JPS6023900B2 - 自硬性鋳物砂の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水硝子を粘結剤とする鋳物砂の古砂を新砂同様
に再生処理する方法に関するものである。

現在、銭鋼、鋳鉄の鋳造作業において多種類の造型法が
採用されているが、中でも水硝子を粘結剤とする造型法
は粘結剤のコストの安いこと、作業性の良いこと等の理
由により主型を始め中子の造型に幅広く利用されている
。

しかも、近時、水硝子との反応性を考慮した各種目硬性
鋳型（例えばＳｉ、Ｆｅ−Ｓｉを利用したＮプロセス法
、にａ○・Ｓｉ０２を利用したダィカル法、炭配マンガ
ンを利用する方法等）も開発・利用され、これら水硝子
を粘結剤とする造型法が造型法の中でも非常に高い割合
を占めつつある。このようにして使用された鋳物砂（古
砂）は従来再使用することなく屋外投棄されていた。し
かし、銭鋼用鋳型等には鋳物用骨村としてジルコンサン
ド、クロマイトサンド、オリビンサンド及び珪砂、特に
高純度珪砂が一般に使用され、かかる高純度珪砂は資源
的に個渇し、現在、外国から輸入している状態にあり、
しかもその数量は年々急増する傾向にある。一方、一度
使用されて熱影響を受けた水硝子を粘結剤とする鋳物砂
（以下、これを古砂と称する）を廃却、例えば埋立投棄
した場合に雨水、地下水又は他の廃棄物の影響を受け水
硝子が溶出し、環境公害の問題を惹起するため古砂の状
態では廃却することが不可能な状況にある。

以上のような省資源及び公害の観点から古砂の再生利用
が国内的に探り上げられ、種々の再生利用技術が発表さ
れているが、現在までのところ実用的な再生技術は発表
されていないし、また実用化されても新砂同様の再生砂
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 単に水に浸潰したり、煮沸した水に浸糟することに
よって砂表面の被覆層を除去する方法（水洗法）４ 酸
性の液で煮沸して砂表面の被覆層を突出させる方法（酸
洗法）などが提案されている。

しかしこれら従来方法では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。即ち、機械的処
理による方法は砂の形状、粒形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、衝撃、磨擬などの現象を利
用するため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。従って砂粒の徴粉化が起り、再生砂の回
収率が低下すると共に、後に生成される徴粉の処理問題
が最大の弱点となる。また再生処理回数が多くなること
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効果的な方法
ではない。水又は煮沸水による処理では水硝子の溶解速
度が非常に遅いために実門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
子は殆んど除去されない。以上のような理由によって上
記各種の方法で回収再出された古砂は完全に新砂とは代
替されていない。

水硝子を粘結剤とする鋳物砂は落陽銭込後、脱水水硝子
の状態又は溶融した水硝子が硝子状に古砂表面を被覆し
た状態にて回収される。このような古砂を再度鋳物砂と
して使用すると新砂の場合よりも残留水硝子分だけ水硝
子分が多くなるため銭込時に軟化し易く、かつ、鋳物砂
の耐火度を低下させ、張り気、競着、鋳造欠陥等鋳物製
作上好ましからざる現象を起す。そのために古砂の配合
量を減少したり、又は付価価値の小さい鋳型用髪砂とし
て使用しているのが現状である。本発明者らは、かかる
従来方法の欠点に着目して、アルカリ金属の水酸化物を
含有する水溶液で古砂を処理する再生方法を開発した（
特顔昭５０〜３５３５辱参照）。しかし、同じ水硝子古
砂でも現在広く利用されている目硬性鋳型の場合には上
記再生方法のみでは不充分であることが判った。即ち、
Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ等の硬化材を利用したＮプロセス法や
ぶａ０一Ｓｉ０２を硬化材としたダィカル法等による鋳
型の場合のように、粘綾剤である水硝子に対し硬化材を
使用する鋳型において、硬化材がアルカリ金属の水酸化
物を含有する水溶液に、不溶性の場合もしくは溶解性が
あっても溶解速度が小さい場合には、上記水溶液で古砂
を処理しても古砂表面に被覆している水硝子は溶解除去
することが可能であったが、硬化材は再生処理を行なっ
た砂の表面に固着した状態のま〉再生回収された。この
傾向は鋳物の大きさとも関係し、大型鋳物、肉厚鋳物の
ように溶湯から受ける熱影響が大きい程固着傾向は著し
かった。特に、本ａ○・Ｓｉ０２のような水和性物質の
残留は、再生処理した古砂を再利用する際に新たに添加
する水硝子と反応して鋳物砂の性質を劣化するばかりで
なく、添加することにより鋳型骨材の耐火度を低下させ
る物質の残留により鋳物製品上焼着筆の好ましくない問
題を起す。したがって、か）る目硬性鋳型の再生を検討
するに当っては、古砂表面上の水硝子を除去すると共に
か）る硬化材の除去が必須条件となる。上記観点から、
水硝子を粘結剤とした目硬性鋳型に対する経済的な再生
方法として、アルカリ金属の水酸化物を含有する水溶性
で再生処理した後に機械的処理、例えば磨滅、衝撃等の
処理を行なって古砂表面に固着した残留硬化材を除去す
ることにより新砂同様に再生しうる方法を見し、出して
本発明を完成するに到った。即ち、本発明の目的は使用
済みの水硝子系鋳物砂、特に目硬性タイプの鋳物砂の再
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再生砂を経済的に得る
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、水硝子を粘結剤とする水硝
子系鋳物砂、特に該粘結剤を自然硬化させるためにアル
カリ金属の水酸化物を含有する水溶液に不溶性か又は溶
解性があっても溶解速度が小さい硬化材を使用する目硬
性水硝子系鋳物砂を再生するに当り、１〜１５重量％の
アルカリ金属の水酸化物を含有する水溶液を用いて該古
砂表面を被覆している水硝子を溶解除去した後、古砂表
面に固着している上記硬化材を磨滅、衝撃等を利用した
機械的剥離処理によって分離除去し、上記古砂を新砂同
様に再生処理する点にある。

