一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺以及无机再生砂的制作方法

本发明涉及铸造砂再生领域，具体而言，涉及一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺以及无机再生砂。

背景技术：

铸造行业与国民经济发展息息相关，由于其污染较大，因此发展绿色铸造，解决经济效益与环保的矛盾显得尤为重要。砂型铸造占整个铸造的80％以上，砂型铸造用砂又可分为黏土砂、有机树脂砂、无机粘结剂砂。其中，无机粘结剂砂在使用过程中无气体和臭味产生，符合现代可持续发展的绿色铸造理念，被视为新一代最具发展潜力的铸造用砂。

无机粘结剂砂，又称之为无机砂，是以原砂为骨料(烘干砂、焙烧砂、海砂)，所用粘结剂为无机粘结剂，是以改性水玻璃为基，并由激发剂(硬化剂)、交联剂、流变剂、溃散剂等多组分构成。制芯过程中，改性水玻璃中的硅酸钠在co2或高温脱水的作用下形成硅酸凝胶，从而具备粘结强度。

随着无机砂技术的逐渐成熟和其绿色环保优势的越发突出，无机砂的使用量将会大幅度增长。虽然无机砂在使用过程中无气无味，但是在其使用完之后会产生大量的废砂待处理，对于大量的无机粘结剂废砂，当前没有行之有效的手段进行处理。开发对其再生循环利用技术成为又一个关键点。

无机再生砂的检测指标主要有na2o含量、导电率、酸耗值、制样强度等。现有的废砂再生方法包括机械干法再生、湿法再生、化学再生等。其中，机械干法再生是在常温或加热状态下对废砂进行研磨，使其表面的残留物剥离。此法对于na2o的去除率仅能达到30％～50％，同时会造成砂粒形状的破坏，降低再生砂的使用效果。湿法再生则是用水与废砂混合搅拌，利用水来洗涤废砂表面的粘接剂，其对于na2o的去除率能达到80％～90％，但由于废砂中na2o含量较高，直接水洗消耗水量太大，造成更加严重的问题—污水处理。并且由于无机粘结剂中的粉剂不溶于水，因此无法去除，而这部分物质会造成砂粒的粘结性差。而化学再生则是通过化学试剂的中和反应来去除废砂表面残留的粘接剂，由于废砂中的na2o含量不稳定，此法对于化学试剂用量的难以把握，会导致na2o去除率难以控制，再生砂性质不稳定等问题。因此，开发一种高效可控地废砂再生工艺非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，其操作简单方便，对设备要求不高，同时，再生效果可控性高，能达到较高的na2o去除率，保证再生砂的使用性能。

本发明的另一目的在于提供一种无机再生砂，其采用上述无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，其na2o含量低，可以达到焙烧砂相当的制样强度。

本发明的实施例是这样实现的：

一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，其特包括：

对废砂进行焙烧，并将焙烧后的废砂与水混合搅拌。

一种无机再生砂，其采用上述无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，其包括先对废砂进行焙烧，并将焙烧后的废砂与水混合搅拌。焙烧处理可以去除约70％的na2o，再加水洗涤可以将na2o去除率提升到95％以上。同时，该联合再生工艺对于废砂的损伤极小，得到的再生砂可以拥有与焙烧砂相当的制样强度。此外，该联合再生工艺的操作简单方便，对设备要求不高，适合应用于大规模的工业化生产。

本发明实施例还提供了一种无机再生砂，其采用上述无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，其na2o含量低，可以达到焙烧砂相当的制样强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺的工艺流程图；

图2为本发明实施例1与对比例1～4所提供的产品的外观对比；

图3为本发明实施例1与对比例1～4所提供的产品的显微照片的对比。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺以及无机再生砂进行具体说明。

本发明实施例提供了一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，其包括：

对废砂进行焙烧，并将焙烧后的废砂与水混合搅拌。

进一步地，在本发明实施例中，对废砂进行焙烧的温度为500～800℃，时间为3～8h。焙烧可以使废砂表面的惰性膜脆化剥离，发明人经过大量创造性劳动发现，当焙烧温度从200℃提高到500℃时，惰性膜的去除率保持上升状态，na2o去除率明显增加。当焙烧温度在500～800℃时脱膜率呈现缓慢上升状态，na2o去除率缓慢增加。当温度超过800℃时，na2o去除率反而下降。综合各方面因素考虑，将焙烧温度设置500～800℃，达到的效果最佳。

可选地，在对废砂进行焙烧的过程中，采用负压去除脱落的微粉颗粒。粉尘颗粒由集尘装置进行收集，用于制作建筑建材，属于废物再利用，降低整体生产成本，并且使整个生产过程做到无粉尘排放。

进一步地，焙烧后的废砂与水的质量比为1:1～2。发明人经过自身创造性劳动发现，在用水量过少的情况下，na2o溶解效果差，去除效果减弱；水量过多，砂粒之间摩擦碰撞频率减少，去除效果减弱。当废砂与水的质量比为1:1～2时，na2o去除效果较佳。

