一种利用微波高效再生水玻璃旧砂的方法
【专利摘要】一种利用微波高效再生水玻璃旧砂的方法是将破碎后的水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，搅拌混合均匀，其中水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液添加的质量比为1:0.5－1.5；利用微波将微波反应釜升温至100－200℃，升温速度为5－30℃/min，恒温5－90min反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得到再生砂。本发明具有脱膜率高，无污染，再生砂可用性好的优点。
【专利说明】一种利用微波高效再生水玻璃旧砂的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种利用微波高效再生水玻璃旧砂的方法。
【背景技术】
[0002] 水玻璃砂具有强度高、成本低、工艺简单、无气味、环境友好、能耗低、铸件质量好 等优势，是最有可能实现绿色铸造的型砂种类。我国作为铸造第一大国，90%以上的铸钢件 生产采用水玻璃砂工艺，每年产生水玻璃旧砂600万吨?800万吨。目前，水玻璃旧砂除了 部分回用外，基本都采用填埋的方式处理，既浪费了有限的硅砂资源，又增加了处置成本， 并且严重污染了生态环境。因此，开发高效水玻璃旧砂再生新技术，实现水玻璃砂的再生回 用，已迫在眉睫，也是实现绿色铸造的核心。
[0003] 工业上水玻璃旧砂的再生方法通常采用干法再生和湿法再生两种。
[0004] 干法再生依靠旧砂粒与金属构件间或砂粒之间互相"碰撞摩擦"使旧砂粒表面的 残留黏结剂发生破坏、脱落，从而使旧砂获得再生，简单而易于实现。早期再生机以碰撞为 主，现在逐渐过度到以摩擦为主，大多兼有"碰撞-摩擦"两种过程。
[0005] 干法再生效果受旧砂受热温度、水玻璃加入量、旧砂含水量、再生作用力和旧砂黏 结剂力学性能等影响因素。由于常温条件下，水玻璃膜呈强韧性，不利于干法再生，故在此 基础上，人们开发了加热一干法再生和冷冻一干法再生方法。研究结果表明，将水玻璃旧 砂进行120°C - 200°C加热可去除旧砂粒上残留黏结剂中的水分，增强干法再生水玻璃旧 砂的脱膜效果；研究发现残留酯是使酯硬化水玻璃旧砂及其干法再生砂可使用时间变短、 再黏结强度下降的主要原因；而将水玻璃旧砂进行320°C - 350°C以上的加热，可去除残留 酯及残留有机物的影响，增强水玻璃再生砂的可使用时间及再黏结强度。也有人研究得出 酯硬化水玻璃旧砂再生加热的适宜温度为300°C - 350°C，Na20去除率可达到50%，超过 300°C，去除率减缓。水玻璃旧砂干法再生过程中，除尘也是一个十分重要的问题，再生砂的 粉尘除不好，残存Na20降不下来，从而大大影响再生砂的质量和效果。
[0006] 湿法再生的理论基础是水玻璃旧砂中的盐以及残留黏结剂可溶于水。湿法再生效 果受再生时间、砂水比、再生工艺、再生强度、水的温度、旧砂的受热温度和水玻璃加入量等 因素的影响。旧砂受热温度越高，残留黏结剂在水中的溶解度就越低，湿法再生越困难，而 水玻璃加入量越高，旧砂上残留的黏结剂也越多，要获得良好的再生效果就越难。认为砂水 比约为0.7:1时，摩擦作用较好，当砂水比1:2时左右时，Na20去除率最高。再生擦洗 时间越长，Na20去除率越高，前3min去除率增加明显，之后增加缓慢，他将其归因于砂粒凹 坑或缝隙中的残留黏结剂的溶解速度较慢。
[0007] 由于湿法再生耗水量较大，再生污水为强碱性，湿法再生中的污水处理就成了湿 法再生的关键技术之一。
[0008] 通过多年的研究和探索发现，水玻璃旧砂干法再生脱膜率低，再生砂可用性差，湿 法再生耗水量大、污水处理困难、湿砂烘干能耗高等问题没能完全解决。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种脱膜率高，无污染，再生砂可用性好的利用微波法再生 水玻璃旧砂的方法。
[0010] 本发明的再生方法，具体包括以下步骤：
[0011] ⑴配制浓度为〇. 5M - 5M的氢氧化钠溶液；
[0012] (2)将破碎后的水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，搅拌 混合均匀，其中水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液添加的质量比为1:0. 5 - 1. 5 ;
[0013] (3)利用微波，将微波反应釜升温至100-200°C，升温速度为5-30°C /min，恒 温 5 - 90min ;
[0014] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到再生砂，碱液回收循环利用。
[0015] 微波是一种频率极高（通常在300-300000MHz之间）、波长很短（通常在1- 1000mm之间）的电磁波，是一种能量（而不是热量）形式，但在介质中可以转化为热量。
[0016] 介质从电结构上分为无极和有极分子电介质。通常它们无规则排列，如把它们置 于交变的电场中，这些介质的极性分子取向会随电场极性的变化而变化，叫极化。外电场越 强，极化作用越强，外电场极性变化越快，极化越快，分子的热运动和相邻分子间的摩擦作 用也越剧烈。
[0017] 浸泡后的水玻璃旧砂，表面黏结膜中吸附大量水分，水分子吸收了微波能以后，在 微波的作用下呈方向性排列，改变了其原有的分子结构。当电场方向发生变化时，水分子亦 以同样的速度做电场极性运动，引起分子的转动，致使分子间频繁碰撞而产生了大量的摩 擦热。由于微波具有高频特性，它以每秒数十亿次的惊人速度进行周期变化，从而导致物料 在短时间内温度迅速升高，同时由于分子间的摩擦作用，导致水玻璃砂表面黏结膜的剥落 与脱除。
