JPH08502929A

JPH08502929A - エステル硬化フェノールレジン結合鋳物砂の再利用

Info

Publication number: JPH08502929A
Application number: JP6506954A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー，デイビットバスビー，; フィリップバーノン，
Original assignee: アッシュランドインコーポレイテッド
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: GB9218596D0; EP0658131A1; ATE146707T1; AU4968293A; WO1994005448A1; CA2143743A1; EP0658131B1; JP3096477B2; ES2098773T3; DE69306958T2; DE69306958D1; BR9306994A; CA2143743C; US5567743A; AU674879B2

Abstract

(57)【要約】摩耗再生エステル硬化フェノールレジン結合した砂は、再使用に先立って熱処理される。しかし、熱処理に先立って、摩耗再生砂は、カリウム化合物を少なくとも５５０℃の融点を有する形態に変換する添加剤と接触され、そして、結果として得られるカリウム化合物が溶融する温度より低い温度で熱処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】エステル硬化フェノールレジン結合鋳物砂の再利用本発明は、エステル硬化フェノールレジンバインダで鋳物砂を固めることにより作製された鋳型に使用された鋳物砂の再利用に関する。鋳造後の鋳型から鋳物砂をリサイクルすることへの要求が高まっている。この要求は、バージンの砂のコストのみならず、使用後のレジンコー卜された砂の処理の間題によっても高められている。従来では、このような材料は内陸の埋め立て地に容易に廃棄されたが、最近では当局は環境について目覚め、多くの地方では、このような材料の廃棄を取り締まる厳格な規制がある。砂の再生の一つの公知の方法は、結合した砂を塊から個々の粒子まで破壊する摩粍を包含している。摩粍プロセスは摩擦により微粉となって除去される砂粒子からレジンを除去するが、レジンは砂粒子表面に残留し、摩耗により再利用される砂の再結合特性は、新しい砂の結合特性より劣っている。一般的に、通常の摩耗技術は、レジン結合した砂の８５％まで再使用することができ、残りは捨てられる。摩粍後の鋳物砂の再利用のための公知の熱技術は、有機レジンを効果的に除去し、放出ガスからの放出の低減を確実なものとするために、砂を流動床内で十分に高い温度に加熱することを包含している。しかしながら、砂粒子が熱再生装置内で固化する傾向があり、有機レジンを効果的に除去し低放出を確実なものとするのに十分に高い温度では流動床の効果的な働きを阻害するので、このような再利用プロセスはエステル硬化結合鋳物砂には必ずしも良い結果が得られるわけではないことが判明してきた。低温ではレジンの十分な除去はできない。公知の熱技術によって再生された砂は、新しい砂より劣る再付着特性を示し、摩耗再生砂に匹敵している。熱再利用システム内の固化の問題は、一般には水酸化カリウムの形態及びエステル塩に結合した、レジンバインダシステム内のカリウムの存在に起因している。カリウム化合物は熱処理の間、分解及び／又は溶融し、砂粒子の固化をもたらし、この砂は流動ガスが効果的な流動床を維持することができないような程度まで結合又は付着する。カリウム化合物は、熱処理に先立つ洗浄によって除去することができる。しかし、このような洗浄は、乾燥及びこのように不経済な洗浄砂の熱処理に必要なエネルギー量を著しく増大させる。エステル硬化フアイルノール結合鋳物砂の改良された再利用プロセスを提供することが、本発明の目的である。従って、本発明によれば、摩耗再生エステル硬化フェノールレジン結合砂の熱処理を包含するプロセスが提供され、この熱処理に先立って、摩粍再生砂は、カリウム化合物を少なくとも６００℃の融点を有する形態に変換する添加剤に接触させられ、そして、結果として得られるカリウム化合物が溶融する温度より低い温度で熱処理が行われる。