CN112207229A - 一种无机粘结剂再生砂的处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无机粘结剂再生砂的处理方法及应用，所述的方法为将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，静置进行反应，加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。经过本发明处理的再生砂，彻底摆脱了无机粘结剂再生砂只能用在无机类型造材料，实现了可用于有机类的树脂砂生产，极大的拓展了不同类型废砂再生利用的渠道；采用本发明的方法降低对无机粘结剂旧砂再生的工艺需求，该类旧砂简单处理即可实现100％替代新砂使用，经过本发明的方法处理的再生砂的耐火度、粘结强度等性能较新砂提高20％以上。

Description

一种无机粘结剂再生砂的处理方法及应用

技术领域

本发明属于铸造旧砂再利用技术领域，具体涉及一种无机粘结剂再生砂的处理方法及应用。

背景技术

我国的硅砂资源有限，铸造废砂的再利用对铸造旧砂的再生工艺的完善，替代新砂循环利用是实现企业节能减排和我国铸造产业绿色化生产的紧迫要求与必然趋势。

常见的铸造造型材料有：无机粘结剂水玻璃砂、有机类的酚醛树脂砂等。铸造旧砂再生工艺很多，比如机械再生、热法再生或湿法再生，或者上述几种再生工艺的联合，再生砂的某些性能都不能完全替代新砂，主要原因如下：

(1)机械再生破坏了砂表面的光滑度，从而降低砂的流动性、树脂包覆的强度，影响制芯、造型的紧实度；

(2)在砂粒沟壑区域，存在残留的物质(膨润土、涂料、碳化的树脂膜等)，影响到再生砂的耐火度，降低再生砂的品质，必须掺入一定量的新砂才能使用；

(3)对于硅酸盐类的无机粘结剂旧砂，这些残余的硅酸盐会吸附在砂的沟壑区域，几乎不能被去除。

由于硅酸盐的活性是可逆的，它在吸湿后，又会恢复活性，热芯酚醛树脂覆膜砂生产时，必需要加入固化剂乌洛托品的水溶液，利用砂的余热将水分蒸发掉，而再生砂残留的硅酸盐就会吸收该部分的水分，提高覆膜砂的含水量，还影响有机酚醛树脂和固化剂的交联反应，从而降低覆膜砂的性能。

目前，无机粘结剂再生砂，不能用于覆膜砂的生产，再生砂只能回到无机粘结剂砂系统中运用，而且必须加入一定量的新砂。

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，本发明提供了一种无机粘结剂再生砂的处理方法及应用，采用本发明的方法处理的无机粘结剂再生砂可以用于覆膜砂的生产，降低对无机粘结剂旧砂再生工艺需求，提高了再生砂的耐火度、粘结强度等性能。

本发明的第一目的，提供了一种无机粘结剂再生砂的处理方法，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，静置进行反应，加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

本发明的无机粘结剂再生砂的处理原理如下：

再生砂沟壑里面的残留硅酸盐粘结剂→吸水→恢复活性→具有粘结力→吸附烧结剂→再脱水固化→形成稳定、耐热性砂粒骨料。

进一步的，水的质量为烧结剂质量的1-10％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的0.1-5％。

进一步的，按照重量份，所述的烧结剂包括形成剂70-80份、助熔剂5-10份、氧化剂5-10份、还原剂0.5-1份。

进一步的，按照重量份，所述的烧结剂包括形成剂75份、助熔剂7.5份、氧化剂7.5份、还原剂0.75份。

进一步的，所述的形成剂为二氧化硅粉末，所述的助熔剂为氧化钠，所述的氧化剂为硝酸钾或硫酸钾，所述的还原剂为碳。

进一步的，二氧化硅粉末的粒径＜300目。

采用本发明的烧结剂不仅不会降低砂的强度，而且还会增加砂的常规强度。再生砂沟壑里面残留的硅酸盐粘结剂同样可以作为助熔剂。

铸件的浇注温度一般都在1360℃以上，而酚醛树脂的碳化温度为650-800℃，对于厚大铸件还没有完全凝固，砂芯(型)持续受热就会迅速溃散，从而降低覆膜砂的耐火度，导致铸件进度尺寸不良等缺陷。

