CN111515336B - 一种水玻璃旧砂再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水玻璃旧砂再生方法，包括如下步骤：(1)将水玻璃旧砂粉碎并与硫酸亚铁水溶液加入到离心搅拌圆桶内，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械‑超声波湿法再生；(2)将再生后的砂水混合物进行进行脱水处理，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛，得到水玻璃再生砂。本发明的水玻璃旧砂再生方法采用超声、离心搅拌和电加热装置共同作用，增加了再生的效率，本发明的整体工艺简单、成本较低，过程控制方便，能够实现效果更佳，效率更高的水玻璃旧砂的再生。

Description

一种水玻璃旧砂再生方法
技术领域
本发明属于铸造用砂再生回收技术领域，具体涉及一种水玻璃旧砂再生方法。
背景技术
铸造工业仍是现代机械制造工业的基础工艺之一，在钢铁、电力、汽车、航空航天等各种机械装备的制造中占据着很重要的地位。我国的铸件产量常年居全球第一，是名副其实的铸造大国。但我国铸造业一直以来是粗放式的发展模式，高能耗、物耗以及废物排放一直未得到有效处理。
水玻璃无机粘结剂作为目前在生产应用上最为成功的无机粘结剂，其优势十分明显，即在铸造生产过程中不会排放出有毒有害的气体和烟尘，有利于改善铸造生产作业环境和保护工人的身体健康。但水玻璃无机粘结剂存在旧砂再生回用性差的问题，这与当前国家倡导的绿色发展理念相悖，因此一直制约着其发展应用。而随着国内外研究人员不断探索，针对水玻璃无机粘结剂旧砂再生问题提出了很多解决方案和工艺。目前主要再生手段有干法、湿法、热法、化学法四种，但这些再生工艺都存在一定的缺陷。干法再生效果比较差，砂回用性能不足。热法再生则消耗能源高。湿法再生的再生质量最好，但再生产生的污水处理也对铸造生产企业造成问题。化学再生则会损害设备，影响设备寿命，再生效率低。
CN1792497A公开了使用低温冷冻法水玻璃旧砂再生方法，先对用水湿润状态下的水玻璃旧砂进行低温冷冻再干法再生。但是在干法再生过程中，由于摩擦生热导致旧砂表面冷冻层开始融化，冷冻后干法的再生效果不够理想。CN107159837A公开了一种滚筒湿法再生与脱水一体化设备及其使用方法，该设备及其使用方法利用离心力的作用旋转旧砂与水，对于高温下旧砂表面玻璃化的残留粘结剂没有设备进辅助清洗，因此对于砂表面残留的粘结剂膜的清洗力不足，未能实现良好的再生效果。CN102527929A公开了一种蒸淋再生水玻璃旧砂的方法，该方法通过利用高温水蒸气对旧砂进行加热状态下的湿法再生。但该方法需要通过100℃加热水获得蒸汽，因此消耗较高能源，且残留的粘结剂很难在蒸汽状态下溶解而去除。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种水玻璃旧砂再生方法，本发明的方法采用机械-超声波湿法再生，同时加入硫酸亚铁，辅助低温加热，提高了水玻璃旧砂的再生效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水玻璃旧砂再生方法，包括如下步骤：
(1)将水玻璃旧砂粉碎并与硫酸亚铁水溶液加入到离心搅拌圆桶内，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械-超声波湿法再生；
(2)将再生后的砂水混合物进行进行脱水处理，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛，得到水玻璃再生砂。
本发明中的硫酸亚铁水溶液为现场配置的，防止硫酸亚铁氧化为硫酸铁。硫酸亚铁能与砂粒表面残留的硅酸钠产生化学反应，形成难溶于水的沉淀物和溶于水的硫酸盐，在经过烘干析出后被筛除，且经过反应后的硫酸盐溶液呈中性，给后续水处理减小工作难度。
本发明的方法引入离心搅拌圆桶进行联合再生，利用产生的离心力使砂与水旋转漂浮起来，配合以多点分布式的超声波发射棒，能够使容器内砂粒表面均能够接收均匀稳定的超声波，从而达到更佳的再生效果。并且在再生过程中对砂水混合物进行加热，提高反应活性，加快反应速率，提高水玻璃旧砂的再生效率。
本发明中的超声波发射棒采用多点分布式的超声波发射棒。
进一步的，步骤(1)中硫酸亚铁水溶液的浓度为5-20g/L。
进一步的，步骤(1)中水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:0.8-1.2。
进一步的，体积比为1:1。
进一步的，步骤(1)中超声波发射棒的频率为35-45kHz，分布频率为300-330cm2/个，离心搅拌电机的转速为60-400r/min，电加热的温度为40-80℃。
进一步的，步骤(1)中超声波发射棒的频率为40kHz，分布频率为315cm2/个，离心搅拌电机的转速为230r/min，电加热的温度为60℃。
进一步的，步骤(1)中粉碎后的水玻璃旧砂过20-40目筛处理，水玻璃旧砂的粒径小于0.6mm。
进一步的，步骤(1)中机械-超声波湿法再生的再生时间为25-35min，优选的，再生时间为30min。
进一步的，步骤(2)中脱水采用气压脱水。