また、本発明者等が既に発明、出願した鋳物砂の再生方
法（特願昭５１−１４９４７号）、即ち鋳物砂を機械的
処理して亀裂を生じさせた後、アルカリ金属水酸化物含
有水溶液で溶解処理する方法での機械的処理は、砂粒に
被覆した水硝子に亀裂を与え、処理液の浸透を容易にし
て、該水硝子の溶解処理を促進するものであるから、こ
の機械的処理を本発明方法の前処理として適用すれば、
本発明の効果はさらに向上しうる。

従来の機械的処理の利用は、前記したように砂粒の微細
化を誘起して再生砂の回収率を低下させるが、本発明の
機械的処理の利用は、従来のように古砂表面の水硝子系
付着物の除去を目的としたものではなく、水硝子を熔解
除去した後に、古砂表面に固着する硬化材を分離除去す
ることを目的としたものであって、水硝子系付着物を除
去する場合よりも容易であり、その処理回数も少なくて
良い。

従って、従来の機械的処理による問題点、即ち回収率の
低下や砂粒の微細化も殆んど起らない。

なお、本発明における機械的処理に用いる装置としては
、高圧空気やィンベラ等による機械力によってターゲー
トまたは衝撃板に古砂を衝突させ、固着物に衝撃を与え
る方式のものが効果が大きいが、砂塊から紬粒化する破
砕機、時にはローラ型混練機も利用することができる。
次に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

実施例 １ 珪砂（土岐蓬珪砂）１００重量部に対してダィカルシウ
ムシリケート１．５重量部を加えて予備混練した後、モ
ル比２．２０の水硝子５．堰重量部を加えて混練し、鋳
型内にて目硬化させた。

２４時間放置後、鋳型を粗破砕し、その砂塊を溶湯によ
る熱影響を考慮して１０００ｏｏ、１３００ｑＣに設定
した電気炉で３時間加熱焼成して該砂粒表面の水硝子を
完全に硝子化した後、紐粒化して古砂とした。

このようにして作成した古砂に対して５重量％水酸化ナ
トリウムの水溶液を用い、処理温度１００℃、処理時間
９０分で溶解処理（以下、アルカリ処理と記す）を施し
、該古砂表面の水硝子分を溶解除去した。

次いで、炉遇し、水洗を充分に行なつて付着する水酸化
ナトリウム水溶液を除去した後、乾燥した。この乾燥古
砂を空気圧によりターゲットに衝突させる処理（以下、
機械的処理と記す）を１回施して再生砂とした。このよ
うにして生成した再生砂に、上記した古砂作成時と同じ
添加順序、添加量にてダィカルシウムシリケート、水硝
子を添加、混練して混練砂を作成した。

鋳物砂の性質上ダーィカルシウムシリケートの残留は、
その耐火度等高温性質への影響が大きいが、ここでは常
温性質上最も影響を受ける可使時間特性こついて試験し
た。

即ち、上記の混練砂を所定時間放置した後、試験片を作
成し、圧縮強度を測定した。また比較のために、新砂、
アルカリ処理および機械的処理を施さない未処理の古砂
、アルカリ処理のみ施した古砂についても同様に涙糠砂
を作成して圧縮強度を測定した。

