JPS5820692B2 - 鋳物用砂廃棄物の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳物廃棄物、特に中子および鋳物砂を鋳物工業
における新しい中子の製造用に再生するだめの処理に関
する。

実際上、供給される全ての新しい鋳物川砂は中子を作る
ために使用される。

中子は鋳物中空部を与えるために主型中に配置された粘
結された構造物である。

中子型は有機粘結剤を含む特殊な添加剤によって粘結さ
れた砂からなる。

固化した鋳造品は振動によって型から取出す。

この振動により、砂型および中子の若干が破壊される。

中子は型および金属からの熱によって部分的に更に崩壊
する。

崩壊した中子砂を何回も循環される鋳物砂系に入れる。

しかしながら、ニ定量の砂を入れ代え、かつ廃棄しなけ
ればならない。

破壊されなかった中子および中子成型およびキユアリン
グ工程中に作られる中子スクラップも廃棄される。

このスクラップの廃棄は経済的および生態学上の問題を
起す。

したがって、これらのスクラップ流を中子成型時に供給
するだめの新しい砂品質に品質向上させ、再生すること
が好しい。

廃棄砂の再生における問題は品質レベルおよび均一性に
ある。

従来の方法の例としては、Ｃｏｎｎ１１ｇの米国特許２
４７８４６１ ： Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎの米国特許
２４２０３９２ ；Ｗｉｌｌの米国特許２７８３５１１
およびＭｕｌｌｅｒの米国特許２８３５９４１に記載さ
れたものがある。

前記Ｃｏｎｎｏｌ１ｇの特許では炭素質の物質を燃焼除
去する加熱または焙焼によって鋳物砂を再生することを
述べている。

この特許において検討されている温度は１２００ないし
１５００°Ｆ（６４８，９〜８１５．６℃）である。

他の特許は、本発明が克服している種々の欠点を持つさ
まざまな再生処理を記述している。

本発明以外の異った方法による鋳物砂の処理に関するそ
の他の先行特許としてはＮｏｒｔｏｎの米国特許２０４
１７２１ ； Ｐｏｕｌｓｅｎの米国特許１０５２５１
４ ；およびＺ １ｆｆｅｒｅｒの米国特許３６８３９
９５がある。

上記のどの特許に゛も本発明で章図する利点を持ち特許
請求の範囲に記載された加熱処理方法は記載されていな
い。

本発明の１つの目的は、中子成型時許容できる程度に均
質である高品質の砂を与える、鋳物砂廃棄物の新規かつ
改善された再生方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、再生砂の酸要求値ＡＤＶを中子製
造のために混合される新しい砂と相客状態にする値に寸
で低下させ、それによって新しい中子成型時に使用され
る触媒との反応におけるばらつきを減じることができる
改良方法を提供することにある。

本発明の更に別の発明は、廃鋳物用砂内での粘土粘結剤
の機械的摩砕を不要にする点での改良方法を提供するこ
とにある。

そうでなければ粘土は中子成形法における高含量の樹脂
を吸収し、それによって得られる中子は弱くなるであろ
う。

本発明の鋳物砂廃棄物の再生方法は、簡単に述べれば次
の各工程からなる。

（ａ） 砂廃棄物を１４００ないし１６００°Ｆ（７
６０〜８７１．１℃）の範囲の温度に加熱し、それによ
って樹脂を燃焼させ、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネ
シウムを中子砂廃棄物中で酸化カルシウムおよび酸化マ
グネシウムに分解し、かつ廃鋳型砂中の炭素添加物を燃
焼させ； （ｂ） 砂を１８００ないし２２００°Ｆ（９８２，
２〜１２０４．４℃）の温度に加熱し続け、その温度で
廃鋳型砂中の粘土添加物は砂の表面上に溶融して、再生
後の粘土被覆砂を樹脂に対に非吸収性にし； （Ｃ） 更に必要に応じて、砂を２２００ないし２５
００°Ｆ（１２０４，４〜１３７１．１°Ｃ）に加熱し
、それによって酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム
の微結晶構造を破壊してその溶解性を低下させる。

