本发明属于模具铸造砂芯材料技术领域，尤其涉及一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法。
背景技术
硅酸盐作为一种无机化学粘结剂，来源广泛、价格低廉、无毒无味，目前广泛应用于铸造行业。传统的硅酸盐粘结剂基本上使用的是单一硅酸盐为组分(模数为1.6～2.8之间)作为铸造型砂的粘结剂，在制型时将该类硅酸盐粘结剂与原砂混合再向型芯体吹送二氧化碳实现固化。随着改性技术的发展，出现了向这类粘结剂中添加有机酯固化的新型硅酸盐粘结剂，发展到当今以更低模数的硅酸盐(模数为1.6)为基本组分，通过添加多种无机盐和有机物改性的，同时使用无机与有机复合制备的粉体固化促进剂配合使用固化的全新无机型砂工艺和产品。
与有机树脂粘结剂相比，硅酸盐粘结剂在应用过程中没有有毒气体产生，在环保标准日益严格的今天，硅酸盐类型砂被认为是最有可能实现绿色铸造的型砂类型。但是，硅酸盐类型砂存在难以再生回用的问题，因为硅酸盐的基本物性决定了其制备的铸造型砂在铸造浇注在原砂表面或之间形成了不同缩聚程度的多聚硅酸和含有的碱金属氧化物带来的高碱问题导致硅酸盐废砂被大量排放，不仅给环境带来严重污染，还使得这类铸造废砂难以采用通常铸造废砂的再生技术方法和装备进行再生处理实现回用的目的，造成了极大的资源浪费。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法，以解决硅酸盐类废砂难以再生回用，造成资源浪费的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法，包括以下步骤：
(1)机械处理：将硅酸盐废砂破碎、筛分，然后进行碾磨处理和多级擦洗，擦洗级数为3-12级；
(2)一次超声处理：将步骤(1)中擦洗后的废砂风选除尘后与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:1-2；然后进行一次超声处理，处理时间为10-30min；
(3)焙烧处理：将步骤(2)中一次超声处理后的废砂与清洗液分离，废砂放入焙烧炉，焙烧，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1-3h后放砂；
(4)二次机械处理：将步骤(3)中焙烧后的废砂碾磨，多级擦洗后，风选除尘；碾磨时间为10-60s，擦洗级数为3-9级；
(5)二次超声处理：对步骤(4)中除尘后的废砂进行二次超声处理；
(6)将步骤(5)中二次超声后的砂与废水分离，砂烘干处理后放入成品仓，废液进入处理池循环使用。
本基础方案的有益效果在于：
1、本发明的技术方案适合于使用硅酸盐类、磷酸盐类、铝硅酸盐类以及这些无机粘结剂单独或改性混合制备的复合无机粘结剂类的铸造废旧砂再生回用，实现了硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生回用，用水量少，废水可经简单的沉降处理后循环使用；处理效果好，可应用于覆膜砂、树脂砂等，完全或部分代替新砂使用。
2、在本发明中，对无机废砂进行超声处理，一方面可破坏硅酸盐与砂粒表面的吸附作用，另一方面使硅酸盐表面产生裂纹，气泡钻入裂纹，到达砂粒表面，通过振动使硅酸盐脱离，保证硅酸盐类无机废砂再生的效果。
3、对废砂进行焙烧，加热后达到的温度不低于300℃，废砂表面的粘结膜由韧性变成脆性，有利于将粘结膜除掉；而且硅酸盐废砂中含有的氧化钠与二氧化硅，氧化钠与二氧化硅在相同的温度中有不同的膨胀行为，遇热膨胀后擦洗时容易脱落，有利于除去粘结膜。
进一步，所述步骤(1)中，将破碎后的废砂粒径控制在小于4目，含水量控制在低于1.5‰；碾磨时加砂速度控制在15-50kg/s，碾磨处理的转速控制在50-200r/min，碾磨时间30-90s；碾磨过程通入风，通风量控制在0-10000m3/min；擦洗时加砂量控制在30-140kg/min，擦洗处理的转速控制在1000-3000r/min。废砂中的含水量过高不利于去除粘结膜，控制粒径是为了更有效的碾磨；将机械处理的参数控制在上述范围内能够使废砂的残留粘结膜得到充分碾磨的同时，避免砂粒本身受到过量磨削，吹风有利于砂粒流动，尽可能使每一颗砂都能研磨充分。
进一步，碾磨时加砂速度控制在20-30kg/s，碾磨处理的转速控制在80-160r/min，碾磨时40-60s；碾磨过程通入风，通风量控制在1000-6000m3/min；擦洗处理的加砂量为35-100kg/min，擦洗处理的转速控制在1000-2000r/min。申请人经过多次试验发现，将机械处理的废砂的参数控制在上述范围内，废砂回收再生的效果较好。
