JPS5841135B2 - イモノズナノ サイセイホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水硝子系鋳物砂を再生し、新砂同様として再利
用するための再生方法に関する。

一般に鋼鋳物用の肌砂としては、水硝子を粘結剤とする
無機系鋳物砂及びフラン樹脂、アマニ油等の有機粘結剤
を使用する有機系鋳物砂が使用されているが、このうち
水硝子系鋳物砂の場合には、鋳物溶湯より受ける熱影響
のために粘結剤である水硝子が高温で脱水、溶融する。

しかも冷却後においては硝子状に鋳物砂表面を被覆して
、その剥離除去が現状の一般的技術では困難であるため
に一度の使用にて廃却するか、或いは付価価値の小さい
鋳型用裏砂としての適用しか行なわれていないＯ しかし、近時における社会公害上の問題により上記のよ
うに一度熱影響を受けた水硝子系鋳物砂（以下、これを
古砂と称する）の廃却自体が不可能となり、且つ純度の
高い鋳物砂自体の資源涸渇のだめに古砂の再生利用が国
内的にも国外的にも省資源の問題として採り上げられ、
種々の再生利用技術が提案され、発表されているが、現
在までのところ実用的に完全なる再生技術は残念ながら
発表されていないし、また実用化されても実際には新砂
同様の再生砂が得られないために問題を起している。

これまで古砂に対する再生技術（即ち、鋳物砂表面に付
着している水硝子の除去方法）としては、 １、砂の塊同志を擦り合せ、塊から単一粒子に分離する
と同時に砂粒表面の付着物を除去する方法（機械的方法
） ２、 クラッシャー等にて一次破砕した砂粒子を空気な
どによってターゲットに衝突させて表面の付着物を衝撃
破壊すると同時に砂粒子同志の摩擦によって表面の被覆
層を除去する方法（機械的方法） ３、単に水中に浸漬し、又は更にこれを煮沸することに
よって砂表面の被覆層を除去する方法（水洗法） ４、酸性の液中に浸漬し、又は更にこれを煮沸して砂表
面の被覆層を溶出及び中和させる方法（酸洗法） ５、比重１，３５程度の水硝子水溶液で煮沸する方法 ６、水洗時に超音波を利用して機械的振動による剥離と
水洗による溶出を目的とした方法 などが提案されている。

しかし、これら従来方法ではいずれも一長一短があり、
完全に古砂の表面に付着した水硝子の除去法としては不
充分である。

このことは各種文献にも記載されており、また、このよ
うな処理を施した再生砂を１００％新砂の代用として使
用されている例はない。

即ち、機械的処理による方法は、砂の形状、粒径によっ
ては未剥離の水硝子が残ったり、剥離した水硝子の微粒
子が再び砂粒子に付着することもある。

更には、衝撃、摩擦などの現象を利用する方法であるた
めに完全に水硝子を除去するには処理回数が必然的に多
くなる。

従って、砂粒の微粉化を誘起するために再生砂の回収率
が低下すると共に後に虫取される微粉の処理問題が最大
の弱点となる。

まｆこ再生処理回数の多数化は装置能力を低下させるな
ど、操作的には容易であるが、目的とした水硝子の除去
の点から考えるとあまり効果的な方法ではない。

水による浸漬あるいは処理では水硝子の溶解速度が非常
に遅いために実用性の点に欠けると共にこの方法による
水硝子の溶解除去は殆んど期待できない。

また酸による処理法では、古砂表面の水硝子被覆層は酸
に接触すると接触面の水硝子表面で珪酸被膜が形成され
て急速に溶解速度が遅くなるために、水の場合と同様に
付着水硝子が殆んど除去されない。

水硝子溶液（例えば、比重１．３５）による処理では、
非常に高濃度の水硝子を使用するために液の粘度が高く
、液の供給、液と砂の分離が非常に困難となるばかりで
なく、一方、排水処理においても多量の塩、スラッジを
生威し、排水処理を困難にするなど多くの欠点を有して
いる。

水洗処理時における超音波の利用も上記水洗処理と機械
的処理の組合わされた技術であり、その効果も上述のよ
うに期待できないものである。

上記各種の方法で回収再生された古砂は、文献で発表さ
れている範囲内においては、完全に新砂と代替しがたく
、新砂に一部混合して利用したり、鋳型の裏砂として利
用されているにすぎない。

これは、古砂に含まれる水硝子の除去が不充分なために
、再生砂を使用した場合、残留水硝子が強度、可使時間
、表面安定性、耐火度を劣化させるためである。

本発明者らはかかる従来方法の欠点に着目して種々検討
した結果、古砂を殆んど新砂に近い状態にまで再生しう
る処理方法を発見した。

すなわち、古砂の表面に付着している水硝子の状態につ
いて検討してみると、新砂の際に砂表面に被覆された水
硝子はＣＯ２ガスとの反応により５ｉｎ４の四面体を形
成し、頂点の酸素原子を隣接する四面体と共有して巨大
な分子となった重合物と未反応の水硝子（一般にはＮａ
２０−ｍ５ｉＯ２・ｎＨ２Ｏにて表わｆｉ。

