反应生成物不会对再生砂使用造成影响。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种水玻璃无机旧砂再生方法，该方法包括以下步骤：
(1)向水玻璃无机旧砂中加入添加剂进行搅拌混合，得到混合物；
(2)对所述混合物进行离心处理得到再生砂。
步骤(1)加入的添加剂中含有可溶性铝盐。进一步地，可溶性铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的至少一种。由于水玻璃无机粘结剂砂主要用于铸铝件中，加入铝盐反应后不会向再生砂中引入其它阳离子杂质。
在本发明的一个实施例中，添加剂中还含有可溶性铵盐，可溶性铵盐选自氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的至少一种。
在步骤(1)的搅拌过程中，水玻璃无机旧砂表面残留的无机粘结剂模(主要成分为硅酸钠盐及其相应氧化物)与添加剂反应，以添加剂为氯化铵和氯化铝为例，主要反应如式(1)和式(2)所示：
Na2SiO3+2NH4Cl＝＝2NaCl+2NH3↑+H2SiO3↓ (1)
3Na2SiO3+2AlCl3+6H2O＝2Al(OH)3↓+6NaCl+3H2SiO3↓ (2)
由于式(2)中水为反应物，优选在搅拌过程中向反应体系中加入水。水的加入量根据添加剂中的可溶性铝盐用量确定，优选水玻璃无机旧砂与水的质量比为100:(0.2～5)。
在本发明的一个实施例中，将搅拌过程中的温度控制在100±20℃。这一温度可促进硅酸钠与添加剂之间的反应尽快进行，式(1)中生成的氨气逸出，以及促进反应生成的硅酸分解为二氧化硅和水，在后续的离心过程中除去。搅拌过程的温度应控制在300℃以下，温度太高会造成无机膜玻璃化，使反应不能进行。
进一步地，添加剂中还含有二氧化硅。二氧化硅是以粉末的形式加入，优选粒度小于140目。二氧化硅的主要作用为吸附反应中产生的物质，如硅酸分解后的二氧化硅和水。虽然这一步可以加入其它氧化物作为吸附剂，但会引入新的杂质，因此优选加入二氧化硅。
在本发明的一个实施例中，添加剂中的可溶性铝盐、可溶性铵盐与二氧化硅的质量比为(1～5):(1～5):1，优选2:2:1。前文已说明氯化铵和氯化铝作用相近，氯化铵的加入能保障反应进行的更加充分，二氧化硅的作用是保证生成物不会再次被硅砂吸附。这一比例能保证再生砂的性能接近原砂。
在本发明的一个实施例中，水玻璃无机旧砂与添加剂的质量比为100:(1～5)，优选添加剂加入量是旧砂的1％～2％。添加剂的加入量过多，未反应的添加剂(特别是其中的二氧化硅)会成为新的杂质存在于再生砂中，影响再生砂性能，例如使电导率升高；添加剂的加入量过少，无法使水玻璃无机旧砂中的硅酸钠等杂质发生充分反应，同样影响再生砂性能。
在本发明的一个实施例中，步骤(2)中的离心过程在离心机中进行，离心速度为500～3000r/min，时间为1～5min。
这一过程中，生成的二氧化硅小颗粒与大颗粒的硅砂通过离心分离。同时通过离心力，以及砂粒与离心机壁和砂粒之间的相互撞击，砂粒表面没有完全反应的具有残留强度的残留膜进一步脱落，最终达到去除表面无机粘结剂膜的目的。优选离心机配有除尘系统，分离过程中将细小的粉尘抽走，提高分离效率。
现有水玻璃无机旧砂的再生方法主要包括热法、干法、水法、化学法，其中热法是在600℃以上温度焙烧，主要去除其中的复合水大分子晶体与残留的有机酯，不能完全去除无机物质，而且高温下易发生玻璃化，砂粒粘连结块；水法虽然能够去除大部分无机膜，但是会造成水的二次污染，后期水处理投入大；干法无机粘结剂膜去除率低，只能去除30％，而且会造成砂粒破碎率增高；化学法主要是通过酸碱中和反应，用酸中和无机粘结剂膜中的碱性物质，但是酸液会对设备具有很大的损害，而且再生砂再利用效果差。本发明避免了热法再生玻璃化造成的再生砂结块问题，通过使用可溶性铝盐与铵盐与无机粘结剂中的硅酸钠发生水解反应，不会对设备造成损害。在优选的条件下加入二氧化硅粉末，能够避免上述反应的可逆性，使反应更为充分。