可选地，在焙烧之后，将焙烧后的废砂降温至200～400℃，再与水进行混合搅拌。水采用常温即可，将200～400℃的废砂与水混合，一方面可以利用热胀冷缩的原理，促进废砂表面惰性膜的剥离；另一发明可以利用废砂的热量对水进行加热，来达到后续搅拌混合过程所需的温度，利于na2o的溶解，使去除率更高。

与此同时，对焙烧后的废砂与水混合搅拌的温度为40～80℃，搅拌转速为500～2000rpm，搅拌时间为5～30min。发明人经过自身创造性劳动发现，在上述条件下对于na2o的去除率较佳。

进一步地，本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，还包括：

将混合搅拌后得到的砂水混合物离心脱水，得到脱水砂；其中，离心脱水的转速为300～1000rpm，时间为1～5min。

可选地，离心出的废水排入废水桶中回收，经过净化后可以循环利用，使整个再生工艺达到零无水排放。具体地，水洗后将废水排入废水桶，由于旧砂经过高温焙烧后只残留小部分na2o，每次加入浓度为0.01～0.1mol/l盐酸即可中和净化，净化水可应用于下一批次废砂的湿法处理中。但值得注意的是，由于废水在回收处理过程中的损失，下次水洗前向水洗桶中补充砂重10％～30％清水来达到水洗所需的水量。

进一步地，本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，还包括：

将脱水砂在100～300℃下烘干，直至脱水砂的含水量≤0.3％。

经测试，采用本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，对废砂中na2o的去除率＞95％，并且对于砂粒的性状损伤较小，可以获得更好的制样强度。

本发明实施例还提供了一种无机再生砂，其采用上述无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，其na2o含量低，可以达到焙烧砂相当的制样强度。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种无机再生砂，其采用本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，工艺流程图如图1所示，具体步骤包括：

s1.将废砂进料仓破碎，由斗提机送入焙烧炉高温焙烧，焙烧温度800℃，焙烧时间3h，焙烧过程中有负压除尘装置去除脱落微粉颗粒。

s2.将焙烧后废砂经由传送带送入水洗搅拌机内，此时砂温200℃，砂量为1t/桶，水量为1t/桶，搅拌水温为40℃，搅拌转速为500rpm，搅拌时间30min。

s3.对水洗桶离心脱水，离心转速为300rpm，脱水时间5min，得到脱水砂。将水排入废水桶净化，循环利用。

s4.将脱水砂送入烘干机，烘干温度100℃，直至砂的水份含量≤0.3％，得到无机再生砂。

s5.将上述无机再生砂进入成品料仓待检测，检测合格后包装入库。

实施例2

本实施例提供了一种无机再生砂，其采用本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，具体步骤包括：

s1.将废砂进料仓破碎，由斗提机送入焙烧炉高温焙烧，焙烧温度500℃，焙烧时间8h，焙烧过程中有负压除尘装置去除脱落微粉颗粒。

s2.将焙烧后废砂经由传送带送入水洗搅拌机内，此时砂温400℃，砂量为1t/桶，水量为2t/桶，实际搅拌水温为80℃，搅拌转速为2000rpm，搅拌时间10min。

s3.对水洗桶离心脱水，离心转速为1000rpm，脱水时间2min，得到脱水砂。将水排入废水桶净化，循环利用。

s4.将脱水砂送入烘干机，烘干温度300℃，直至砂的水份含量≤0.3％，得到无机再生砂。

s5.将上述无机再生砂进入成品料仓待检测，检测合格后包装入库。

实施例3

本实施例提供了一种无机再生砂，其采用本发明实施例所提供的无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，具体步骤包括：

s1.将废砂进料仓破碎，由斗提机送入焙烧炉高温焙烧，焙烧温度600℃，焙烧时间5h，焙烧过程中有负压除尘装置去除脱落微粉颗粒。

s2.将焙烧后废砂经由传送带送入水洗搅拌机内，此时砂温300℃，砂量为1t/桶，水量为1.5t/桶，实际搅拌水温为65℃，搅拌转速为1500rpm，搅拌时间15min。