もしＡＤＶをゼロにまで減じることが要求される場合、
更に追加の工程として砂の温度を２５００下に向けて上
昇させ、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを反応
に関与できる粘土と化学的に反応させ、アルミン酸塩お
よびケイ酸塩を形成し、二溶融によって砂粒子上に上記
塩の一体となった被覆物を形成する。

この方法の最終工程は砂を冷却し、次いで鋳物用の新し
い天然砂について普通に行われている方法でふるい分け
をする。

本発明の方法は第一に鋳物用中子砂廃棄物に関して記載
し、次いで鋳型用砂廃棄物に関して記載し、最後に大部
分の鋳物川砂廃棄物がそうである前記２種の砂の混合物
について説明する。

鋳物用中子砂廃棄物 この砂はケイ酸ナトリウムまたは有機樹脂粘結剤と結合
している。

前者の粘結剤に対しては、本発明の方法による処理は簡
単ではない。

有機樹脂粘結剤を含有する砂は約１５００’Ｆに殻焼さ
れ、その粘結剤は燃焼される。

この方法は前述のＣｏｎｎｏｌｌｇの米国特許に記載さ
れているやり方で行われる。

しかしながら、この方法中に、炭酸カルシウムおよび炭
酸マグネシウム（中子が作られた天然の砂中に少量存在
する）は分解し、もとの炭酸塩よりも化学的により活性
である酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムに焼成さ
れる。

これによって、異常に高い「酸要求値」を持つ生成物が
作られる。

鋳物用語においては、この現象は酸要求値の増加と呼ば
れる。

もし、加熱をこの点で停止させれば、分解生成物は砂の
再使用中の樹脂硬化時間の触媒制御に問題を起すであろ
う。

再生砂から中子成型に使用される触媒は新しい砂と異な
る方法で反応するであろう。

中子は普通新しい砂と再生砂との混合物から成型される
から、このように混合物中において生じる変化性は逃げ
ることができない。

本発明によれば、中子砂を更に２２００〜２５００°Ｆ
に加熱することにより再生砂のＡＤＶの望しくない増加
を抑制できる。

このような高温において、より低温で形成された酸化カ
ルシウムおよび酸化マグネシウムは先ず溶解され、硬焼
き（微結晶構造の破壊を意味する語）された状態または
反応性の低い形態で溶解性が低くしたがってＡＤＶが顕
著に低い状態になる。

温度を２５００下に向って上昇させる際、これら化合物
は砂粒子表面と化学的に反応してセメントの製造におい
て起る反応と同様にアルミン酸塩およびケイ酸塩を形成
する。

これによってＡＤＶはゼロまたはゼロ付近まで低下し、
アルミン酸塩およびケイ酸塩は砂粒子表面上に一体とな
った被覆を形成する。

次いで砂は冷却される。

この方法で処理される中子砂廃棄物は粘土（粘土は砂表
面が反応するよりも低い温度で酸化カルシウムおよび酸
化マグネシウムと反応する）を含まないので、比較的高
温での処理を行わ々い限りＡＤＶを減じることはできな
い。

したがって、最初の原料として低ＡＤＶの砂を使用しな
いならば、以下に述べるように中子砂廃棄物を鋳型砂廃
棄物（粘土を含有している）と共に処理することが好・
ましい。

鋳型用砂廃棄物 この砂は粘土粘結剤および微細な炭素添加剤の両方を含
有している生成物である。

これら両者は、再循環砂を中子成型の再使用に適してい
る条件下、に置く場合には、除去されまたは不活性化さ
れなければならない。

そうしなければ、炭素および粘土添加物は砂への樹脂の
接着性に乏しく、中子を弱くするであろう。

粘土粘結剤は中子成型工程において過剰量の樹脂を吸収
し、これは中子を弱化；させ、または極めて経費がかか
るという問題である。

これに加えて、この鋳型砂廃棄物は、鋳造操作でのたび
重なる再使用の間に砂粒子の割れによって生じる微細砂
を含有する。

本発明によれば、鋳型砂廃棄物は、先ずこの砂をこの技
術分野では既に公知の方法により１４００’ないし１６
００’Ｆの温度で炭素添加物を燃焼させるのに利用され
る空気と共に加熱することにより再生のために品質向上
が計られる。