在750℃左右，烧结剂的化学成分能和硅砂中的二氧化硅、再生砂表面的硅酸盐、酚醛树脂分解后残留的少量碳(作为还原剂)发生反应，能够形成高耐热性陶瓷类(玻璃类)的物质，此工艺可以替代宝珠砂、陶粒砂等特种砂使用，提高砂的整体耐热性，实现了有机和无机的有效结合，适用于大型铸钢件的生产。

进一步的，静置时间为10-30min，静置反应温度为20-80℃。

进一步的，静置时间为20min，静置反应温度为50℃。

本发明人经过大量的试验筛选得到上述的静置时间和反应温度，通过试验发现，温度太低，残留硅酸盐的活性恢复太慢，会延长静置时间，温度太高，水份会迅速蒸发，也不利于残留硅酸盐吸收水份。

再生砂表面的硅酸盐吸收水份，恢复活性后的硅酸盐有一定的粘结性，紧紧和烧结剂粉末粘附在一起，可以实现如下功效：

a)烧结剂粉末能够和硅酸盐的混合料，填充再生砂表面的沟壑，改善再生砂的圆整度，增加连接桥，提高树脂在砂粒表面的包覆强度；

b)由于烧结剂包覆在残留硅酸盐表面，可阻隔覆膜砂混制时再次吸收水份，带来的恶劣影响。

进一步的，加热处理的温度为120-150℃。

进一步的，加热处理的温度为135℃。

本发明中采用加热处理的目的是为了蒸发残余水份，硅酸钠脱水固化，紧紧的包覆烧结剂，以及为后续树脂融化包覆提供热源。

本发明的第二目的，提供了一种所述的处理方法得到的处理后的无机粘结剂再生砂在覆膜砂中的应用。

本发明中将处理后的再生砂制备覆膜砂采用现有技术制备而成，覆膜砂的制备方法不在本发明的保护范围之内，此外，本发明中的无机粘结剂再生砂均采用现有技术制备而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)经过本发明处理的再生砂，彻底摆脱了无机粘结剂再生砂只能用在无机类型造材料，实现了可用于有机类的树脂砂生产，极大的拓展了不同类型废砂再生利用的渠道；

(2)采用本发明的方法降低对无机粘结剂旧砂再生的工艺需求，该类旧砂简单处理即可实现100％替代新砂使用，经过本发明的方法处理的再生砂的耐火度、粘结强度等性能较新砂提高20％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的未处理的无机粘结剂再生砂；

图2是经过本发明实施例2的方法处理后的无机粘结剂再生砂。

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。

实施例1

本实施例的一种无机粘结剂再生砂的处理方法，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，水的质量为烧结剂质量的1％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的0.1％，所述的烧结剂包括二氧化硅粉末70份、氧化钠10份、硝酸钾5份、碳1份，静置进行反应10min，反应温度为80℃，在120℃下加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

实施例2

本实施例的一种无机粘结剂再生砂的处理方法，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，水的质量为烧结剂质量的5.5％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的2.5％所述的烧结剂包括二氧化硅粉末75份、氧化钠7.5份、硫酸钾7.5份、碳0.75份，静置进行反应20min，反应温度为50℃，在135℃下加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

实施例3

本实施例的一种无机粘结剂再生砂的处理方法，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，水的质量为烧结剂质量的10％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的5％所述的烧结剂包括二氧化硅粉末80份、氧化钠5份、硝酸钾10份、碳0.5份，静置进行反应30min，反应温度为20℃，在150℃下加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

