CN114367631A - 固液废弃物复合再生利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固液废弃物复合再生利用工艺。本发明固液废弃物复合再生利用工艺依靠特定配比的铸造废灰、废切削液、石膏粉和铸造废砂经焙烧工艺获得陶粒，将再生砂半成品碾磨、除杂得再生砂成品，不仅实现综合利用铸造废砂、铸造废灰、废弃切削液等铸造机加固液废弃物，而且还制备获得性能优良的陶粒成品和再生砂成品，实现经济效益。

Description

固液废弃物复合再生利用工艺

技术领域

本发明涉及废弃物处理技术领域，具体涉及一种铸造机加固液废弃物复合再生利用工艺及利用该复合再生利用工艺制备获得的陶粒和再生砂。

背景技术

铸造与机加是现代化工业生产的基础。随着科技进步和社会发展，对铸造以及机加生产的要求越来越高，特别是对生产过程中产生的固液废弃物的环保化处理要求越来越高。

常见的铸造工艺过程为砂型铸造，也是当前体量最大的铸造工艺过程。砂型铸造过程中会产生大量铸造废砂、铸造废灰。其中，铸造废砂的主要成分是硅砂、金属颗粒、粘接剂等；铸造废灰主要成分有煤粉、硅粉、其他粉尘等。以上二者均属于工业固废材料，随意放置时会占用大量的堆场，同时会对周围的土壤、空气、水质产生恶劣影响，严重污染周围的生态环境。

铸造工艺生产的铸件还需要进行机械加工。机械加工过程中会使用切削液。切削液在循环使用过程中，会混入一定量的杂质，如金属颗粒、粉尘、磨料粉粒、杂油等物质。当这些杂质含量较高时，会加速切削液的氧化变质，导致切削液失效。失效的切削液废弃，随意排放后依然会导致周围环境的严重污染。

因此，如何有效回收利用铸造废砂、铸造废灰、废弃切削液等机械生产行业的固体废弃物或液体废弃物已成为亟待解决的难题。

虽然专利文献CN2018111655611A公开了一种铸造除尘灰无害化处理方法：先去掉除尘灰中的金属粉末，将净化后的除尘灰与铸造废砂进行混合焙烧，焙烧完成后，再生砂的机械再生阶段收集除尘灰，向再次收集的除尘灰中加入硅酸盐水泥、减水剂、可分散胶粉、木质纤维和清水，搅拌均匀形成灰料进行造粒。但是，该技术过程中铸造除尘灰在使用前需要进行处理，去除的金属粉末无法回收利用，增加了处理难度。铸造废灰融入到铸造废砂中后，在再生过程中会分散到再生砂中，会恶化再生砂的性能，尤其在耗酸值性能上。由于铸造废灰细粉颗粒的存在，碱性物质增加，耗酸值会急剧增加。再生砂在后期的使用过程中会导致砂型强度偏低，使用后会出现铸件表面质量变差。

另外，虽然专利文献CN108865400A公开一种切削废液再生回用处理装置及工艺，其中切削废液回收处置包括用于使微米级油滴凝聚成大粒径油滴的分子碰撞凝聚反应腔体、用于除去大粒径油滴及颗粒物的分离模块及用于杀菌及性能修复处理的紫外光催化氧化模块。该发明处理工艺耦合了分子碰撞凝聚技术、异相油污分离及颗粒物去除技术和光催化高级氧化技术，三者的作用除去切削废液中的机械加工污油，改善发黑发臭现象。但是，该发明处理工艺是利用物化和生化手段结合处理切削废液，且并未针对性解决油水分离、废水达标排放和资源有效利用的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够综合利用铸造废砂、铸造废灰、废弃切削液等铸造机加固液废弃物的复合再生利用工艺，该复合再生利用工艺利用废切削液(含有矿物油、乳化剂以及分散剂)和铸造废灰(含煤灰成分)燃烧释放热量使焙烧温度持续恒定在650～850℃，减少焙烧工艺中的燃气使用量，降低能源消耗。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，包括如下步骤：将铸造废灰80～100份、废切削液10～20份、石膏粉10～15份混合搅拌，得第一混合物料；将所述第一混合物料进行造粒，获得废灰陶粒；将所述废灰陶粒10～15份、铸造废砂80～100份震动混合，得第二混合物料；将所述第二混合物料焙烧，得含再生砂半成品和陶粒的混合物；将所述含再生砂半成品和陶粒的混合物进行筛分，得再生砂半成品和陶粒成品；将所述再生砂半成品碾磨，除杂，得再生砂成品。

