CN1481950A - 水玻璃砂的再生回用方法 - Google Patents
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发明涉及的是一种可完全再生回用的高溃散性铸造水玻璃砂工艺，发明的本质在于，利用水玻璃砂的化学再生原理，在回用含一定量有害残留物的再生水玻璃旧砂时，采用了可控制或消除其残留物的有害作用的添加剂的方法，来达到高比例回用旧砂的目的。使得长期以来水玻璃旧砂难以再生回用的问题容易地得到了解决。采用这种方法，除了在再生过程中损失的部分砂外可使水玻璃旧砂全部回用，回用率可高达90％以上。这种方法在提高再生回用率的同时，还使得水玻璃砂的溃散性和抗湿存放性得到了改善，使水玻璃砂得到了综合治理。
Description
水玻璃砂是铸造生产中广泛应用的一种以水玻璃为粘结剂的型(芯)砂工艺。本发明涉及的是一种可完全再生回用的高溃散性铸造水玻璃砂工艺，属于铸造造型材料及其处理技术领域，并且具有特殊作用的添加剂和以粘结剂的使用为特征。
水玻璃无毒无味、价格低廉，以水玻璃为粘结剂的水玻璃砂工艺在型(芯)制作时可以采用加热硬化、CO2吹气硬化(冷硬砂)、酯硬化(自硬砂)等不同的工艺方法，使用方便，并且在浇铸时少烟气污染，特别是其独特优良的高温韧性，可有效地防止铸件的热裂缺陷，因此在铸造生产中，尤其是在铸钢生产中得到广泛应用。但是，这种工艺不仅溃散性差，铸件清砂困难，特别是其旧砂的再生困难，回用率极低，大量的这种高碱性水玻璃旧砂的废弃不仅浪费宝贵的原砂资源，而且会造成严重的环境污染，因此水玻璃旧砂必须进行再生回用。
目前这种水玻璃旧砂的再生处理方法主要有“湿法”和“干法”两种：
湿法再生主要是利用水玻璃旧砂的残留物中有一部分是活性的，可溶于水，用水清洗后的旧砂在用来混制型(芯)砂时，其常温性能与新砂相同，不影响可使用时间。但湿法再生砂中仍含有部分不溶或难溶于水的残留物(约30～50％)，这些残留物的积累，使得型(芯)砂的高温性能恶化(在浇铸高温的作用下，残留物中的Na2O与石英砂的SiO2烧结成玻璃体，砂粒被侵蚀，耐火度下降，残留强度增高)，因此这种湿法再生砂的回用比例受到限制，不能大量使用，一般不超过50％，另外这种湿法再生不但要消耗大量宝贵的水资源，而且还容易造成二次水污染，这种污水的处理则比较复杂，占地面积大、设备投入多，成本较高。因此湿法再生既不能将旧砂完全再生回用，成本又较高，还容易造成二次污染，其应用受到很大限制。
干法再生则是将旧水玻璃砂通过机械破碎、搓擦再生和筛粉除尘处理后直接使用。干法再生工艺比较简单，成本低，无二次污染。这种再生砂中仍含有50％以上的残留物，象湿法再生砂一样，在回用时这些残留物也会使型(芯)砂的高温性能恶化，另外残留物中的活性部分还会与水玻璃粘结剂发生反应，使型(芯)砂大大降低干强度，甚至失去可使用时间。因此干法再生砂的回用率也很低。
为了解决这一问题，“水玻璃砂旧砂的化学再生” 一文(热加工工艺1998，№.2)中提出了一种“化学再生法”，它是在回用干法再生旧砂时加入NaOH溶液，使干法再生旧砂中部分活性残留物恢复到粘结剂体系中，控制残留物的过早反应，同时采用低模数的水玻璃粘结剂。这种方法可有在一定程度上有效地控制用干法再生砂制备的型(芯)砂的可使用时间。但是这种方法由于再生砂中的残留物含量不稳定，控制合适的NaOH的加入量是不容易的，而且NaOH的加入和采用低模数的水玻璃(Na2O含量高)，增加了水玻璃砂体系中Na2O的含量，进一步恶化了型(芯)砂的高温性能(Na2O在高温下与砂中的SiO2形成Na2O-SiO2低熔点玻璃体，侵蚀了砂粒，使型砂体系复用性变差，残留强度增高，清砂困难)。因此，这种方法也很难大幅度提高再生旧砂的回用率。
本发明的任务就是提供一种能大幅度提高水玻璃砂旧砂再生回用率的方法。以减少旧砂的废弃量，从而减少原砂资源的浪费和旧砂的废弃造成的环境污染。
本发明的构思是：根据上述“化学再生法”原理，即水玻璃再生砂中残留物的一部分在一定条件下可转化为粘结剂的特性，在混砂时使用能促进再生砂残留物溶解的助溶性添加剂，来控制这种含再生砂的型(芯)砂的可使用性能，又不过分增加有害的Na2O的含量，从而在保证其常温和高温性能的前提下可大比例地回用再生砂。
本发明的基本方法是：①将用过的旧水玻璃砂进行再生处理；②用处理好的再生砂(可加入适量新砂)加入水玻璃和添加剂混制型(芯)砂；其特征是：③所说的添加剂为水解淀粉溶液(饴糖)。
