CN1116225C - 二氧化碳硬化水玻璃旧砂的化学再生法 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳硬化水玻璃旧砂的化学再生法，在市售水玻璃中先加入氢氧化钠NaOH和水，再将此调整好的低模数水玻璃加入到水玻璃旧砂中，使新、旧水玻璃反应后的产物处于模数—浓度临界值之下，得到可有足够回用时间的回用砂，然后吹CO2硬化。本发明有效利用水玻璃旧砂，节省了优质硅砂资源，而且避免对环境的污染，价廉而又生产方便，具有显著的经济效益，可用作铸铁单一砂。
Description
本发明涉及一种水玻璃旧砂的化学再生法，尤其涉及一种二氧化碳硬化水玻璃旧砂的化学再生方法，属于化学材料技术领域。
水玻璃旧砂中残留的氧化钠Na2O量愈高，则回用性愈差。最主要的问题是，旧砂回用时可用时间太短，来不及进行混砂和造型。所以人们便想方设法将Na2O除去，并以Na2O除去率作为各种旧砂再生法的评价。
现有技术中，传统使用的水玻璃再生方法为物理再生法，可分为湿法再生和干法再生两大类。湿法再生的原理是将残留Na2O用水溶解掉，将水玻璃旧砂经磁选、粉碎、过筛和二次磁选后，浸泡在冷水、热水或稀碱水中，辅以强力搅拌或超声震荡，Na2O的除去率可达80％～90％，再生砂中残留Na2O可降低到0.1％以下。但湿砂需要经过过滤、淋洗、甩干、烘干和气流冷却等多步骤的处理，耗能量极大，而且大量废水必须经过净化处理后才能排放，步骤繁复、设备庞大昂贵，能量消耗大，再生费用几乎与新砂价格持平，只能得到保护环境的间接效益。国内外比较偏向于采用干法再生，其原理是用机械磨擦除去残留Na2O。但砂粒表面的废水玻璃膜具有很强的韧性，机械磨擦一般只能除去Na2O的10％～30％。即使经过极长时间的磨擦，也不会超过50％，但此时机件磨损过度，砂粒破碎率过高，动力消耗太大，并不可取。为了提高废水玻璃膜的脆性，有人提出将经过磁选、粉碎和过筛的旧砂预热到350℃左右，再进行机械磨擦。据介绍Na2O的除去率可达到50％以上，甚至60％，但加热容易冷却难，再生砂冷却到室温以上20～30℃时，就很难冷却下来，必须用强大的气流将整个砂层吹扬起来进行冷却。设备和运转费虽然稍低于湿法，但Na2O除去率也比较低，勉强满足再生回用的要求。
我国一年产生的水玻璃旧砂有600万至800万吨，如果不经再生回用而直接抛弃，不仅浪费优质硅砂的资源，而且造成严重的环境碱性污染，所以寻求价廉而又方便的旧砂再生法的呼声非常迫切。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的二氧化碳硬化水玻璃旧砂的化学再生方法，使之具有生产处理方便，成本低廉的优点，又不会对环境造成污染，能有效地保护环境。
为达到这样的目的，本发明人在多年的研究中发现，视残留Na2O有百害而无一利的传统观点并不正确。以二氧化碳硬化的水玻璃砂为例，浇注后的旧砂中，残留Na2O大致可以区分为三部分。5％～10％的Na2O存在于不溶性的玻璃态中；30％～35％的Na2O则以碳酸钠的状态分散在废水玻璃膜中；50％～65％的Na2O则以失水水玻璃的状态存在。第三部分Na2O有一非常可贵的性质，即其化学可逆性，即水玻璃可因失碱和失水而固化，固化水玻璃也可以因复碱和复水而恢复液体状态。
不同模数的水玻璃都有一个临界浓度值，超过临界浓度值其粘度便直线上升，导致失去流动性而固化。
一个加有模数2.3，含固量42％的水玻璃5％～6％重量的水玻璃砂，固化和浇注后得出的旧砂不经处理而直接回用，往回用砂中加入同样数量的新水玻璃，废水玻璃的第三部分Na2O重新溶解入新水玻璃中。可以推算出，二种水玻璃的反应混合物的模数大致为2.9～3.1，硅酸钠浓度57％～59％。远远超过临界值，在混砂过程中即已趋向固化，所以它没有足够的可用时间来完成混砂和造型过程。
旧砂除去残留Na2O超过50％时，反应混合物的模数和浓度才会在临界以下。所以第三部分Na2O的可逆性是导致回用砂的可用时间过短的直接原因。
但若掌握了这种可逆性，因势利导，妥善地调节新加入水玻璃的模数和浓度，使新旧两种水玻璃的反应混合物处在临界值以下，则不仅回用砂可以有足够的可用时间，而且可以使废水玻璃部分恢复其粘结能力，从而减少新水玻璃加入的量，降低生产成本。
由此，本发明的技术方案是在市售水玻璃中先加入氢氧化钠NaOH和水，使它的模数为1.3～1.8，浓度为39％～43％，再将此调整好的低模数水玻璃加入到残留Na2O为0.32％～0.40％的水玻璃旧砂中，使新、旧水玻璃反应后的产物处于模数—浓度临界值之下，得到可有足够回用时间的回用砂，然后吹CO2硬化。
本发明必须与物理再生法相配合(或用机械法磨擦去一部分残留Na2O，或掺入适量新砂)，使本发明中水玻璃旧砂的残留Na2O维持一个适宜的水平，因为旧砂不能无限制地采用化学再生法，否则残留Na2O将不断积累。旧砂中残留Na2O在0.32％～0.40％之间可以用作铸铁单一砂，循环使用。
本发明有效利用水玻璃旧砂，节省了优质硅砂资源，而且避免对环境的污染，价廉而又生产方便，具有显著的经济效益。
以下通过具体的对照例和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
对照例和实施例中的水玻璃旧砂为：经机械摩擦或掺入新砂，使残留Na2O在0.32％～0.40％的范围。
往新砂和旧砂各加m＝2.26和m＝1.76的水玻璃5％，室温14℃，相对湿度70％，吹CO20.08Mpa/30s，硬化结果如下：
从上表可以看到，旧砂中加m＝2.26水玻璃时，不足2小时即结成硬块，不能使用；旧砂中加m＝1.76水玻璃时，混砂四小时，吹CO2后即时压强达到0.8Mpa，24后压强1.2Mpa，可用时间超过4小时。以上例子已足以证明CO2硬化的水玻璃旧砂可以通过本发明的化学再生法，使一部分残留Na2O恢复其黏结能力。
Claims (1)
1.一种二氧化碳硬化水玻璃旧砂的化学再生法，其特征在于在市售水玻璃中先加入NaOH和水，使它的模数为1.3～1.8，浓度为39％～43％，再将此调整好的低模数水玻璃加入到残留Na2O为0.32％～0.40％的水玻璃旧砂中，使新、旧水玻璃反应后的产物处于模数—浓度临界值之下，得到回用砂，然后吹CO2硬化。
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