铸造废砂热等离子体的再生方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铸造废砂的再生利用方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国铸造产业的发展，2012-2014年平均每年我国铸件产量均突破4500万 吨，占全球铸件产量的40%以上，但同时每年产生铸造废砂数量也达到4500万吨以上，目前 铸造废砂再生循环利用比例不足10%，大量铸造废砂以填埋或随意丢弃处理为主，这样一方 面严重浪费自然资源，另一方面，众所周知，由于铸造废砂含有树脂膜、无机膜和钠、钾等金 属氧化物等有害物质，以填埋或随意丢弃的方法处理会给环境造成极大隐患，所以铸造废 砂再生循环利用势在必行。
[0003] 近年我国铸造企业和科研单位开展了大量的铸造废砂再生工作，铸造废砂再生取 得了一定技术成果，目前具有代表性的铸造废砂再生方法主要有两种，分别是热法和机械 再生方法，典型的再生方法有：1.天然气（LNG) 600-900°C焙烧结合干法机械再生；2.湿法 擦洗结合热法烘干再生。
[0004] 天然气（LNG) 600-900°C焙烧结合干法机械的再生方法虽然获得接近原砂质量水 平的再生砂，但由于焙烧温度低，不能破坏铸造废砂中所含的二噁英前驱体，要达到我国新 环保法规下最严尾气排放标准必须增加如RTO、RCO、DBD等繁琐的尾气处理系统，这不但增 加了再生投入和运行成本，而且尾气的有机气体VOCs (酚类、醛类、酯类、氰类、高沸点烃类、 醇类、碳氢化合物等）排放指标也很难达到国内20mg/m3的最严标准。另外为保证再生砂 的品质，后续需要增加离心、研磨等干法机械再生工艺，导致再生回收率低于70%(占废砂总 量，单纯LNG热法再生可实现85%)，产生25%以上的大量细粉，需要进行填埋或陶瓷化处理 再利用，这对铸造废砂再生的成本和再利用是不利的。
[0005] 广西玉林玉柴工业化工有限公司2013年申请了《铸造废砂再生回用方法及设备》 的发明专利，【申请号】201310281323. 8，提出了一种铸造废砂再生回用方法，包括以下步 骤：废砂的前处理：原废砂通过封闭式栅格卸料机除去废旧垃圾，然后经过悬挂式磁选机 除去废铁，再经过直线振动筛除去大颗粒废砂，最后通过贯通式磁选机除去废铁肩，进入废 砂储罐存放；该方法是一种湿法擦洗结合热法，烘干再生获得的再生砂产品达到或好于原 砂质量水平，虽然再生回收率达到80%，不存在尾气排放问题，但湿法再生需要增加较为繁 琐的水循环处理系统和污泥深度处理再利用工艺，污泥被铸造厂再利用不足1/3,剩余2/3 只能被制砖厂等低价值利用或陶瓷化处理，这都增加了再生工序及成本负担。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种铸造废砂的再生利用方法，涉及一种对铸造废砂资源 化、无害化、高效化的热等离子体再生方法，该方法适用于铸造树脂废砂、湿型废砂、水玻璃 废砂、无机树脂废砂和以上两种或多种废砂混合的铸造废砂再生。
[0007] 本发明人为了达到上述目的而进行深入研究，结果发现：铸造废砂进入热等离子 体炬，表面被瞬间加热至高温，废砂表面的树脂膜被裂解成气体彻底去除，废砂表面的无机 膜与砂子由于膨胀系数不一样在瞬间升至高温时发生热震脱落去除，废砂表面附着的钠、 钾等金属氧化物杂质会因为高温熔融挥发去除，由于这一发现从而完成了本发明的目的。
[0008] 本发明的铸造废砂热等离子体的再生方法，其特征在于：包括以下工艺步骤： (1)预处理 铸造废砂经筛分、破碎、磁选和除尘工序，得到粒径< 2mm的预处理废砂，将预处理废 砂贮存于废砂罐内； (2 )热等尚子体焙烧 气流通入热等离子发生器内，在高电压的作用下，产生等离子，形成高温的热等离子体 炬，预处理废砂通过定量给料进入热等离子燃烧室内，在高温、热震、表面熔融的作用下除 去其表面粘附的树脂膜、无机膜、金属氧化物和杂质，热等离子发生器电压为500-5000V，热 等离子体炬平均温度2000-4500°C，废砂表面温度1000-3000°C，废砂加热时间为5-60分 钟；焙烧产生的尾气和细粉经冷却降温由排风机引出； (3) 冷却 经热等离子体焙烧的砂子，冷却至室温； (4) 筛分 经冷却后的砂子进入粒度筛分机进行筛分获得高性能的再生砂，并贮存于再生砂成品 罐； 以上步骤（2)气流通入等离子发生器内的气流为空气或惰性气体，例如氮气、氩气、氦 气等。
[0009] 以上步骤（2)热等离子发生器的功率为103-106w。这样高的功率足够产生 2000-4500 °C 的高温。
[0010] 以上步骤（2)排风机引出的焙烧产生的尾气和细粉直接通过脉冲除尘器处理，无 须做尾气浓缩二次燃烧等后处理。
[0011] 以上步骤（2)的热等离子加热焙烧废砂的后段设有水冷夹套冷却。
[0012] 以上步骤（3)的冷却是进入沸腾流化冷却器进行冷却。沸腾流化冷却器设有沸腾 流化冷却床，沸腾流化冷却床上方有排气管通到脉冲除尘器处理达标排放。