エステル硬化システムに於ける水酸化カリウム及び他の塩の、約５５０℃以上好ましくは７００℃以上の融点を有するカリウム化合物への変換により、レジン被覆を効果的に除去し、低放出を確実にし、しかし砂の固化の起こらない十分に高い温度で、砂は熱的に処理され得る。更に、熱処理後の被覆された砂のカリウム含量は著しく低減しており、結果として得られる砂は、摩粍再生砂より優れた、そしてしばしば新しい砂に匹敵する再結合特性を示す。また、このプロセスは、従来の技術より多くの砂をリサイクルさせることができる。５５０℃以上の融点を有するカリウム化合物には、アンチモン化物（８１２℃ ）、メタホウ素化物（９４７℃）、塩化物（７７６℃）、クロム酸化物（９７５ ℃）、フッ化物（８８０℃）、ヨウ化物（７２３℃）、モリブデン酸化物（９１９℃）、オルトリン酸化物（１３４０℃）、メタリン酸化物（８０７℃）、ケイ酸化物（９７６℃）および硫酸化物（１０６９℃）、臭化物（７３０℃）及び炭酸化物（８９１℃）が含まれる。本発明の一つの好ましい実施例に従えば、添加剤は、水酸化カリウムと反応してこのようなカリウム化合物を生成する化合物の水溶液の形態である。添加剤として使用する適切な酸又は塩の溶液には、ハロゲン酸、即ち、ＨＣＩ、ＨＢｒ、ＨＩ、硫酸、ホウ酸、および塩化アンモニウムのようなこれらの酸のアンモニウム塩が含まれる。しかしながら、我々は添加剤を必ずしも溶液として添加する必要はないことを見いだした。いくつかの可能な添加剤は実質的に不溶であり、加えて、ある環境下では、熱処理ステップで完全に乾燥した砂を使用することが有利である。これらの場合には、微細に分散した粉体の固体として加えることが可能である。例としては、塩基交換能力を有する硫酸化物及びクレイのようなカルシウム化合物が挙げられる。このように、硫酸カルシウムはカリウム化合物を高融点の硫酸カリウムに変換する一方、カルシウム酸化物は微細な粉体を形成し、これは流動床からの微粉末に分散するであろう。使用する添加剤の量は、好ましくは、少なくともレジン中の全てのカリウムを熱的に安定な形態に変換するのに必要な量である。添加剤を水溶液として添加する場合には、添加量は溶液の濃度に依存する。一般的には、添加剤の量は砂の重量の少なくとも０．２５％、好ましくは砂の重量の０．５〜５％であろう。添加剤を水溶液として添加する場合には、その量は一般的には全ての砂粒子を湿らせるのに十分で（少なくとも砂の重量の約０．２５〜０．５％）、砂を乾燥させ熱処理するのに必要なエネルギーを著しく増大させるほどの多量とはならないように選択される。水溶性の添加剤の最大量は、一般的には砂の重量の５％より少ない。好ましくは、水溶性添加剤は、砂の重量の約２．５％の量で使用される。添加剤の水溶液は、砂粒子のぬれを促進させるために、付加的に界面活性剤、即ち、硫酸化した脂肪アルコールのナトリウム塩を含んでいてもよい。添加剤は砂に添加され、通常のミキサーで混合される。通常、添加剤は熱再生装置に供給を行うスクリューコンベヤ内で砂と混合される。熱処理は、公知の加熱技術を採用する公知のタイプの熱再生装置内で行われる。砂が流動化され、一般的にはガス炎の流動床を使用して加熱される再生装置は、一般的に好ましい。砂は、クリーンな燃焼と低放出を確実なものとするために、約１１００℃の煙突温度で、一般的には６００℃〜１０００℃、通常は７００ ℃〜８００℃の範囲の温度に加熱される。熱再生装置内に於ける滞留時間は多様であるが、滞留時間３０分で十分な結果が得られている。本発明は、以下の本発明の実施例と比較例により例証されるであろう。全ての実施例と比較例は、商用の鋳物所から採った摩粍再利用砂を用いている。この砂は、エステル硬化アルカリ性フェノールレジンの残留物を含んでおり、このレジンはオリジナルの鋳物バインダであり、アシュランドケミカル（株）から商業的に入手可能なノバセット７２０（No vaset 720）フェノールレジン及びノバセット６（Novaset 6）硬化剤（トリアセチン／γ−ブチロラクトン５０：５０）を含有している。