进一步的，步骤(2)中脱水处理的脱水率≥95％。
进一步的，步骤(2)中过100-200目筛。
进一步的，步骤(2)中过140目筛。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的水玻璃旧砂再生方法采用超声、离心搅拌和电加热装置共同作用，增加了再生的效率，离心搅拌装置可以使砂粒在再生过程中不断随水流旋转漂浮起来，不仅避免出现仅超声波再生水玻璃旧砂时，砂易沉积在设备底部，造成上下层旧砂所吸收超声波的强度存在差异，还可以使砂粒与水、砂粒与砂粒直接形成一定的摩擦力，对砂粒表面的残留粘结剂膜进行擦洗；另外，采用多点分布式的超声波发射棒代替现有的槽式单面超声波发射源，从单一面的形式辐射到三维空间内均匀稳定发射超声波；
(2)本发明的方法中还加入硫酸亚铁水溶液，将湿法工艺进行升级，加入化学物质与粘附砂粒表面的硅酸钠进行化学反应，并通过沉淀和结晶的方式析出，从而减少水玻璃旧砂中的残留硅酸钠；
(3)本发明在再生的过程中低温加热，提高反应活性，加快反应速率，且不造成高能耗的不利影响；本发明的整体工艺简单、成本较低，过程控制方便，能够实现效果更佳，效率更高的水玻璃旧砂的再生。
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。
以下实施例中的硫酸亚铁水溶液均为现配现用。
实施例1
本实施例的水玻璃旧砂再生方法，包括如下步骤：
(1)将水玻璃旧砂粉碎，粉碎后的水玻璃旧砂过20目筛处理，水玻璃旧砂的粒径小于0.6mm，加入硫酸亚铁水溶液，硫酸亚铁水溶液的浓度为5g/L，水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:0.8，在离心搅拌圆桶内搅拌均匀，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，将超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置均打开，超声波发射棒的频率为35kHz，分布频率为300cm2/个，离心搅拌电机的转速为60r/min，电加热的温度为40℃，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械-超声波湿法再生，再生的时间为25min；
(2)将再生后的砂水混合物进行进行脱水处理，采用气压脱水，脱水处理的脱水率≥95％，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛140目筛，得到水玻璃再生砂。
实施例2
本实施例的水玻璃旧砂再生方法，包括如下步骤：
(1)将水玻璃旧砂粉碎，粉碎后的水玻璃旧砂过30目筛处理，水玻璃旧砂的粒径小于0.6mm，加入硫酸亚铁水溶液，硫酸亚铁水溶液的浓度为12.5g/L，水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:1，在离心搅拌圆桶内搅拌均匀，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，将超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置均打开，超声波发射棒的频率为40kHz，分布频率为315cm2/个，离心搅拌电机的转速为230r/min，电加热的温度为60℃，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械-超声波湿法再生，再生的时间为30min；
(2)将再生后的砂水混合物进行进行脱水处理，采用气压脱水，脱水处理的脱水率≥95％，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛100目筛，得到水玻璃再生砂。
实施例3
本实施例的水玻璃旧砂再生方法，包括如下步骤：
(1)将水玻璃旧砂粉碎，粉碎后的水玻璃旧砂过40目筛处理，水玻璃旧砂的粒径小于0.6mm，加入硫酸亚铁水溶液，硫酸亚铁水溶液的浓度为20g/L，水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:1.2，在离心搅拌圆桶内搅拌均匀，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，将超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置均打开，超声波发射棒的频率为45kHz，分布频率为330cm2/个，离心搅拌电机的转速为400r/min，电加热的温度为80℃，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械-超声波湿法再生，再生的时间为35min；
(2)将再生后的砂水混合物进行进行脱水处理，采用气压脱水，脱水处理的脱水率≥95％，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛200目筛，得到水玻璃再生砂。
对比例1
本对比例的水玻璃旧砂再生方法与实施例1相同，不同之处，关闭超声波发射棒。