s3.对水洗桶离心脱水，离心转速为600rpm，脱水时间4min，得到脱水砂。将水排入废水桶净化，循环利用。

s4.将脱水砂送入烘干机，烘干温度200℃，直至砂的水份含量≤0.3％，得到无机再生砂。

s5.将上述无机再生砂进入成品料仓待检测，检测合格后包装入库。

对比例1

本对比例提供一种废砂，其与实施例1～3所采用的废砂为同一批次。

对比例2

本对比例提供一种无机再生砂，其与实施例1～3所采用的废砂为同一批次，经过现有技术中的机械干法研磨制备得到。

对比例3

本对比例提供一种无机再生砂，其与实施例1～3所采用的废砂为同一批次，经过现有技术中的湿法再生方法制备得到。

对比例4

本对比例提供一种市售的焙烧砂。

试验例1

采用实施例1～3以及对比例1～4所提供的产品，对其酸耗值、导电率、na2o含量、以及na2o去除率进行测试。

其中，na2o含量的测试方法如下：

s1.称量50g(±0.01)的砂样，记为m1，倒入玻璃烧杯中。

s2.用量筒量取50±0.1ml蒸馏水加入烧杯中，然后将烧杯放在加热炉上，烧杯内液体加热至沸腾。

s3.取下沸腾的烧杯放在石棉网上，用玻璃棒搅拌砂、水混合物5min，然后静置冷却至室温。

s4.砂、水混合物用滤纸过滤到锥形瓶中，然后用量筒量取10ml蒸馏水冲洗，连续5次冲洗。

s5.过滤完成后向锥形瓶中滴入2～3滴甲基红指示剂，此时液体呈现黄色，然后用0.1mol/l的标准酸滴定至溶液变为酒红色，记下消耗的酸液体积v1。

s6.以下式计算硅砂中na2o含量：

注意：液体加热至沸腾后及时停止加热，避免沸腾过于剧烈造成液体飞溅。

酸耗值测试方法：根据gb/t7143-2010测试。

导电率测试方法如下：

s1.称取20±0.01g砂样倒入250ml的震荡瓶中，称取100±1ml蒸馏水倒入振荡瓶中，盖好后放入thz-82型振荡机上开始震荡，振幅为120r/min，时10min。

s2.震荡完成后将振荡瓶取出，静置5min，用移液管转移60ml上清液于100ml聚乙烯离心管中，盖好后放入td5a型离心机开始离心，转速3000r/min，时间30min。

s3.离心分离完成后将上清液缓慢倒入100ml烧杯中，放入恒温水浴锅中保温20min，温度30℃。

s4.用fe38型电导率仪测试其电导率。

na2o去除率通过下式进行计算，

其中，x1为无机废砂的na2o含量，x2为无机再生砂的na2o含量。

测试结果如表1所示。

表1.产品理化性能测试结果

由表1可以看出，本发明实施例1～3所提供的无机再生砂，其na2o含量低至0.1％以下，na2o去除率达到95％以上。相比之下，对比例2和对比例3所提供的无机再生砂中na2o含量分别达到0.89％和0.72％，na2o去除率分别为44.3％和74.2％。可见本发明实施例的再生工艺，对于na2o的去除效果更好。此外，本发明实施例1～3所提供的无机再生砂，其酸耗值和导电率与市售焙烧砂(对比例4)相当，具有与市售焙烧砂接近的理化性质。

试验例2

分别采用实施例1～3以及对比例1～4所提供的产品制成试验样本，并对试验样本的抗拉强度进行测试，制样和测试的具体方式如下：

s1.混砂：取实施例提供砂样2000g±1g，加入a型号固体粉剂1.3％，混砂30s，加入b型号液态无机粘结剂2.3％，(加入量百分比均相对于砂样，均为市售)，混砂30s，搅拌转速300～450r/min，得到粘稠状混合物。

s2.制样：将砂样混合物在气体压力下吹入模具，气压0.4～0.6mpa，模具温度120～180℃。通150±10℃的热吹气促进硬化，吹气时间20～60s。

试块大小：根据gb/t2684-2009制得标准8字型抗拉试块。

抗拉强度检测：用所制得8字型试块测试抗拉强度。

每次测试6次，去掉最大值和最小值后，取其平均值。

测试结果如表2所示。

表2.产品制样强度测试结果

由表2可以看出，以对比例2和对比例3所提供的无机再生砂制成的测试样品，1h抗拉强度仅为1.27～1.44mpa，24h抗拉强度均有衰退，仅为1.08～1.30mpa。相比之下，本发明实施例1～3所提供的无机再生砂所制成的测试样品，1h抗拉强度为2.06～2.10mpa，24h抗拉强度为2.05～2.10mpa，不仅在强度上明显优于对比例2～3，甚至在强度保持上也同样更优，其测试结果可以达到市售焙烧砂(对比例4)的制样效果。

试验例3

采用实施例1～3以及对比例1～4所提供的产品，对其在裸眼下和显微镜下的外观进行比较，结果如图2和图3所示。

由图1可以看出，本发明实施例1所提供的无机再生砂，颜色较浅，更接近于市售焙烧砂(对比例4)的颜色，而对比例2～3所提供的无机再生砂的颜色较深，跟接近于废砂(对比例1)的颜色。

由图2可以看出，本发明实施例1所提供的无机再生砂，其砂粒表面较清洁，更接近于市售焙烧砂(对比例4)的形貌，而对比例2～3所提供的无机再生砂的表面存在较多深色杂质，更接近于废砂(对比例1)的形貌。

综上所述，本发明实施例提供了一种无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺，其包括先对废砂进行焙烧，并将焙烧后的废砂与水混合搅拌。焙烧处理可以去除约70％的na2o，再加水洗涤可以将na2o去除率提升到95％以上。同时，该联合再生工艺对于废砂的损伤极小，得到的再生砂可以拥有与焙烧砂相当的制样强度。此外，该联合再生工艺的操作简单方便，对设备要求不高，适合应用于大规模的工业化生产。

本发明实施例还提供了一种无机再生砂，其采用上述无机旧砂热法和湿法的联合再生工艺制备得到，其na2o含量低，可以达到焙烧砂相当的制样强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。