进一步，所述步骤(2)一次超声处理中，清洗液是含有浓度为0.1-5％的无机酸和浓度为0.005-0.01％的表面活性剂的水溶液；一次超声处理超声波的频率为28-48hz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.5kw。清洗液中的无机酸可中和硅酸盐中的nao2和一些钠盐，促进硅酸盐在清洗液中溶解；表面活性剂的一端有亲水基团，并具有一定的发泡能力，可增强超声波的空化作用，使硅酸盐从砂粒表面脱离。申请人经过多次试验发现，将一次超声处理的参数控制在上述范围内，超声处理的效果较好。
进一步，一次超声波的频率为30-38hz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.1-0.4kw。申请人经过多次试验发现，将一次超声处理的参数控制在上述范围内，处理的效果较好。
进一步，所述无机酸采用磷酸或者草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物；所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂。
进一步，所述步骤(3)焙烧处理中，将待焙烧的废砂的粒径控制在小于6目，废砂的流量控制在20-80kg/min；将焙烧炉焙烧区的温度控制在400-500℃，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1-2h后放砂。
焙烧区的温度控制在400-500℃，通过控制废砂的流量，废砂经过焙烧区时其表面包裹的粘结膜温度瞬间能被加热到300多到400℃，但此时废砂内部温度还达不到这么高的温度，当废砂落在焙烧炉底时，在热传递的作用下，废砂此时内外各部分的温度在300度左右，经过申请人的多次研究发现，在这个温度下对废砂保温1-2h，废砂表面的粘结膜由韧性变成脆性，有利于将粘结膜除掉；而且硅酸盐废砂中含有的氧化钠与二氧化硅，氧化钠与二氧化硅在相同的温度中有不同的膨胀行为，遇热膨胀后擦洗时容易脱落，有利于除去粘结膜。
进一步，将废砂的流量控制在40-60kg/min；将焙烧炉焙烧区的温度控制在430-470℃，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1.25h后放砂。申请人经过多次试验发现，将焙烧的温度控制在上述范围内，得到的综合效果较好。
进一步，所述步骤(5)中的二次超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1-2、1:1-1.5和2:1-1.25；三联超声水洗中处理时间分别为10-30min、5-20min和3-10min。三联超声水洗通过3次连续的超声清洗，逐步溶解砂中的细粉和脱离的硅酸盐，清洗后砂的耗酸值低，含泥量少。在三联超声水洗过程中，砂水比是逐步降低的，一是通过提高砂水密度，使砂粒间可产生摩擦，增强清洗效果，二是砂中可溶解物的逐步减少使水量需求降低，可节约一部分水量。
具体实施方式
下面对原料选用进行了说明，并通过具体实施方式对技术方案进一步详细说明：
本发明中无机酸采用磷酸或者草酸中的一种或者选用磷酸和草酸的混合物；本发明中的表面活性剂为阴离子型表面活性剂，阴离子型表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸氨中的一种或上述三种阴离子型表面活性剂的任意组合。
实施例1
一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法，包括以下步骤：
(1)机械处理：将硅酸盐废砂破碎、筛分，将破碎后的废砂粒径控制在小于4目，含水量控制在低于1.5‰；然后进行碾磨处理和多级擦洗，擦洗级数为7级；碾磨时加砂速度控制在25kg/s，碾磨处理的转速控制在100r/min，碾磨时间60s；碾磨过程通入风，通风量控制在3000m3/min；擦洗时加砂量控制在70kg/min，擦洗处理的转速控制在1500r/min。
(2)一次超声处理：将步骤(1)中经擦洗后的废砂风选除尘后与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:1.2；然后进行一次超声处理，超声波的频率为28hz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.2kw；处理时间为30min；所述清洗液是含有浓度为1％质量比的无机酸和0.006％的表面活性剂的水溶液。
(3)焙烧处理：将步骤(2)中经一次超声处理后的废砂与清洗液分离，废砂放入焙烧炉焙烧，待焙烧的废砂的粒径控制在小于6目，废砂的流量控制在40kg/min；将焙烧炉焙烧区的温度控制在400-500℃，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1.2h后放砂。
(4)二次机械处理：将步骤(3)中焙烧后的废砂碾磨，多级擦洗后，风选除尘；碾磨时间为30s，擦洗级数为6级；