熱処理は、処理量約３００ｋｇ／時間のリチャードガス炎の流動床熱再生装置で行われた。熱再生装置での砂の滞留時間は、約３０分である。実施例１摩耗再利用砂を、２．５重量％の塩化水素１０％水溶液と、スクリュータイプコンベヤの連続砂ミキサー内で混合し、平均の床の温度７３０℃の流動床熱再生装置に導入した。点火ロス、カリウム含量及び結合テストを、摩粍再生砂、熱再生砂及び新しい砂について行った。結合テストは、ノバセット７２６（Novaset 726）アルカリ性フェノールレジン（砂の重量の１．５％）及びノバセット６（Novaset 6）硬化剤（レジン重量の２５％）を使用し、ＡＦＳ標準圧縮強度テストに従って行った。結果は以下の表に示されている。熱再生砂について塩素イオン含量を分析した。これにより、０．０５％であることが見いだされた。塩素イオンに対するカリウムの化学量論比は、１００％ＫＣｌについて、１．１：１であろう。我々の結果に基づけば、残留カリウムの約８０％が塩化物として存在していると考えられるであろう。カリウム分析は、単に”遊離の”カリウムを測定するだけであり、新しい（バージンの）砂の鉱物内に存在するとして知られているカリウム複合体を検出するものではないことに注意すべきである。実施例２実施例１と同様の手法を採用し、摩粍再生砂を塩化アンモニウム素１０％水溶液の２．５重量％と予め混合した。次に、砂を平均床温度７３０℃の流動床熱再生装置に導入した。結果：− 例３（比較）実施例１と同様の手法を採用し、砂のぬれを容易にさせるためにぬれ試薬（活性剤）の少量の添加物を含む２．５％の水を砂に加えた。次に、砂を平均床温度７３０℃の流動床熱再生装置に導入した。この添加剤を含む摩粍再生砂は熱再生装置内で固化することが見いだされた。再生装置内の固化した塊は、普通に取り出すことはできず、テストを打ち切った。砂を熱再生装置内から取り出し、雰囲気温度では緩く固化していることが見いだされた。この再生砂のカリウムレベルは摩粍砂と非常に近似していることが見いだされ、この処理からは殆ど利点が得られなかった。再結合特性は、摩粍砂と同じであった。例４（比較）このテストは、熱再生装置への添加に先立つ摩耗再生砂の導入を包含している。熱再生装置は、先のテストと同じ条件で運転した。摩粍再生砂は熱再生装置内で固化し、例３のテストを打ち切った。結果として得られる砂のカリウムレベルと再結合特性は、摩粍再生砂のそれと非常に近いものであった。実施例５塩酸を濃度を変えて及び他の酸を使用して、そして反応条件を違えて、実施例１の操作を繰り返した。添加剤と反応器の条件の詳細は、以下の表にした。運転１から４の結果として得られる処理砂は、次に実施例１に記載したようにテストを行い、その結果は以下のとおりである。摩粍砂（無添加）点火ロス＝ 1.8% カリウム＝ 0.12%運転１点火ロス＝ 0.10% カリウム＝ 0.07% 塩化物イオン＝ 0.05% 結合強度は求めていない。運転２点火ロス＝ 0.04% カリウム＝ 0.07% 塩化物イオン＝ 0.03% 床は焼結の兆候を示したが、ブロック化しなかった。温度を７６０℃に下げた時（ＫＣｌの融点は７７６℃であることに留意されたい）、焼結体が分散した。結合強度は求めていない。運転３点火ロス＝ 0.09% カリウム＝ 0.11% 塩化物イオン＝ 0.02% 結合強度は求めていない。運転４点火ロス＝ 0.09% カリウム＝ 0.10% フッ化物イオン＝ 0.008% 運転４の処理砂、上記摩粍砂、及び新しい砂は、実施例１に示したレジンと硬化剤を用いて、実施例１に示したように、結合テストに供した。結果として得られる圧縮強度（ポンド/インチ²(p.s.i)）を以下の表にした。見られるように、本発明に従って処理した砂は、新しい砂に匹敵する結合強度を与え、単に摩粍のみの処理を行った砂を大きく上回っている。次に、運転５〜７の結果として得られる処理砂は、ノバセット７２０（Novase t 720）（砂の１．５重量％）及び（ＮＨ１０Ｓ硬化剤（レジンの２５重量％）を使用すること以外は実施例１と同様に、テストを行った。摩粍のみ行った砂と新しい砂に比較した結果を以下に示した。