これらの結果を表１にまとめて示す。

表 １ 表１よりアルカリ処理のみの古砂については、混練直後
の強度は未処理の古砂よりかなり高いが、放置すると強
度が急激に低下し、可便時間的には未処理の古砂と大差
なくなっている。

これは硬化材であるダィカルシウムシリケートが残留し
ていることを示している。即ち、古砂表面に付着してい
る水硝子が完全に硝子化されている場合には、古砂表面
の残留水硝子の有無による影響は表われずに、残留ダィ
カルシウムシリケートと新たに添加、濠糠される水硝子
との反応によって有効水硝子量が低下したと同様な状態
になるためである。このアルカリ処理のみの古砂に機械
的処理を施した再生砂については、新砂同様に回復して
いることが判る。これは機械的処理によって、上記の残
留ダイカルシウムシリケートが除去されるため、新たに
添加、濠糠される水硝子の量がそのまま有効水硝子量と
なることを示している。このことは第１〜４図として添
付した顕微鏡写真（×１０００×１／２）からも明らか
である。

第１〜４図の顕微鏡写真は各種砂の表面状態を示すもの
で、第１図は新砂、第２図は未処理の１０００午Ｃ加熱
砂、第３図は１０００ｏｏ加熱砂にアルカリ処理を施し
たもの、第４図は１０００二０加熱砂にアルカリ処理と
機械的処理を施したものである。第２図および第３図に
は残留ダイカルシウムシリケートが明らかに認められ、
第４図は表面的には第１図と全く同様であることが明ら
かである。なお、各種砂の残留ＣａＯ分の分析値を表２
に示す。

表 ２ 表２からも、未処理の古砂およびアルカリ処理のみを施
した古砂には残留ダィカルシウムシリケートが認められ
、再生砂は殆んど新砂同様に回復していることが判る。

実施例 ２実施例１で調製した１３００ｑ０加熱砂を用
い、実施例１と同じアルカリ処理を施した後、乾燥し、
次いで機械的処理としてロール型ミキサ処理を施して再
生砂とした。

該再生砂を実施例１と同じ条件で添加、混練操作して鋳
物砂を作成した。

この鋳物砂の圧縮強度を実施例１と同様に測定した。結
果を表３に示す。表 ３ 表３から、実施例１の結果（表１）よりもや）劣るが、
可便時間については実施例１とほぼ同様向上しているこ
とが判る。

以上の実施例はダィカルシウムシリケートを硬化材とす
る水硝子系鋳物砂について検討したものであるが、Ｓｉ
，Ｆｅ−Ｓｉ等を硬化材とする水硝子系鋳物砂について
も本発明による再生処理法が効果的に適用しうろことは
勿論である。

例えば、硬化材Ｓｊ、粘結剤珪酸ソーダからなる鋳物砂
において、添加又は反応に伴なつて生成される珪酸ソー
ダ分はアルカリ処理によって溶解除去し得るが、硬化反
応の進行によって生成されるＳｉ０２分並びに反応率（
一般には、２５〜６５％％程度）が低く、また残留する
未反応硬化材はアルカリへの溶解速度が小さいために、
実用的なアルカリ処理時間（３０〜９０分）では未溶解
残留物が多く、斯かる処理砂を使用した場合には残留物
の影響を受け、その混練作業を著しく阻害することにな
る。

そこで、本発明に係る第２段処理すなわち機械的剥離処
理が必要となるのである。上記配合組成の鋳物砂におい
てもこの機械的剥離処理を施して古砂表面に残留する上
記付着物を除去することにより、始めて新砂同様の再生
砂を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１〜４図は各種砂の表面状態を示す顕微鏡写真で、第
１図は新砂の、第２図は未処理の１０００ｑ０加熱砂の
、第３図は１００ぴ０加熱砂にアルカリ処理を施したも
のの、第４図は１０００００加熱砂にアルカＩＪ処理と
機械的処理を施したものの、表面状態をそれぞれ示す。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水硝子とアルカリ金属水酸化物含有水溶液に不溶性
   か又は溶解性があつても溶解速度が小さい硬化材を含む
   自硬性鋳物砂の再生方法において、該鋳物砂を１〜１５
   重量％のアルカリ金属の水酸化物を含有する水溶液で溶
   解処理した後、さらに前記硬化材の機械的剥離処理を行
   なうことを特徴とする自硬性鋳物砂の再生方法。