对比例2
本对比例的水玻璃旧砂再生方法与实施例1相同，不同之处，关闭离心搅拌电机。
对比例3
本对比例的水玻璃旧砂再生方法与实施例1相同，不同之处，关闭电加热装置。
对比例4
本对比例的水玻璃旧砂再生方法与实施例1相同，不同之处，硫酸亚铁水溶液替换成蒸馏水。
试验例1
分别对实施例1-3和对比例1-4得到的废水溶液和水玻璃再生砂进行检测，废水溶液检测溶液的导电率和pH值，水玻璃再生砂进行检测导电率、抗拉强度和可使用时间，同时还检测了未经使用的原砂的导电率、抗拉强度和可使用时间，结果见表1。
表1
Figure BDA0002459463770000061
由表1可以看出，超声波、离心搅拌、电加热和硫酸亚铁溶液均对再生砂和废水溶液具有影响，四种条件缺一不可，当四种条件同时采用时，再生的效果最好。
本申请人对其他实施例也做了上述实验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列举。
试验例2
只改变加热温度，其他条件均与实施例1相同，进行如下检测：废水溶液检测溶液的导电率和pH值，水玻璃再生砂进行检测导电率、抗拉强度和可使用时间，结果见表2。
表2
Figure BDA0002459463770000071
从表2可以看出，加热温度选择在40-80℃时，得到的再生砂的性能较好，温度过高或过低均会影响再生效果。
本申请人对其他实施例也做了上述实验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列举。
试验例3
只改变硫酸亚铁的浓度，其他均与实施例1相同，进行如下检测：废水溶液检测溶液的导电率和pH值，水玻璃再生砂进行检测导电率、抗拉强度和可使用时间，结果见表3。
表3
Figure BDA0002459463770000081
从表3中可以看出，硫酸亚铁的浓度对水玻璃的再生具有较大的影响，浓度较高或较低均会影响再生效果。
本申请人对其他实施例也做了上述实验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列举。
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 (13)

1.一种水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水玻璃旧砂粉碎并与硫酸亚铁水溶液加入到离心搅拌圆桶内，所述的离心搅拌圆桶底部设置有超声波发射棒、离心搅拌电机和电加热装置，水玻璃旧砂在离心搅拌圆桶内进行机械-超声波湿法再生；
(2)将再生后的砂水混合物进行脱水处理，得到湿再生砂和废水溶液，将所述的湿再生砂进行干燥处理，过筛，得到水玻璃再生砂。
2.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中粉碎后的水玻璃旧砂过20-40目筛处理，水玻璃旧砂的粒径小于0.6mm。
3.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中硫酸亚铁水溶液的浓度为5-20g/L。
4.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:0.8-1.2。
5.根据权利要求4所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中水玻璃旧砂与硫酸亚铁水溶液的体积比为1:1。
6.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中超声波发射棒的频率为35-45kHz，分布频率为300-330cm2/个，离心搅拌电机的转速为60-400r/min，电加热的温度为40-80℃。
7.根据权利要求6所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中超声波发射棒的频率为40kHz，分布频率为315cm2/个，离心搅拌电机的转速为230r/min，电加热的温度为60℃。
8.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中机械-超声波湿法再生的再生时间为25-35min。
9.根据权利要求8所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(1)中机械-超声波湿法再生的再生时间为30min。
10.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(2)中脱水采用气压脱水。
11.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(2)中脱水处理的脱水率≥95％。
12.根据权利要求1所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(2)中过100-200目筛。
13.根据权利要求12所述的水玻璃旧砂再生方法，其特征在于，步骤(2)中过140目筛。
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