由于这种水解淀粉溶液(饴糖)在混砂时对再生砂中的残留物具有很好的速溶作用，使部分残留物转化为粘结剂的一部分，抑制了型砂体系的过早反应，提高了其可使用时间，从而可有效地消除残留物的副作用。同时，这种水解淀粉溶液(饴糖)对老化的水玻璃中的长大的胶体颗粒有溶解作用，可消除水玻璃的老化，提高水玻璃的粘结强度，降低了水玻璃的加入量。又由于这种水解淀粉溶液(饴糖)的加入，使得浇铸后旧砂中的粘结膜变脆，不仅提高了水玻璃砂的溃散性，有利于落砂清理，而且使得旧砂容易机械再生处理，再生脱膜率高。因此，可使得这种水玻璃砂可大比例地再生回用，减少了旧砂的废弃量，从而减少了原砂资源的浪费和旧砂的废弃造成的环境污染。
在实际应用中，水解淀粉溶液(饴糖)(一般浓度为70～85％)的加入量一般占砂重的0.2～1.5％。太少效果不明显，太多则不仅增加成本，还会降低型砂的硬化速度和增加砂型的吸潮性。
为了进一步提高型砂的可使用时间和强度，可在以上基础上加入磷酸盐，最好是磷酸三钠或三聚磷酸钠溶液。最佳加入量为砂重的0.01～0.10％。由于磷酸盐对水玻璃具有表面活性作用，可抑制旧粘结膜残留物与新加入的水玻璃的过早反应。
在上述基础上，如果加入碳酸盐，如碳酸钙、碳酸锂，不仅可使得型砂具有好的抗湿存放性，还可提高型砂的高温抗烧结能力。碳酸盐一般的加入量占砂重的0.2～2.5％。碳酸盐本身具有抗吸湿性，可提高型砂的抗湿存放性，而当在浇铸高温的作用下，碳酸盐的分解破坏了旧粘结膜的连续性，提高了水玻璃砂的溃散性，同时，采用碳酸钙时分解出的GaO可改善型砂体系中Na2O-SiO2系的高温性能，特别是可与磷酸盐中的P2O5形成GaO-P2O5高熔点相，进一步提高了型砂的高温性能，降低了Na2O在高温下对砂粒的侵蚀，提高了型砂的复用性，同时，GaO还使得Na2O-SiO2系或Na2O-P2O5-SiO2系残留物变脆，在提高溃散性的同时，使得残留物容易机械去除，提高了旧砂的可再生性。
当采用连续混砂机混砂时，为了使用方便，可将上述各种添加剂先与水玻璃混合均匀后组成复合粘结剂再使用，这同样属于本发明的范畴。
本发明的本质在于，利用水玻璃砂的化学再生原理，在回用含一定量有害残留物的再生水玻璃旧砂时，采用了可控制或消除其残留物的有害作用的添加剂的方法，来达到高比例回用旧砂的目的。使得长期以来水玻璃旧砂难以再生回用的问题容易地得到了解决。采用这种方法，除了在再生过程中损失的部分砂外可使水玻璃旧砂全部回用，回用率可高达90％以上。这种方法在提高再生回用率的同时，还使得水玻璃砂的溃散性和抗湿存放性得到了改善，使水玻璃砂得到了综合治理。
实施例1.
再生旧砂90％+新砂10％+水2％+饴糖1％+磷酸三钠0.02％+碳酸钙1.5％
面砂：再生旧砂50％+新砂50％+水1％+饴糖1％+磷酸三钠0.02％+碳酸钙1.5％
背砂：再生旧砂100％+水2％+饴糖0.5％+碳酸钙1％
实施例1～2中，水玻璃模数为2.2～2.4，密度为1.50～1.56，采用碾轮混砂机混砂，CO2吹气硬化工艺。旧砂回用率可达80～90％。
实施例3.
①制复合粘结剂：水玻璃100％+水20％+饴糖20％+磷酸三钠1％+碳酸钙20％，搅拌均
匀待用；
②再生旧砂90％+新砂10％+酯固化剂0.2％+①4％→出砂(单一砂)。或：
②′再生旧砂50％+新砂50％+酯固化剂O.2％+①4％→出砂(面砂)；
②″再生旧砂100％+酯固化剂0.2％+①2.5％→出砂(背砂)。
实施例3中，水玻璃模数为2.2～2.4，密度为1.50～1.56，采用连续混砂机混砂，酯硬化工艺。旧砂回用率可达85～95％。
Claims (7)
1.一种水玻璃砂的再生回用方法，它是①将用过的旧水玻璃砂进行再生处理；②用处理好的再生砂(可加入适量新砂)加入水玻璃和添加剂混制型(芯)砂；其特征是：③所说的添加剂为水解淀粉溶液(饴糖)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征是：所说的水解淀粉溶液(饴糖)的加入量占砂重的0.2～1.5％。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征是：④所说的添加剂还包括磷酸盐，最好是磷酸三钠或三聚磷酸钠溶液。
4.按权利要求3所述的方法，其特征是：所说的磷酸三钠或三聚磷酸钠的加入量占砂重的0.01～0.10％。
5.按权利要求1至4所述的方法，其特征是：⑤所说的添加剂还包括碳酸盐，如碳酸钙、碳酸锂。
6.按权利要求5所述的方法，其特征是：⑤所说的碳酸盐的加入量占砂重的0.2～2.5％。
7.按权利要求1至6所述的方法，其特征是：⑥将所说的添加剂与水玻璃混合均匀组成复合粘结剂再使用。
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