なお、該式中ｎＨ２Ｏは混合水又は結晶水を示す。

）からなっている。このような未反応水硝子は鋳型内へ
の溶湯鋳込時に溶湯からの熱影響を受は鋳物に近い部分
では水硝子の混合水又は結晶水ｎＨ２Ｏが失われＮａ２
０−ｍＳｉＯ２の無水物（すなわち、水硝子が硝子状に
変化したもの）となり、鋳物より離れるＫつれて溶湯か
らの熱影響が少なくなり、水硝子の混合水又は結晶水ｎ
Ｈ２Ｏが失わ氾度合も少なくなりＮａ２０−ｍ５ｉＯ２
・ｎＨ２Ｏの混合水又は結晶水ｎ Ｈ２Ｏのｎ数が大き
いままの水硝子形態で冷却されることになる。

従って、型バラシ後に回収される古砂の表面には上述の
いずれかの形態を持つ水硝子が付着した状態にあるか、
或いはそれらの混合物の状態にある。

このような状態にある古砂を再生処理するに当っては、
付着している水硝子の性状、状態に適応した処理方法を
行なう必要があり、水硝子の溶解現象、溶融速度、ある
いは水硝子の製造法などの観点より種々検討して、古砂
をアルカリ金属の水酸化物の水溶液で再生処理すること
により古砂表面に付着している水硝子を効果的に除去し
うろことを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の目的は使用済みの水硝子系鋳物砂の
再生方法を提供するにある。

また、本発明の目的は新砂同様の砂を得ることができる
上記再生方法を提供するにある。

そして本発明の特徴とするところは、鋳造に使用され、
型バランされて回収されｆコ使用済み水硝子系鋳物砂の
再生方法において、１〜１５重量％のアルカリ金属の水
酸化物を含有する温度３０〜１１０℃の水溶液で上記梼
物砂を処理する点にある。

古砂を再生した場合に残留する水硝子量の許容限は再生
砂の適用対象（例えば、鋳込温度の高低、鋳物製品の大
小など）によっても変化するが、本発明において、再生
処理の効果として除去率７０重量％以上を基準とした。

このような基準を基にして、本発明に適用可能な水酸化
物としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの単独あ
るいは混合物であり、その濃度は１〜１５重量％である
。

第１図（水酸化物濃度と水硝子除去率の関係図）で明ら
かなように、本発明において、水酸化物の濃度が１重量
％以下では水硝子の除去率、即ち砂の再生率が低く、鋳
物砂としての適用が困難であり一方濃度１５重量％以上
においては砂の再生効果に対して水溶液濃度の影響が殆
んどなくなると共に、実用上における経済性並びに水溶
液粘度の上昇のため砂と水溶液の分離が困難になる。

したがって、本発明では水酸化物の濃度は１〜１５重量
％が好ましい。

更に再生処理条件として重要な処理温度に関しては、第
２図（処理温度と水硝子除去率の関係図）に示す５重量
％水酸化すｌ−ＩＪウム溶液の場合、目標とした水硝子
除去率７０重量％を得るために必要な最低温度は約６７
℃（但し、１時間処理）である。

この処理温度は処理時間を一定とした場合に処理濃度と
密接な関係があり、濃度が低い程、処理温度を高温にす
る必要があり、逆に温度が高い程処理温度を低くするこ
とが可能である。

例えば本発明における処理濃度１〜１５重量％の場合、
処理時間を１時間とすると、処理温度は１１０°Ｃ〜３
０℃の範囲に変化する。

しかも、この処理温度も実用上処理時間が長くても許容
される場合とか、再生砂を適用する対象鋳物の大きさ、
位置の状態（例えば、熱影響の厳しい中子部分に使用す
る場合または、熱影響の比較的小さい主型部分に適用す
る場合）等によって更に低い水硝子の除去率でも許容さ
れる場合、更には実用上における経済性（特に、装置の
所要能力、装置の大きさ、装置費）などの点を総合的に
考慮して、処理温度を定めることができ、通常は３０〜
１１０℃の範囲から選択される。

また処理時間については、処理時間が長い程、水硝子の
除去効果は高いが、工業的に実施する場合、上記の再生
砂を適用する対象鋳物の大きさ、位置の状態、低い水硝
子の除去率でも許容される場合、経済性等により大きく
左右され、特に経済性を考慮する必要があるので、本発
明では特に限定せず、これらの左右因子に基いて総合的
に検討して定めるものとする。

本発明は、以上詳記した構成からなるものであり、その
結果従来から古砂の処分に苦慮している点を解決したも
のである。

そして、本発明によって再生した砂は、新砂と同様に使
用できるという顕著な効果を奏するものである。

なお、本発明において、古砂に付着している水硝子の溶
解現象については、明確には解っていないが、一般の塊
状ガラスの溶解現象とほぼ同様の挙動を示すものと考え
られる。

また、本発明において、アルカリ金属の水酸化物を用い
る理由は次の通りである。

すなわち、古砂に付着している水硝子が溶解するのはＯ
Ｈイオンに依存し、アルカリ金属の水酸化物は解離定数
が太きいため１〜１５重量％という低濃度であっても高
いＯＨイオンが含まれる水溶液を得ることができる。