实施例1
一种水玻璃无机旧砂再生方法，包括以下步骤：
(1)向100重量份的水玻璃无机旧砂中加入1重量份的添加剂进行搅拌混合，添加剂中含有氯化铝、氯化铵和二氧化硅，三者的质量比为2:2:1。
搅拌过程中喷洒式加入0.5重量份的水，搅拌5min得到混合物。
(2)搅拌完成后将混合物置于离心机中，离心速度为500-3000r/min，连续离心1min，得到再生砂。
(3)离心完成后的再生砂通过140目筛网筛分后记为成品砂。
改变实施例2～9中的反应条件，具体设置见表1。得到的再生砂性能见表2。
表1
实施例 改变的反应条件
实施例2 步骤(1)中，添加剂中氯化铝、氯化铵和二氧化硅的质量比为1:1:1。
实施例3 步骤(1)中，添加剂中氯化铝、氯化铵和二氧化硅的质量比为5:5:1。
实施例4 步骤(1)中，添加剂中氯化铝、氯化铵和二氧化硅的质量比为1:2:1。
实施例5 步骤(1)中，添加剂中未使用氯化铵。
实施例6 步骤(1)中，添加剂中未使用二氧化硅。
实施例7 步骤(1)中，添加剂中未使用氯化铵和二氧化硅。
实施例8 步骤(1)中，搅拌过程中未加入水。
实施例9 步骤(1)中，水玻璃无机旧砂与水的质量比为100:5。
对比例1 同一批次未经处理的水玻璃无机旧砂。
对比例2 未使用的水玻璃无机粘结剂砂(原砂)
*除表1中记载参数以外，每一实施例的其它参数同实施例1。
表2
Figure BDA0002189477010000061
从表2中可知，将实施例1与对比例2数据对比说明，采用本发明方法得到的再生砂的性能与原砂接近，可重新使用。
进一步地，将实施例1～4数据对比说明，当添加剂中氯化铝、氯化铵和二氧化硅的质量比变化后，会影响再生砂的性能，特别是电导率和含泥量，进一步降低其循环次数和使用时间，降低可使用性。
将实施例1与实施例5～7对比说明，如果添加剂中未使用氯化铵，会影响再生砂的电导率和抗拉强度；如果添加剂中未使用二氧化硅，则再生砂的电导率降低更多，且明显降低循环次数和可使用时间。
将实施例1与实施例8和9对比说明，如果搅拌未加水，则影响反应效率，再生砂的各项性能指标均会下降；当加水量过多，会造成再生砂含水量过高，同样影响再生砂强度及可使用时间。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种水玻璃无机旧砂再生方法，其特征在于，包括以下步骤：向水玻璃无机旧砂中加入添加剂进行搅拌混合，然后离心处理得到再生砂；所述添加剂中含有可溶性铝盐、可溶性铵盐和二氧化硅，所述可溶性铝盐、可溶性铵盐与二氧化硅的质量比为(1~5):(1~5):1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性铵盐选自氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂中，所述可溶性铝盐、可溶性铵盐与二氧化硅的质量比为2:2:1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述水玻璃无机旧砂与添加剂的质量比为100:(1~5)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，搅拌过程中向反应体系中加入水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述水玻璃无机旧砂与水的质量比为100:(0.2~5)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌过程中的温度控制在100±20℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离心速度为500~3000r/min，时间为1~5min。
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