[0013] 本发明所述的铸造废砂热等离子体的再生方法，可以在处理铸造树脂废砂、湿型 废砂、水玻璃废砂、无机树脂废砂和以上两种或多种废砂混合铸造废砂的再生的应用。
[0014] 本发明所述的热等离子体，是由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组合成的 电中性集合体，是部分或全部电离的气体。是在高电压（500-5000伏特)的作用下将气体电 离成等离子状态，温度高达2000-5000°C以上。
[0015] 等离子体中的离子、电子、激发态原子、分子及自由基都是极活泼的反应性物种， 使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得十分迅速，尤其适合于污染物的处理。
[0016] 本发明所述的铸造废砂热等离子体的再生方法采用的设备包括落砂床、筛分机、 粉碎机、磁选机、除尘器、废砂罐、热等离子发生器、沸腾流化冷却床以及再生砂成品罐；落 砂床接筛分机、粉碎机和磁选机后连到废砂罐，细小的粉尘接除尘器，废砂罐接热等离子发 生器的进料口，热等离子发生器出口接沸腾流化冷却器，然后接筛分机进入再生砂成品罐 提供铸造厂重新使用；热等离子发生器入口接有空气或惰性气体输送管。
[0017] 所述的热等离子发生装置包括整流器、稳压器、热等离子发生器和热等离子燃烧 室；所述的热等离子发生器的进口有压缩空气或惰性气体入口、热等离子发生器的出口是 热等离子燃烧室，废砂料斗安装在热等离子发生器的出口和热等离子燃烧室之间；热等离 子燃烧室上出口有引风机，将细灰尘抽出处理，热等离子燃烧室下出口接筛分机；热等离子 燃烧室的周围有水冷夹套。
[0018] 沸腾流化冷却器由安装在箱体内部的风冷体系和水冷体系构成，风冷体系在箱体 下部，包括风管、风箱和风箱隔板，鼓风机通过风管与风箱隔板连通，风箱隔板上开有若干 个风眼；水冷体系安装在风冷体系的上方，包括冷却水箱、进水管、出水管和冷却水盘管，冷 却水箱出口接冷却水盘管，冷却水从箱体外部的进水管进入，热水从出水管引出，热砂从箱 体上部的进砂口进入，沸腾干燥后的冷干砂从箱体一侧的出砂口导出，废气从出风口排出。
[0019] 热等离子体高温焚烧熔融处理技术是近十多年发展起来的一项新技术，因热等离 子体弧温度极高、能量集中的特性，对污染物有很高的处理效率，尤其适合难处理的污物和 有特殊要求的污染物，如低中放废物、PCBs、石棉废物等等。美国、俄罗斯、日本、韩国等国家 的研究和初步应用表明等离子体高温焚烧熔融处理技术因其设备体积小，处理速度快，能 够处理各种各样的废物，减容比高且熔融产物稳定，投资运行费用相对较低等优势成为低 放废物处理领域最有发展前途的技术之一。
[0020] 本发明优点是： 1、 铸造废砂含有树脂膜、无机膜和钠、钾等金属氧化物等有害物质，废砂在热等离子体 高温、热震和熔融挥发的共同作用下，无论废砂表面的有机杂质还是无机杂质都能去除较 为彻底，再生砂表面更加圆整，活性更高，综合性能更为优异，回收率高达85%以上，这是目 前所有再生方法所不能比的； 2、 再生过程产生的气体在高温和离子化作用下，二噁英前驱体等极毒物质全部被裂解 破坏，尾气排放指标远低于中国及欧美最严标准，不需要增加繁琐的尾气后处理系统，降低 了投资和运行成本； 3、 再生过程产生的细粉数量同比其它再生方法大幅减少，而且经高温和离子化作用， 是无污染的和对环境安全的，可直接作为建筑材料的填充料等进行再利用，降低了铸造废 砂资源化综合利用成本； 4、 本发明的铸造废砂再生方法工序比其它再生方法更为简约，再生效率更高； 5、 本发明的铸造废砂再生方法再生回收率多85% (占废砂总量)，再生砂技术指标好于 同源新砂和其它再生方法，完全能被铸造厂循环再利用，尾气排放指标远低于中国和欧美 等国最严排放标准，所产生的细粉数量大幅减少，而且经高温和离子化作用，是无污染的和 对环境安全的，可直接作为建筑材料再利用，使得铸造废砂再生具有较高的资源化利用率。
[0021] 6、本发明的铸造废砂再生方法适用于但不仅限于铸造树脂废砂、湿型废砂、水玻 璃废砂、无机树脂废砂和以上两种或多种废砂混合铸造废砂的再生。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的工艺流程图。
[0023] 图2是热等离子加热焙烧废砂过程的等离子发生装置结构图。
[0024] 图3是沸腾流化冷却器的结构图。
[0025] 图1、图2所示，铸造废砂热等离子体的再生方法采用的设备包括落砂床、筛分机、 粉碎机、磁选机、除尘器、废砂罐、热等离子发生装置、沸腾流化冷却床以及再生砂成品罐； 落砂床接筛分机、粉碎机和磁选机后连到废砂罐，细小的粉尘接除尘器，废砂罐接热等离子 发生装置的进料口，热等离子发生装置出口接沸腾流化冷却床，然后接筛分机进入再生砂 成品罐提供铸造厂重新使用；热等离子发生装置入口接有空气或惰性气体输送管。
[0026] 220伏的市电经过整流器和稳压器得到稳定的500-5000V直流电，添加到热等离 子发生器的正负极，使送入的空气或氮气变成