实施例4

本实施例的一种无机粘结剂再生砂的处理方法，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，水的质量为烧结剂质量的4％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的1.5％，所述的烧结剂包括二氧化硅粉末72份、氧化钠9份、硫酸钾6份、碳0.9份，静置进行反应15min，反应温度为60℃，在140℃下加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

本发明以下的试验例中覆膜砂的制备采用现有技术制备而成，具体的原料及制备方法与专利CN108971417B实施例1中相同，只是将铬铁矿砂替换为无机粘结剂再生砂。

以下试验例中的无机粘结剂再生砂通过如下方法制备而成：

1)无机粘结剂废砂，用机械破碎成为单颗粒砂，目的是为了砂粒受热均匀；

2)上述单颗粒砂在600-700℃加热焙烧0.5-5h，去废砂里的低熔点物质；

3)焙烧后的砂，进行冷却筛分，得到无机粘结剂再生砂。

试验例1

将实施例1-4处理后的再生砂与未处理的无机粘结剂再生砂、内蒙标准新砂采用相同的方法制备成覆膜砂，检测制备的覆膜砂的性能，结果如表1所示。

表1

从表1的数据中可以看出，经过本发明的方法处理后的再生砂制备的覆膜砂的的常温抗拉强度明显提高，覆膜砂含水量降低，可使用时间和1000℃下的耐高温时间显著提高。

试验例2

研究静置反应的温度对制备的覆膜砂常温抗拉强度的影响

只改变静置反应的温度，其他均与实施例2相同对无机粘结剂再生砂进行处理，将处理后的再生砂按照相同的方法制备成覆膜砂，检测覆膜砂的常温抗拉强度，结果如表2所示。

表2

温度(℃)	10	15	20	50	80	85	90
								常温抗拉强度(MPa)	3.14	3.20	3.32	3.70	3.44	2.43	2.51

从表2的数据中可以看出，静置反应的温度对覆膜砂的抗拉强度具有较大的影响，温度过高，抗拉强度显著降低，这样由于温度太高，水份蒸发太快，不利于硅酸盐吸收水份，烧结剂不利于在砂粒表面粘附，降低了砂粒表面树脂的包覆，进而降低了抗拉强度，温度太低，抗拉强度变化不是很大，但是温度过低，残留硅酸盐的活性恢复太慢，延长静置时间，降低生产效果，综合上述因此，本发明选择温度20-80℃下具有最好的效果。

此外，从图1未处理的再生砂和图2经过本发明的实施例2的方法处理的再生砂的中可以看出，通过本发明的方法处理后的再生砂的表面圆整。

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 (10)

1.一种无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，将无机粘结剂再生砂、烧结剂和水搅拌均匀，静置进行反应，加热处理，得到处理后的无机粘结剂再生砂。

2.根据权利要求1所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，水的质量为烧结剂质量的1-10％，烧结剂的质量为无机粘结剂再生砂质量的0.1-5％。

3.根据权利要求1或2所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，按照重量份，所述的烧结剂包括形成剂70-80份、助熔剂5-10份、氧化剂5-10份、还原剂0.5-1份。

4.根据权利要求3所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，按照重量份，所述的烧结剂包括形成剂75份、助熔剂7.5份、氧化剂7.5份、还原剂0.75份。

5.根据权利要求3或4所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，所述的形成剂为二氧化硅粉末，所述的助熔剂为氧化钠，所述的氧化剂为硝酸钾或硫酸钾，所述的还原剂为碳，优选的，二氧化硅粉末的粒径＜300目。

6.根据权利要求1所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，静置时间为10-30min，静置反应温度为20-80℃。

7.根据权利要求6所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，静置时间为20min，静置反应温度为50℃。

8.根据权利要求1所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，加热处理的温度为120-150℃。

9.根据权利要求8所述的无机粘结剂再生砂的处理方法，其特征在于，加热处理的温度为135℃。

10.一种权利要求1-9任意一项处理方法得到的处理后的无机粘结剂再生砂在覆膜砂中的应用。

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