在其中一些实施例中，所述造粒的工艺参数为：造粒机倾斜角30～45°，电机频率40～50Hz，直至废灰陶粒的颗粒直径达5～10mm。

在其中一些实施例中，所述焙烧的工艺参数为：焙烧温度650～850℃，焙烧时间8～12h。

在其中一些实施例中，所述碾磨的工艺参数为：碾磨电机转速40～60Hz，碾磨时间50～70min。

在其中一些实施例中，所述除杂包括磁铁分选除杂和多层摇筛筛分除杂。优选地，所述磁铁分选除杂的工艺参数为：磁铁吸力N200/D2*0.4，磁选皮带尺寸2m*0.4m。

本发明还提供上述固液废弃物复合再生利用工艺制备获得的陶粒成品，所述陶粒成品：粒度5～20mm，堆积密度300～450kg/m³，筒压强度12～15MPa。

本发明还提供上述固液废弃物复合再生利用工艺制备获得的再生砂半成品，所述再生砂成品的理化指标为：耗酸值6～8mL/(50g)，灼减≤0.05％，含泥量≤0.2％。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明固液废弃物复合再生利用工艺依靠特定配比的铸造废灰、废切削液、石膏粉和铸造废砂经焙烧工艺获得陶粒，将再生砂半成品碾磨、除杂得再生砂成品，不仅实现综合利用铸造废砂、铸造废灰、废弃切削液等铸造机加固液废弃物，而且还制备获得了性能优良的陶粒成品和再生砂成品。本发明固液废弃物复合再生利用工艺能合理、安全、环保地回收铸造废砂、铸造废灰、切削废液，通过复合工艺技术手段同时回收再利用以上三种废弃物，复合再生利用工艺产物能继续利用，产生一定的经济价值。本发明固液废弃物复合再生利用工艺在实际使用过程中，还能够利用废旧切削液供能燃烧的特点，促进减少焙烧炉的燃气消耗，降低能源消耗，生产工艺过程环保节能，具有极高的经济效益。

本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，陶粒由铸造废灰、石膏制备而成，原料广泛，便于大批量的生产制备。本工艺生产出来的陶粒内部为封闭孔洞的中空结构，质地较轻。陶粒经过烧结作用后，内部产生烧结固相，主要为莫来石结晶体组合物，具有很高的强度。因此，本发明固液废弃物复合再生利用工艺制备的陶粒的综合性能较为优秀，可以作为隔音降噪的填充物使用。

本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，再生砂经过焙烧后去除有机物杂质，其灼减大大降低；经过机械碾磨后，砂粒表面的附着物被剥离去除，再生砂的微粉含量降低；经过分选后，砂粒中的磁性杂质颗粒被有效的去除，再生砂的耗酸值显著下降。因此，本发明固液废弃物复合再生利用工艺制备的再生砂的综合性能优良，可以重复利用在铸造生产中，实现固废、危废的循环再利用，具有环保的优点。

附图说明

图1为本发明固液废弃物复合再生利用工艺的工艺路线框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。

以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

关键物料来源及理化参数说明

铸造废灰：铸造生产过程中各工序环节产生的粉尘、颗粒等物质的混合体，主要成分为金属粉末、煤粉、灰尘等。

铸造废砂：正常硅砂经过铸造生产后产生的产物，主要成分为硅砂、金属颗粒、粘接剂等，该产物无法继续回收再利用，一般以固废方式进行处理。

废切削液：机械加工时为了润滑，机加设备使用的水基或油基的液体物质，循环使用后，液体中的金属颗粒、杂质等物质增加，油液的性能降低后导致润滑失效。本申请试验所采用的废切削液检测的物料成分及理化参数为：矿物油50％，防腐剂10％，乳化剂10％，分散剂10％，其他10％。

请结合图1，本发明提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，包括如下步骤：

(1)将铸造废灰(含煤灰成分)、废切削液(含矿物油、乳化剂、分散剂)、石膏粉混合搅拌，得第一混合物料。其中，铸造废灰、废切削液、石膏粉的优选用量比为(80～100):(10～20):(10～15)。

(2)将第一混合物料置于盘式造粒机进行造粒，获得废灰陶粒。

在本步骤中，铸造废灰本身的粘附力相对较小，自身颗粒之间无法自发粘附成球。当切削废液与石膏粉、铸造废灰混合后，切削废液中的液体会浸润石膏粉，石膏粉末润湿后具有一定的粘附性，铸造废灰均匀的分布在石膏粉末中后，在盘式造粒机的作用下，逐渐聚集成球。盘式造粒机在特定的倾斜角度以及转动频率下，能使球的直径控制在5～100mm范围。最后成球的铸造废灰陶粒在含液量为10～15％条件下具有最好的强度。