一方、他の水酸化物の場合、ＯＨイオン濃度を高くしよ
うとしても解離定数の関係で、成る限界値以上のＯＨイ
オン濃度とすることはできない。

従って、経済性との関係においても、本発明ではアルカ
リ金属の水酸化物を使用するのである。

本発明をより詳細に説明するために、次の実験を行った
。

すなわち、新砂（三ツ子山珪砂）１００重量部に対して
、モル比２．３０の水硝子５重量部を加えて混練し、Ｃ
Ｏ２ガスで硬化させた試験片を実体鋳物における熱影響
を考慮して、２００°Ｃ及び１０００℃に設定した電気
炉で２時間加熱焼成した後、破砕して古砂を作成した。

一方、温度計、供液器を取り付けた内容積２１のセパラ
ブルフラスコに水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム
の水溶液を入れ、オイルバスで処理の温度に設定した後
、上述の古砂を入れ、機械的に攪拌（１００１００ｒｐ
ながら、古砂表面に付着した水硝子を溶解させた。

溶出水硝子量を定量するための分析用溶液を採取した後
、濾過し、水洗を十分に行ない、付着する水酸化すＩ−
’Ｊウムまｆこは水酸化カリウムの水溶液を除去した後
乾燥し、再生砂を回収した。

（なお、再生率の判定は処理水溶液中のＳｉＯ２分を定
量し、試料作成に用いた水硝子を１００として算出した
）。

ブランクとしては上述の操作、条件と全く同様に新砂を
処理し、ブランク値とした。

実験結果を以下に示す。

第１図は処理温度１００’Ｃ１処理時間１時間の条件で
１０００℃焼威砂を再生処理した場合におけろ水酸化物
濃度と水硝子の除去率との関係を示したものである。

第１図より処理温度１００ ’Ｃの場合には濃度１重量
％が再生限界（水硝子除去率７０重量％）であり、且つ
１５重量％以上の高濃度になると濃度上昇による除去率
の向上は殆んど認められない。

第２図は５重量％水酸化ナトリウム水溶液、処理時間１
時間の条件で１ｏｏｏ℃焼成砂を再生処理した場合にお
ける処理温度と水硝子除去率との関係を示したものであ
る。

第３図、第４図は、５重量％水酸化ナトリウム水溶液、
処理温度１００℃、処理時間１時間の処理条件で前記２
００℃焼戒砂焼成０００℃焼威砂を再生処理し、再生処
理された再生砂による強度試験結果である。

再生砂１００重量部に対して水硝子（モル比２．３０）
５重量部を添加してシンプソン型混線機（容量５ｋｇ）
で混練した後、５０φＸ５０Ｈの標準試験片を作成し、
ガス通気後、常温強度を測定した。

（なお、混線時の室温は６℃であった）。第３図は混練
後、１時間、２時間、３時間・・・・・・時間経過して
から標準試験片を作成して常温圧縮強度を測定した結果
を、第４図は混線直後に標準試験片を作成し、この試験
片の放置時間と常温圧縮強度との関係を示したものであ
る。

この両図より、本発明による再生方法で再生された再生
砂は新砂同様の強度、可使時間を示すことが判る。

なお、本実験で使用した新砂、２００℃焼成砂、１００
０℃焼成砂による表面安定性試験ではそれぞれ９６．７
％、９５．８％、９７．６％を示し、この面からも再生
砂は新砂に劣らない性質を有することが判った。

なお、本発明で古砂の再生に必要なアルカリ水溶液の量
は砂の全面を濡らすのに充分な量があれば良いが、再生
装置の機構（例えば、液撹拌の有無）、処理能力（例え
ば、装置上から検討して、許容しうる処理時間）、装置
の大きさなどによっても影響されるために、古砂とアル
カＩＪ、ｌの容積比については一概に限定できないが、
装置の大型化、再生後の処理（洗浄、排液処理など）な
どの点も含めて考慮することが望ましい。

更に本発明は、他の周知の再生処理（例えば、機械的処
理）とも併用することができ、また、古砂と処理液との
接触方法（例えば機械的攪拌方法の改良など）、処理砂
の流動方法、洗滌方法などを改良して水硝子の除去効率
をより高めることができるものである。

また、本発明は、ＣＯ２ガスによるガ文型系鋳物砂のみ
ならず、水硝子を粘結剤とする自硬性鋳物砂（例えばダ
イカル鋳型）流動性鋳物砂の再生処理技術としても適用
できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は水酸化物濃度と水硝子除去率の関係図であり、
第２図は処理温度と水硝子除去率の関係図であり第３図
は各種再生砂による可使時間を示す図であり、第４図は
各種再生砂による放置強度を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粘結剤として水硝子を使用した鋳物砂にて成型され
   た鋳型あるいは中子を用いて鋳造を行ない、しかる波線
   鋳型あるいは中子を砂落しして回収した使用済鋳物砂を
   、１〜１５重量％のアルカリ金属の水酸化物を含有する
   温度３０〜１１０℃の水溶液で処理することを特徴とす
   る鋳物砂の再生方法。