CN117798323A - 一种无机铸造废砂再生利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无机铸造废砂再生利用的方法，属于铸造废砂再生技术领域，其制备方法包括以下步骤：步骤1、配置改性溶液；步骤2、破碎，筛分得到预处理废砂；步骤3、将改性溶液加入预处理废砂；步骤4、继续加入碳酸盐，获得一次再生砂；步骤5、将所述一次再生砂高温热风烘干研磨；步骤6、将步骤5所述一次再生砂焙烧；步骤7、冷却筛分，得到再生砂。通过湿法再生和热法机械再生组合对Na2O有较高的去除率，良好去除无机杂质，水消耗量小且再生过程引入的杂质少，不破坏砂粒表面的结构和特性，保证再生砂的使用性能，回收率高；所采用的改性剂均为普通的无机盐，无毒性且成本低廉，对环境十分友好。
Description
技术领域
本发明涉及铸造废砂再生技术领域，且特别涉及一种无机铸造废砂再生利用的方法。
背景技术
无机粘结剂砂，又称之为无机砂，是以原砂为骨料(烘干砂、焙烧砂、海砂)，所用粘结剂为无机粘结剂，是以改性水玻璃为基，并由激发剂(硬化剂)、交联剂、流变剂、溃散剂等多组分构成。制芯过程中，改性水玻璃中的硅酸钠在CO2或高温脱水的作用下形成硅酸凝胶，从而具备粘结强度。
无机砂具有强度高、成本低、工艺简单、无臭、环保、能耗低、铸造质量好、缺陷少等优点，在铸造过程中不产生刺激性气味和有毒气体，对操作工人的身体没有危害，是最有可能实现绿色铸造的造型材料，所以在铸造领域是运用比较广的造型材料。
然而在浇铸时金属液生产的高温(大于800℃)，水玻璃会和硅砂中的SiO2发生化学反应，形成一层凝胶玻璃体，这种玻璃体非常牢固的吸附在硅砂表面形成惰性的粘结层，用普通的热法或者机械再生工艺很难有效去除；常规的湿法对铸造废砂进行再生，又存在污泥、污水处理的难题，化学法将有害和无害Na2O在实际使用过程中并没有办法完全区分,重复使用造成Na2O的累积更加严重，残留的化学试剂不仅影响再生砂性能，而且再生砂使用过程中伴有恶臭气味的产生，经常造成操作工出现头晕，恶心等症状，危害认的身体健康。生物法目前处于基础研究阶段,尚不能应用。虽然水玻璃是一种环保型的粘结剂，废砂再生利用难度很大，或者再生砂品质差，再生砂的质量控制也缺少相应的检测方法和标准，成为限制水玻璃铸造材料粘结剂使用的重要瓶颈。因此，开发一种无机铸造废砂再生的新工艺尤为重要，为绿色铸造提供源动力。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种无机铸造废砂再生的方法。所述方法具有用水量少，Na2O去除率高，杂质含量少，再生砂品质高的特点。
本发明采用的技术方案是：
一种无机铸造废砂再生利用的方法，包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中，氯化铝质量百分含量为1％-3％，氯化铵质量百分含量为1％-3％；所述改性溶液的PH为3-5；
步骤2、将无机废砂破碎，筛分后获得预处理废砂；
步骤3、向所述预处理废砂中加入所述改性溶液，搅拌混合，至所述混合物料的pH值为6±0.8，停止加入所述改性溶液；
步骤4、继续向所述混合物料中加入碳酸盐，持续搅拌，至所述混合体系的pH值为为7±0.5，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将所述一次再生砂投入研磨机中，热风烘干、研磨；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
进一步的，步骤3中所述搅拌的速度为50-100r/min。
进一步的，步骤4中所述搅拌的速度为50-100r/min。
进一步的，步骤4所述碳酸盐选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种。
进一步的，步骤5所述研磨的研磨轮转速为1440-1700r/min，研磨的时间为30-45min。
进一步的，步骤5所述热风的温度为200-250℃。
进一步的，步骤6所述焙烧炉的温度为550-570℃，焙烧时间为6-8h。
本发明还提供了如上所述方法制备获得的无机再生砂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种无机铸造废砂再生利用的方法，将化学法、机械加热法紧密结合运用到无机废砂再生中，对无机砂进行高效再生。利用改性溶液与水玻璃的化学反应，处理可以去除约70-75％的Na2O，研磨、焙烧工艺可以将Na2O去除率提升到95％以上，同时，再生工艺对于废砂的损伤极小，耗水量少，得到的再生砂品质高。此外，该再生工艺的操作简单方便，对设备要求不高，适合应用于大规模的工业化生产。采用本发明再生的废砂制作的砂型具有砂型强度高、不易粘砂、不易出现夹砂、落砂溃散性好等优点，可降低铸造过程中清砂、修补等工序的成本。
2、利用氯化铵与水玻璃反应产生的氨气使得表面残留粘结剂产生裂纹，不仅增大与改性溶液的有效接触面积，还增强研磨机的研磨作用，使硅酸盐更有效的从砂粒表面脱离。同时，加入碳酸盐进一步提高再生砂强度。
附图说明
图1为本发明再生流程示意图。
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无机铸造废砂再生利用的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中，氯化铝质量百分含量为1％-3％，氯化铵质量百分含量为1％-3％；所述改性溶液的PH为3-5；
步骤2、将无机废砂破碎，筛分后获得预处理废砂；