(3)将废灰陶粒、铸造废砂震动混合，得第二混合物料。其中，废灰陶粒和铸造废砂的优选用量比为(10～15):(80～100)。

(4)将第二混合物料焙烧，得含再生砂半成品和陶粒的混合物。

在上述步骤中，铸造废灰陶粒与铸造废砂混合后，均匀的进入到焙烧炉中。铸造废灰中的煤灰成分、切削废液(含矿物油、乳化剂、分散剂)中的可燃物在燃气的灼烧下会被点燃。可燃物被点燃后释放热量，焙烧炉内部的原始供能的燃气则会减少供应，使温度持续恒定在650～850℃。在此温度条件下经过8～12h的灼烧，铸造废灰陶粒内部的切削废液以及铸造废灰有机物燃烧殆尽，石膏成分在高温条件下产生烧结效膨胀果，切削废液以及铸造废灰中的残留物会固结成团。铸造废砂表面的有机物也在高温条件下灼烧殆尽或在砂粒表面烧结硬化得到再生砂半成品。

(5)将含再生砂半成品和陶粒的混合物进行筛分，得再生砂半成品和陶粒成品。

在本步骤中，陶粒以及再生砂半成品在单层摇筛的作用下发生分离。烧结陶粒在筛网的上层流出收集储存即可。

(6)将再生砂半成品碾磨，再经过磁性分选、筛分除杂，得再生砂成品。

在本步骤中，经过机械碾磨作用将再生砂表面的硬化烧结层碾磨去除，随后经过磁性输送带，去除再生砂中的磁性物质，随后进入多层摇筛。将再生砂筛分成不同的目数的成品，收集存储即可。

该固液废弃物复合再生利用工艺的技术原理及优势说明如下：

(1)石膏粉受到废切削液浸润后能产生黏性，能将切削废液中的金属杂质颗粒、铸造废灰中的颗粒粘附成一体，颗粒物能均匀的分布其中。球状陶粒在后期的焙烧过程中，能自由流动，不需要增加额外的设备进行辅助输送，能大量的节省生产成本。石膏经过后期的焙烧工序后，内部产生膨胀效果，产生一定数量的封闭式孔洞，使烧结陶粒具有重量轻，强度高的优越性能。

(2)一方面，废切削液(含矿物油、乳化剂、分散剂)可以润湿铸造废灰以及石膏粉，增加石膏粉的粘附性；另一方面，切削液本身也作为一种供能燃料在焙烧过程中燃烧供应能量。此过程能降低焙烧时的燃气消耗，解决生产成本。同时在陶粒内部产生燃烧效果，陶粒能在很短的时间内烧制完成，也能提高陶粒的生产效率。

(3)在焙烧陶粒的过程中，铸造废砂表面的有机物也被燃烧殆尽或者烧结硬化结壳。后续机械碾磨时废砂表面的硬化层被碾磨去除。废砂中的磁性颗粒物经过精选设备后，筛选去除，得到的再生砂杂质含量少，酸耗值低，性能优越，完全可以取代新砂重新应用于铸造生产中。

(4)该固液废弃物复合再生利用工艺工艺过程便捷、设备简单、成本低、效果好，彻底消除铸造生产以及机械加工中产生的难处理废物，实现了固废资源化利用，变废为宝的目的。

下面举例说明：

实施例1

请结合图1，本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，包括如下步骤：

S1，将铸造废灰90份、废切削液15份、石膏粉15份置于卧式搅拌机中，混合搅拌，搅拌机转速为150～250R/min，转动时间10min，得第一混合物料。

S2，将第一混合物料转入盘式造粒机中造粒，造粒机倾斜角30～45°，电机频率40～50Hz，造粒20min，颗粒直径要求5～10mm范围，获得废灰陶粒。

S3，将废灰陶粒15份、铸造废砂100份置于混合震动筛中震动混合，震动筛频率5～10Hz，震动时间30～45s，得第二混合物料。第二混合物料出料，进入斗提设备，随后进入缓存斗中储存备用。

S4，将第二混合物料通过螺旋给料机从缓存斗中转入焙烧炉中焙烧，焙烧温度650～850℃，焙烧时间8～12h，得含再生砂半成品和陶粒的混合物。

S5，将含再生砂半成品和陶粒的混合物进行筛分，单层摇筛(筛网孔径20目)筛分后，分别得再生砂半成品和陶粒成品。

S6，将再生砂半成品通过机械碾磨设备碾磨，研磨工艺参数为：碾磨时间1h，碾磨电机转速50Hz。

S7，碾磨后的再生砂半成品经过磁选带精选：磁铁吸力N200/D2*0.4，磁选皮带尺寸2m*0.4m除杂。

S8，经过磁选带精选的再生砂再通过多层摇筛(筛网孔径40目、70目、140目)筛分，得到不同粒径的再生砂成品。

实施例2

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废灰、废切削液、石膏粉的重量比为100:10:10。

实施例3

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废灰、废切削液、石膏粉的重量配比为100:20:15。

实施例4

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废灰、废切削液、石膏粉的重量配比为80:15:12.5。