摩耗のみ点火ロス＝ 1.45% カリウム＝ 0.24％塩化物イオン＝ 0.0002% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 131 174 203 268 新しい砂点火ロス＝ 0.22% カリウム＝ 0.01% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 326 435 566 609運転５点火ロス＝ 0.09% カリウム＝ 0.10% 塩化物イオン＝ 0.07% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 319 479 537 740運転６点火ロス＝ 0.08% カリウム＝ 0.13% 塩化物イオン＝ 0.06% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 348 428 478 769 運転７点火ロス＝ 0.04% カリウム＝ 0.17% 塩化物イオン＝ 0.06% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 355 442 452 679実施例６実施例６の操作と同様の操作に従い、摩耗再生砂を１重量％の粉末硫酸カルシウムと十分に混合した。次に、結果として得られる混合物を７５０℃で流動床中で加熱した。砂は固化しなかった。結果として得られる砂をテストし、実施例６の運転５〜７と同様に結合テストを行った。結果は以下のようである。点火ロス＝ 0.09% カリウム＝ O.15% イオウ＝ 0.08% 圧縮強度（ポンド/インチ²）経過時間（ｈ）１２４２４ 168 298 347 463 これらの結果は、新しい砂及び摩耗砂の結果と比較したとき、添加剤を液状で添加したときより結合強度は低いけれど、良好な改良を示している。おそらくこの理由は、カルシウム化合物の砂内での保持であろう。これらの結果は、熱的に安定な塩の生成が、焼結を回避するメカニズムであるように思われる。塩化カリウムは温度が８５０℃の時は焼結し、温度が７６０℃ の時は焼結しないように思われる（運転２を参照せよ）。広範囲の濃度と添加レベルは、砂が熱再生されるのを可能とする。塩化物イオンの全体に亙る低減は、再生された砂の塩化物イオン含量を低減させ、大量のカリウムが保持される結果となる。同様に、より濃縮した添加剤を少量使用することは、塩の生成効率を幾分低減させる。しかし、完全に使用し得る砂が生成された。このように、焼結を避けるべく十分な塩を供給するため、十分な添加を行うべきであり、好ましくは、過剰の水なしで砂を湿らせるのに十分な添加を行うべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．摩粍再生エステル硬化フェノールレジン結合した砂の熱処理を含むプロセスであって、該熱処理に先立って摩耗再生砂が、カリウム化合物を少なくとも５５０℃の融点を有する形態に変換する添加剤と接触され、そして、結果として得られるカリウム化合物が溶融する温度より低い温度で前記熱処理が行われることを特徴とするプロセス。２．請求項１記載のプロセスであって、前記添加剤が、７００℃より高い融点を有するカリウム化合物に変換するプロセス。３．請求項１又は２記載のプロセスであって、前記添加剤が、前記砂と水溶液の形態で接触するプロセス。４．請求項１乃至３記載のプロセスであって、前記添加剤が、ハロゲン酸、硫酸、ホウ酸及びこれらの酸のアンモニウム塩の一又はそれ以上から選択されるプロセス。５．請求項１又は２記載のプロセスであって、前記添加剤が、粉末の固体の形態であるプロセス。６．請求項５記載のプロセスであって、前記添加剤が、カルシウム化合物であるプロセス。７．請求項１乃至６記載のプロセスであって、前記添加剤が、少なくとも摩耗再生砂の少なくとも０．２５重量％の量で使用されるプロセス。８．請求項１乃至７記載のプロセスであって、前記添加剤が、摩粍再生砂の０．５〜５重量％の範囲の量で使用されるプロセス。９．請求項１乃至８記載のプロセスであって、前記熱処理が、６００〜１０００℃の温度で行われるプロセス。１０．請求項９記載のプロセスであって、前記熱処理は、７００〜８００℃の温度で行われるプロセス。