しかしながら、もし再生加工がこの段階で停止されるな
らば、結果はいくつかの面で不十分である。

中子砂について説明した酸要求の問題が依然として生じ
るであろう。

第２番目に、粘土が中子成型工程において多量の樹脂を
することなくかつ中子を弱化させないために、例えば摩
擦によって粘土を除去しなければならない。

しだがって、第２の工程として、本発明は鋳型砂を１８
００ないし２２００’Ｆに加熱し続けることを意図して
いる。

使用される粘土の種類によって若干変化するが、この温
度範囲内で、粘土添加物は砂の表面上に溶融し、砂粒子
と一体化した一部分と成り、これによって後の中子成型
工程中に添加される樹脂に対して非吸着性になる。

本発明の方法の第３の工程として、第２工程後のＡＤＶ
が依然として高かすぎる場合、砂の加熱を２２００ない
し２５００”Ｆの範囲で継続する。

この温度範囲において、より低い温度で前述のように予
じめ形成された酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム
は最初溶融し、硬焼きされかつ反応性が低下に著しく低
いＡＤＶを持つ形態になり、顕著にＡＤＶが低下し、次
いで溶融した粘土および砂目体と化学的に反応してアル
ミン酸塩およびケイ酸塩を形成して更にＡＤＶを低下さ
せかつ砂粒子上に一体化された被覆を生じる。

最終温度は説明したＡＤＶの低下を達成するように選択
できる。

次いで、砂は冷却される。過度の加熱は応力による割れ
を生じ、砂の割れ目は砂をざらざらにする。

この現象は砂の品質および加熱および冷却の速度により
２４００下またはそれ以上の温度で起る。

中子砂および鋳型砂の混合廃棄物 大部分の鋳物砂廃棄物は両者の種々の異なる比率からな
っている。

混合砂のだめの好しい方法は次のとおりである。

（１）前述のように、炭素添加物を燃焼するために使用
される空気と共に１４００ないし１６００下に加熱する
ことによって鋳物砂廃棄物の処理を行う。

（２）次の工程は、中子砂（速かな反応を達するために
必要であれば粉砕したもの）を過剰の空気と共に加熱き
れた鋳物砂中へ注入することである。

これによって、燃焼された樹脂の燃料としての価値を利
用するような方法で新しい樹脂を燃焼させ、これによっ
てエネルギーを節約できる。

第２に、樹脂は完全な焼却を確実にするに十分な高温で
燃焼される。

すなわち、未燃焼有機物が人気中に放出され環境汚染を
生じることがない。

これは前述のＣｏｎｎｏ １１ｇの米国特許に記載され
たよりな殻焼方式における慣用の中子砂による潜在的な
問題であることを認識しなければならない。

（３）中子砂および鋳物砂の混合砂の処理における第３
の工程としては、鋳物砂廃棄物の処理について前に説明
したように段階的上昇温度において加熱を完結すること
である。