实施例5

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废砂和废灰陶粒的重量比为100:10。

实施例6

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废砂和废灰陶粒的重量比为80:10。

实施例7

本实施例提供一种固液废弃物复合再生利用工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别仅在于铸造废砂和废灰陶粒的重量比为90:13。

对比例1

本实施例提供一种废弃物再生工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别在于不含铸造废灰。

对比例2

本实施例提供一种废弃物再生工艺，与工艺步骤与实施例1基本相同，区别在于不含废切削液。

以单铸造废砂再生效率5T/h、燃气消耗20m³/T为参考依据，分别对实施例1至7固液废弃物复合再生利用工艺以及对比例1和2的过程进行监测，统计结果见下表：

生产效率及能够统计表

另外，实施例1至7的固液废弃物复合再生利用工艺制备获得的陶粒成品：粒度5～20mm，堆积密度300～450kg/m³，筒压强度12～15MPa。

实施例1至7的固液废弃物复合再生利用工艺制备获得的再生砂半成品：耗酸值6～8mL/(50g)，灼减≤0.05％，含泥量≤0.2％。

值得说明的是，发明人团队在大量的探究试验中发现：

(1)本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，切削液比例严格控制为占铸造废灰10～20％范围，石膏粉控制为占铸造废灰10～15％范围，优选铸造废灰、废切削液、石膏粉的重量比为80～100:10～20:10～15。切削液含量过多会导致后期成球困难，陶粒球的湿强度不够。切削液含量过低，导致铸造废灰无法有效的粘接，易提前溃散。石膏粉过多，则整体工艺的生产成本提高；石膏粉过少，则无足够的粘接材料，导致陶粒无法成球。

(2)本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，原料混合好后进入成球盘中进行成球，成球设备的倾斜角要求30～45°，转动频率40～50Hz。倾斜角度偏小则球径变大，倾斜角度偏大则球径变小。转动频率过小，则球径变大。陶粒球径的异常变化将不适于后续工艺的进行。

(3)本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，焙烧炉在加热焙烧的过程中，温度应控制在650-850℃范围。温度过低，则陶粒烧结效果不佳，铸造废砂热法再生效果不好。温度过高，浪费过多的能源，导致生产成本增加。

(4)本发明固液废弃物复合再生利用工艺中，碾磨是为了去除热法再生后的再生砂表面的烧结体，碾磨不充分则再生砂表层烧结层残留过多影响再生效果，碾磨过量会导致再生砂破碎率升高，再生砂出品率降低。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将铸造废灰、废切削液、石膏粉混合搅拌，所述废切削液中含有矿物油、乳化剂以及分散剂，得第一混合物料；

将所述第一混合物料进行造粒，获得废灰陶粒；

将所述废灰陶粒、铸造废砂震动混合，得第二混合物料；

将所述第二混合物料焙烧，得含再生砂半成品和陶粒的混合物；

将所述含再生砂半成品和陶粒的混合物进行筛分，得再生砂半成品和陶粒成品；

将所述再生砂半成品碾磨，除杂，得再生砂成品。

2.根据权利要求1所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述第一混合物料中，铸造废灰、废切削液、石膏粉的用量比为(80～100):(10～20):(10～15)。

3.根据权利要求2所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，废灰陶粒和铸造废砂的用量比为(10～15):(80～100)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述废切削液中含有矿物油、乳化剂以及分散剂，所述铸造废灰含有煤灰成分，燃烧释放热量使焙烧温度持续恒定在650～850℃，减少焙烧工艺中的燃气使用量。

5.根据权利要求1至3任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述造粒的工艺参数为：造粒机倾斜角30～45°，电机频率40～50Hz，直至废灰陶粒的颗粒直径达5～10mm。

6.根据权利要求1至3任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述焙烧的工艺参数为：焙烧温度650～850℃，焙烧时间8～12h。

7.根据权利要求1至3任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述碾磨的工艺参数为：碾磨电机转速40～60Hz，碾磨时间50～70min。

8.根据权利要求1至3任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述除杂包括磁铁分选除杂和多层摇筛筛分除杂。

9.根据权利要求8所述的固液废弃物复合再生利用工艺，其特征在于，所述磁铁分选除杂的工艺参数为：磁铁吸力N200/D2*0.4，磁选皮带尺寸2m*0.4m。

10.权利要求1至9任一项所述的固液废弃物复合再生利用工艺制备获得的陶粒成品或者再生砂成品。

Images