步骤3、向所述预处理废砂中加入所述改性溶液，搅拌混合，至所述混合物料的pH值为6±0.5，停止加入所述改性溶液；
步骤4、继续向所述混合物料中加入碳酸盐，持续搅拌，至所述混合体系的pH值为为7±0.5，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将所述一次再生砂投入研磨机中，热风烘干、研磨；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
在步骤2的混合过程中，废砂表面的无机粘结剂模(主要成分为硅酸钠盐及其相应氧化物)与改性溶液反应，主要反应如式(1)-式(3)所示：
Na2SiO3+2NH4Cl＝2NaCl+2NH3↑+H2SiO3↓ (1)
3Na2SiO3+2AlCl3+6H2O＝2Al(OH)3↓+6NaCl+3H2SiO3↓ (2)
Na2SiO3+2NH4Cl＝H2SiO3↓+2NaCl (3)
式(1)中生成的氨气逸出，使沙粒表面的无机膜不连续，促进硅酸钠盐及其相应氧化物脱离沙粒，并使之生产较蓬松的结构，便于后期研磨；通过控制pH以避免由于氯化铵加入过量，导致在后续再生步骤中，以及再生砂使用过程中恶臭气味的产生。
在步骤3中，碳酸盐与一次再生砂中过量的氯化铝反应生成氢氧化铝反应如式(4)和式(5)所示：
3CO3 2-+2Al3++3H2O＝2Al(OH)3↓+3CO2↑ (4)
Al3++3HCO3 -＝Al(OH)3↓+3CO2↑ (5)
式(3)、式(4)中，预处理废砂中未反应的Al3+与碳酸盐反应生成CO2，可提高再生砂强度，且过程绿色无污染；通过控制pH确定碳酸盐的加入量，使Al3+达到完全沉淀的同时，又不会对设备产生严重腐蚀。
在步骤5和步骤6中，通过高温，可以将一次再生砂表面残留的氯化铵分解，生成氯化氢和氨气，并且产出的气体用水吸收，可以循环利用，并且，降低对设备的腐蚀，其反应如式(6)：
NH4Cl＝NH3↑+HCl↑ (6)
实施例1
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中氯化铝质量百分含量为2.5％，氯化铵质量百分含量为2.5％；所述改性溶液的PH为5.2；
步骤2、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤3、向预处理废砂中加入改性溶液进行搅拌混合，至混合物料pH为6.5，停止加入改性溶液；
步骤4、继续向混合物料加入碳酸钠，持续搅拌，至混合体系pH为7.3，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将一次再生砂投入高温热风研磨机中，保持250℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1700，研磨时间为30min，同时通入温度为250℃焙烧炉尾气；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持570℃，焙烧7h；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
实施例2
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中氯化铝质量百分含量为1％，氯化铵质量百分含量为1％；所述改性溶液的PH为5.0；
步骤2、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤3、向预处理废砂中加入改性溶液进行搅拌混合，至混合物料pH为6.8，停止加入改性溶液；
步骤4、继续向混合物料加入碳酸钠，持续搅拌，至混合体系pH为7.5，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将一次再生砂投入高温热风研磨机中，保持250℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1700r/mim，研磨时间为30min，同时通入温度为250焙烧炉尾气；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持550℃，焙烧6h；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
实施例3
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中氯化铝质量百分含量为3％，氯化铵质量百分含量为3％；所述改性溶液的PH为4.6；
步骤2、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤3、向预处理废砂中加入改性溶液进行搅拌混合，至混合物料pH为6.4，停止加入改性溶液；
步骤4、继续向混合物料加入碳酸钠，持续搅拌，至混合体系pH为7.2，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将一次再生砂投入高温热风研磨机中，保持230℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1440r/min，研磨时间为30min，同时通入温度为230℃焙烧炉尾气；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持560℃，焙烧6.5h；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
对比例1