(5)二次超声处理：对步骤(4)中除尘后的废砂进行二次超声处理；二次超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.8、1:1.5和2:1.25；三联超声水洗中处理时间分别为30min、20min和10min。
(6)将步骤(5)中二次超声后的砂与废水分离，砂烘干处理后放入成品仓，废液进入处理池循环使用。
实施例2
一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法，包括以下步骤：
(1)机械处理：将硅酸盐废砂破碎、筛分，将破碎后的废砂粒径控制在小于4目，含水量控制在低于1‰；然后进行碾磨处理和多级擦洗，擦洗级数为7级；碾磨时加砂速度控制在35kg/s，碾磨处理的转速控制在120r/min，碾磨时间60s；碾磨过程通入风，通风量控制在4000m3/min；擦洗时加砂量控制在80kg/min，擦洗处理的转速控制在2000r/min。
(2)一次超声处理：将步骤(1)中经擦洗后的废砂风选除尘后与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:1.4；然后进行一次超声处理，超声波的频率为32hz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.25kw；处理时间为20min；所述清洗液是含有浓度为2％质量比的无机酸和0.008％的表面活性剂的水溶液。
(3)焙烧处理：将步骤(2)中经一次超声处理后的废砂与清洗液分离，废砂放入焙烧炉焙烧，待焙烧的废砂的粒径控制在小于6目，废砂的流量控制在45kg/min；将焙烧炉焙烧区的温度控制在400-500℃，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1.2h后放砂。
(4)二次机械处理：将步骤(3)中焙烧后的废砂碾磨，多级擦洗后，风选除尘；碾磨时间为30s，擦洗级数为6级；
(5)二次超声处理：对步骤(4)中除尘后的废砂进行二次超声处理；二次超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.6、1:1.3和2:1.2；三联超声水洗中处理时间分别为28min、18min和8min。
(6)将步骤(5)中二次超声后的砂与废水分离，砂烘干处理后放入成品仓，废液进入处理池循环使用。
实施例3
一种硅酸盐类无机覆膜湿态废砂的再生方法，包括以下步骤：
(1)机械处理：将硅酸盐废砂破碎、筛分，将破碎后的废砂粒径控制在小于4目，含水量控制在低于1‰；然后进行碾磨处理和多级擦洗，擦洗级数为6级；碾磨时加砂速度控制在42kg/s，碾磨处理的转速控制在150r/min，碾磨时间60s；碾磨过程通入风，通风量控制在4000m3/min；擦洗时加砂量控制在100kg/min，擦洗处理的转速控制在2200r/min。
(2)一次超声处理：将步骤(1)中经擦洗后的废砂风选除尘后与清洗液混合搅拌形成水砂体，废砂与清洗液的质量份数比为废砂：清洗液＝1:1.8；然后进行一次超声处理，超声波的频率为35hz，处理每公斤废砂超声波强度满足0.28kw；处理时间为20min；所述清洗液是含有浓度为4％质量比的无机酸和0.01％的表面活性剂的水溶液。
(3)焙烧处理：将步骤(2)中经一次超声处理后的废砂与清洗液分离，废砂放入焙烧炉焙烧，待焙烧的废砂的粒径控制在小于6目，废砂的流量控制在60kg/min；将焙烧炉焙烧区的温度控制在400-500℃，确保废砂加热后达到的温度不低于300℃，保温1h后放砂。
(4)二次机械处理：将步骤(3)中焙烧后的废砂碾磨，多级擦洗后，风选除尘；碾磨时间为35s，擦洗级数为6级；
(5)二次超声处理：对步骤(4)中除尘后的废砂进行二次超声处理；二次超声处理为三联超声水洗，三联超声水洗中砂与水的质量份数比分别为1:1.5、1:1.1和2:1；三联超声水洗中处理时间分别为25min、15min和8min。
(6)将步骤(5)中二次超声后的砂与废水分离，砂烘干处理后放入成品仓，废液进入处理池循环使用。
分别对经实施例1-3处理后的再生砂和未经过任何加工处理的硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂的酸耗值、含泥量、ph值等进行检测，得到表1：
表1
分析结论：
根据表1的数据可知，经过本发明申请技术方案处理的硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂，其酸耗值、含泥量、ph值远远低于未经过任何加工处理的硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂，符合硅酸盐类无机覆膜砂湿态废砂再生后的使用标准，可投入再次使用，有效降低成本。