[0018] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0019] 微波法脱除水玻璃旧砂表面黏结膜，脱膜率100%，脱膜过程中还可以脱除型砂表 面的其他杂质元素，使得型砂的硅含量提高至99%以上，得到比新砂硅含量更高的型砂。
[0020] 微波法应用于铸造型砂表面水玻璃黏结膜的脱除，在加热的同时，由于分子间的 摩擦作用，能够加速表面黏结膜的剥落，使得水玻璃黏结膜在溶解的同时伴随剥落，脱膜效 率大幅提_。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是水玻璃旧砂再生前的SEM形貌图，再生前旧砂表面覆盖一层蜂窝状黏结膜， 砂粒表面裸露率不高于10%。
[0022] 图2是实施例1水玻璃砂再生后的SEM形貌图，再生后砂粒表面裸露率达99. 5%。
[0023] 图3是实施例2水玻璃砂再生后的SEM形貌图，再生后砂粒表面裸露率达99%。
[0024] 图4是实施例3水玻璃砂再生后的SEM形貌图，再生后砂粒表面裸露率达98%。
[0025] 图5是实施例4水玻璃砂再生后的SEM形貌图，再生后砂粒表面裸露率达99%。
[0026] 图6是实施例5水玻璃砂再生后的SEM形貌图，再生后砂粒表面裸露率达99. 5%。
【具体实施方式】
[0027] 实施例1
[0028] (1)用容量瓶配制浓度为2M的氢氧化钠溶液。
[0029] (2)将破碎后的水玻璃砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，用玻璃 棒搅拌混合均匀。二者添加质量比为1:1. 2。
[0030] (3)将微波反应釜程序升温至200°C，升温速度为15°C /min，恒温60min。
[0031] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到颜色接近白色的再生砂。
[0032] 其水玻璃砂再生后的形貌见附图2。再生前后Na20和Si02含量及脱膜率见附表 1〇
[0033] 实施例2
[0034] (1)用容量瓶配制浓度为5M的氢氧化钠溶液。
[0035] (2)将破碎后的水玻璃砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，用玻璃 棒搅拌混合均匀。二者添加质量比为1:0. 5。
[0036] (3)将微波反应釜程序升温至100°C，升温速度为5°C /min，恒温30min。
[0037] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到颜色接近白色的再生砂。
[0038] 其水玻璃砂再生后的形貌见附图3。再生前后Na20和Si02含量及脱膜率见附表 1〇
[0039] 实施例3
[0040] (1)用容量瓶配制浓度为〇? 5M的氢氧化钠溶液。
[0041] (2)将破碎后的水玻璃砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，用玻璃 棒搅拌混合均匀。二者添加质量比为1:1。
[0042] (3)将微波反应釜程序升温至150°C，升温速度为10°C /min，恒温30min。
[0043] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到颜色接近白色的再生砂。
[0044] 其水玻璃砂再生后的形貌见附图4。再生前后Na20和Si02含量及脱膜率见附表 1〇
[0045] 实施例4
[0046] (1)用容量瓶配制浓度为1M的氢氧化钠溶液。
[0047] (2)将破碎后的水玻璃砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，用玻璃 棒搅拌混合均匀。二者添加质量比为1:1. 5。
[0048] (3)将微波反应釜程序升温至180°C，升温速度为20°C /min，恒温lOmin。
[0049] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到颜色接近白色的再生砂。
[0050] 其水玻璃砂再生后的形貌见附图5。再生前后Na20和Si02含量及脱膜率见附表 1〇
[0051] 实例 5
[0052] (1)用容量瓶配制浓度为1. 5M的氢氧化钠溶液。
[0053] (2)将破碎后的水玻璃砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，用玻璃 棒搅拌混合均匀。二者添加质量比为1:1. 5。
[0054] (3)将微波反应釜程序升温至120°C，升温速度为30°C /min，恒温5min。
[0055] (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得 到颜色接近白色的再生砂。
[0056] 其水玻璃砂再生后的形貌见附图6。再生前后Na20和Si02含量及脱膜率见附表 1〇
[0057] 附表 1
[0058]
【权利要求】
1. 一种利用微波高效再生水玻璃旧砂的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 配制浓度为0. 5M - 5M的氢氧化钠溶液； (2) 将破碎后的水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液分别依次加入至微波反应釜中，搅拌混合 均匀，其中水玻璃旧砂和氢氧化钠溶液添加的质量比为1:0. 5 - 1. 5 ; ⑶利用微波，将微波反应釜升温至100 - 200°C，升温速度为5 - 30°C /min，恒温5 - 90min ； (4)将步骤（3)中反应后的水玻璃砂与碱液过滤分离，水玻璃砂经洗涤后烘干，得到再 生砂，碱液回收循环利用。
【文档编号】B22C5/00GK104399877SQ201410632442
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】张福丽, 常云峰 申请人:天津众智科技有限公司