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中氯化铝质量百分含量为2.5％，氯化铵质量百分含量为2.5％；所述改性溶液的PH为5.2；
步骤2、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤3、向预处理废砂中加入改性溶液进行搅拌混合，至混合物料pH为6.5，停止加入改性溶液，获得一次再生砂；
步骤4、将一次再生砂投入高温热风研磨机中，保持250℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1700r/min，研磨时间为30min，同时通入温度为250℃焙烧炉尾气；
步骤5、将步骤4所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持570℃，焙烧7h；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
对比例2
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤2、向预处理废砂中加入25L清水进行搅拌混合；
步骤3、继续向步骤2所述预处理废砂加入1.2kg碳酸钠，搅拌15min，获得一次再生砂；
步骤4、将一次再生砂投入高温热风研磨机中，保持250℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1700r/min，研磨时间为30min，同时通入温度为250℃焙烧炉尾气；
步骤5、将步骤4所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持550℃，焙烧7h；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
对比例3
本实施例一种无机铸造废砂再生利用的方法，再生方法包括以下步骤：
步骤1、将500kg无机废砂破碎成8mm以下颗粒，通过筛分将砂内掺杂的金属筛分出来后获得预处理废砂；
步骤2、将预处理废砂投入高温热风研磨机中，保持250℃热风，进行热风烘干，并同时热研磨，其中，研磨轮转速为1700r/min，研磨时间为30min，同时通入温度为250℃焙烧炉尾气，获得一次再生砂；
步骤3、将步骤2所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧，焙烧温度保持560℃，焙烧6h；
步骤4、将步骤3所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
对比例4
同一批次未经处理的无机旧砂。
对比例5
未使用的无机粘结剂砂(原砂)。
根据《GBT7143-2010铸造用硅砂化学分析方法》、《GBT26659-2011铸造用再生硅》中记载的方法，对本例获得的再生砂进行性能测试，结果见表1。
表1
从表1中可知，将实施例1～3与对比例5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。相比之下，对比例1～3所提供的无机再生砂中Na2O含量分别达到0.025％、0.045％和0.195％，Na2O去除率分别为92.89％、和87.22％、44.60％，而本发明Na2O去除率提升到95％以上，引入的杂质少，再生砂品质高；可见本发明实施例的再生工艺，对于Na2O的去除效果更好，性能更优。
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 (7)
1.一种无机铸造废砂再生的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、配置改性溶液：向盐酸溶液中加入氯化铝、氯化铵；其中，氯化铝质量百分含量为1％-3％，氯化铵质量百分含量为1％-3％；所述改性溶液的PH为3-5；
步骤2、将无机废砂破碎，筛分后获得预处理废砂；
步骤3、向所述预处理废砂中加入所述改性溶液，搅拌混合，至所述混合物料的pH值为6±0.8，停止加入所述改性溶液；
步骤4、继续向所述混合物料中加入碳酸盐，持续搅拌，至所述混合体系的pH值为为7±0.5，停止加入碳酸盐，获得一次再生砂；
步骤5、将所述一次再生砂投入研磨机中，热风烘干、研磨；
步骤6、将步骤5所述一次再生砂投入焙烧炉焙烧；
步骤7、将步骤6所述一次再生砂冷却筛分，制得无机再生砂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述搅拌的速度为50-100r/min；和/或，步骤4中所述搅拌的速度为50-100r/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述碳酸盐选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5所述研磨的研磨轮转速为1440-1700r/min，研磨的时间为30-45min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5所述热风的温度为200-250℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6所述焙烧炉的温度为550-570℃，焙烧时间为6-8h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法制备获得的无机再生砂。
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