すなわち、最初に１８００ないし２２００°Ｆの範囲で
加熱し、次いで、必要に応じて、２２００ないし２５０
０下の範囲で加熱することである。

次いで混合砂を冷却する。

鋳物砂、中子砂まだはそれらの混合物について前述の方
法を実施するだめの装置としてはロータリーキルン、流
動床燥焼材、または炉型焙焼材で良い。

これらは全て鉱物加工の他の分野における使用のために
製造されている。

前述の再循環中子砂、鋳物砂または混合砂の最終生成物
は、鋳物用の新しい天然砂のそれと同様である。

冷却生成物はふるい分けし、過大粒子および過小粒子を
除去して満足すべき中子の製造のために等級を補正する
。

もし、粒子が相互に融着している場合には、この疑果物
を粉砕することが必要であろう。

次の表は鋳物中子砂廃棄物、鋳物砂廃棄物およびそれら
の混合砂について本発明による処理方法と他の処理方法
とを比較する試験のデータを示す。

この表では、材料の各種類につき、および特定の項目に
ついてのその材料の異る最高温度処理について、材料の
ＡＤＶの変化および砂の表面特性の変化を示している。

ことに記載した本発明の好しい態様は前に述べた本発明
の目的を達成するように良く計算されているが、本発明
は発明の技術的範囲からはずれることなく変更および改
善することができることを理解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素および粘土添加物を含有する鋳型砂廃棄物を再
   生する方法において、 （イ）砂廃棄物を空気の存在下に１４００ないし１６０
   ０下（７６０ないし８７１°Ｃ）に加熱して炭素添加物
   を燃焼除去し、 （ロ） １ｓｏｏないし２２００°Ｆ（９８２ないし
   １２０４℃）の温度において前記砂の加熱を継続し、か
   つ前記粘土添加物を砂の表面に溶融させて再生後の粘土
   被覆砂を樹脂に対して非吸収性にするのに十分な期間前
   記温度を維持し、ｅ）次いで、前記溶融粘土を砂の表面
   に残存させながら砂を冷却する、 各工程から成る方法。 ２ 炭素および粘土添加物を含有する鋳型砂廃棄物を再
   生する方法において、 （イ）砂廃棄物を空気の存在下に１４００ないし１６０
   ０’Ｆ（７６０ないし８７１°Ｃ）に加熱して炭素添加
   物を燃焼除去し、 （ロ）１８００ないし２２００°Ｆ（９８２ないし１２
   ０４℃）の温度において前記の砂の加熱を継続し、かつ
   前記粘土添加物を砂の表面に溶融させて再生後の粘土被
   覆砂を樹脂に対して非吸収性にするのに十分な期間前記
   温度を維持し、（１）と（７＄ｔ−Ｊｌ！１ｃ２２００
   ないＬ２５００’Ｆ（１２０４ないし１３７１°Ｃ）に
   加熱して、（イ）（ロ）の加熱工程中における炭酸カル
   シウムおよび炭酸マグネシウムの殻焼により生じた酸化
   カルシウムおよび酸化マグネシウムを硬焼きしてこれら
   を溶融粘土および砂自体と化学的に反応させて対応する
   ケイ酸塩を形成し、 に）次いで前記溶融粘土を砂の表面に残存させながら砂
   を冷却する、 各工程から成る方法。 ３ 炭素および粘土添加物を含有する鋳型砂廃棄物と有
   機樹脂バインダーを含有する中子砂廃棄物との混合物を
   再生する方法において、 （イ）鋳型砂廃棄物を空気の存在下に１４００ないし１
   ６００°Ｆ（７６０ないし８７１°Ｃ）に加熱して炭素
   添加物を燃焼除去し、 （ロ）熟語型砂廃棄物中に中子砂廃棄物を過剰の空気と
   共に添加して中子砂廃棄物中の前記バインダーを燃焼除
   去し、 （１） １８００ないし２２００°Ｆ（９８２ないし１
   ２０４°Ｃ）の温度において前記の砂混合物の加熱を継
   続し、かつ前記粘土添加物を砂の表面に溶融させて再生
   後の粘土被覆砂を樹脂に対して非吸収性にするのに十分
   な期間前記温度を維持し、 に）次いで前記溶融粘土を砂の表面に残存させながら砂
   を冷却する、 各工程から成る方法。 ４ 炭素および粘土添加物を含有する鋳型砂廃棄物と有
   機樹脂バインダーを含有する中子砂廃棄物との混合物を
   再生する方法において、 （イ）鋳型砂廃棄物を空気の存在下に１４００ないし１
   ６００°Ｆ（７６０ないし８７１°Ｃ）に加熱ｊして炭
   素添加物を燃焼除去し、 （ロ）熟語型砂廃棄物中に中子砂廃棄物を過剰の空気と
   共に添加して中子砂廃棄物中の前記バインダーを燃焼除
   去し、 （ハ） １８００ないし２２００下（９８２ないし１２
   ０４℃）の温度において前記の砂混合物の加熱を継続し
   、かつ前記粘土添加物を砂の表面に溶融させて再生後の
   粘土被覆砂を樹脂に対して非吸収性にするのに十分な期
   間前記温度を維持し、 に）この砂を更に２２００ないし２５００°Ｆ（１２０
   ４ないし１３７１°Ｃ）に加熱して、（イ）（ロ）の加
   熱工程中における炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウ
   ムの燃焼により生じた酸化カルシウムおよび酸化マグネ
   シウムを硬焼きしてこれらを溶融粘土および砂自体と化
   学的に反応させて対応するケイ酸塩を形成し、 （ホ）次いで前記溶融粘土を砂の表面に残存させながら
   砂を冷却する、 各工程から成る方法。