水玻璃旧砂再生困难是国内外铸造工作者的共识, 在可供选择使用的干法再生、湿法再生和化学法再生中, 采用哪种方法最合理、综合效果(成本价格比)最好,一直 存在争论。根据干法再生水玻璃旧砂工艺过程较简单、干 法再生砂质量较差且通常只能做背砂使用,而湿法再生 水玻璃旧砂工艺过程较复杂、湿法再生砂的质量好可作面砂或单一砂使用的事实,经过大量的试验研 究后笔者认为,将干法、湿法结合起来,实现“水玻璃旧砂的干法回用与湿法再生”是最理想的选择。本文通过大量的试验数据,论证了笔者的上述观点,供读者参考。1旧砂回用与旧砂再生旧砂回用是指将用过的旧砂块经破碎、去磁、筛分、试验研究—水玻璃旧砂的干法回用与湿法再生3 /2002中国铸造装备与技术过的旧砂块经破碎、并去除废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂 物,恢复近于新砂的物理和化学性能代替新砂使用。旧砂再生与旧砂回用的主要区别在于再生砂与 回用砂性能上的本质差别:再生砂的物理和化学性能接近新砂,可代替新砂作单一砂或面砂使用;而回用砂的性能与新砂的性能差距较大,可作背砂或在加人较多的新砂后作单一砂使用川。由于再生砂和回用砂在上述性能和使用要求上的区别,旧砂在其再生或回用处理中的工艺过程和处理 设备也有较大的区别。通常可把旧砂的回用处理当作旧砂再生的前处理或预处理。旧砂回用处理的 作用主要是将旧砂块破碎并除去旧砂中的铁磁物质和灰尘;而旧砂再生除了要有旧砂回用处理的功 能外,还强调要除去旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜,使再生砂的性能接近新砂。因此,
旧砂再生 过程实际上包括“旧砂的回用处理”和“旧砂粒上残留粘结剂膜的剥离处理”两个过程。2水玻璃旧砂的性能特点大量的实践和研究结果表明,水玻璃旧砂具有如下的性能特征〔“:: (l)水玻璃旧砂粒上的残留粘结膜在高温浇注后不能燃烧分解,而是形成一种低熔点的硅酸钠胶牢 固地粘附在砂粒表面,使得干法再生(对旧砂粒进行机械碰撞、磨擦处理)该类旧砂的脱膜率较低。(2)旧砂块破碎后,旧砂粒表面上的残留硅酸钠胶、盐等具有很强的吸湿性,使得该类旧砂很易回潮、其干法再生的效果较差,干法再生前对旧砂进行加热预处理可提高干法再生的除膜效果。(3)水玻璃旧砂粒表面上的残留物(残留水玻璃粘结剂、盐、酷等)溶于水,故湿法再生水玻璃旧砂的效果好。 (4)再生砂粒表面上残留的高模数水玻璃、残留醋、盐等对再生砂的性能(强度、可使用时间等) 具有巨大影响,去除上述残留物是旧砂再生的主要任务。3水玻璃旧砂的几种常用再生方法
可使用时间、耐火度等性能指标可接近新砂。 (3)湿法再生水玻璃砂可代替新砂作面砂和单一砂使用,循环中新砂的加人量为ro%一20%。 与干法再生相比,湿法再生的不足是:再生工艺和设备系统较复杂,湿法再生的污水需经处理后循环回用或无害排放。 水玻璃旧砂湿法再生系统中的主要设备有:旧砂的破碎及磁选设备、湿法再生设备、脱水设备、烘干设备、污水处理设备等。3.3水玻璃旧砂的化学再生 旧砂的化学再生〔‘〕,通常是指向旧砂中加人某些化学试剂(或溶剂),把旧砂与化学试剂(或溶 剂)搅拌均匀,借助化学反应来去除旧砂表面的残留粘结剂及其有害成分,使旧砂恢复或接近新砂 的物理化学性能。用化学法再生水玻璃旧砂通常是往水玻璃旧砂中加人NH4CI、HCI、H多 04等溶液以中和其中的残留Na刃。水玻璃化学再生试验研究—水玻璃旧砂的干法回用与湿法再 生3/2002中国铸造装备与技术砂的质量好,可代替新砂使用,但再生成本较高,实际生产使用较少。近年来,朱纯熙教授等对水玻璃粘结剂改性及其旧砂的再生做了大量的研究工作,他认为困,水玻璃 旧砂表面的残留Na刃可分为三部分:5%一10%的NaZO存在于不溶性的玻璃态中,它不会 影响回用砂的可使用时间;30%一35%的NaZo以盐(乙酸钠或碳酸钠等)的形式存在,它 们恶化回用砂的可使用时间和耐火度;而55%-65%的NaZO存在于失水高模数水玻璃中。 故向旧砂中加人一定量的NaOH溶液,可以使该高模数水玻璃的模数降低,恢复其部分粘结能力 。由此提出了化学改性水玻璃旧砂的方法,并将其也称为“化学再生”。该方法的实质是对水玻璃旧砂或再生砂的“化学改性”,它必须结合干法再生使用,否则旧砂中的残留Na必会不断增加。“化学改性”水玻璃旧砂的难点是,实际生产中几乎无法区分水玻璃旧砂残留粘结剂中的有害Na2 0成分和无害Na20成分,且循环使用中引起的NaZO积累现象更加严重。另外,Na0H溶 液加人水玻璃旧砂后,在较短时间内能多大程度上溶人旧砂粒表面上的残留水玻璃中,并降低残留水玻璃的模数,仍有待试验与研究证明。根据朱纯熙教授提供的“化学再生”方案:“往醋水玻璃旧砂中加人8.5%Na0H、水和适量的 有机醋,可以恢复部分旧水玻璃的部分粘结能力、并增加型砂粘结时的可使用时间”,我们对其做 了一些验证试验,试验方案及结果如表1所示(该试验采用实际生产中的醋硬水玻璃旧砂进行测试 )。从表1的试验结果看,加人NaOH溶液可恢复部分残留水玻璃的粘结能力,但效果比较有限。表l醋硬化水玻璃旧砂中加人NaOH溶液,残留水玻璃恢复粘结能力的测试结果为了比较干法再生砂、湿法再生砂性能上的区别,我们做了如下对比试验。4.1砂样的制备 原砂采用大林标准砂(50/100目),型砂配方(%)为:新砂100,水玻璃臼了二2.8, OBe二42)4,1”酉旨0.4。浇注后的旧砂块破碎成砂粒,然后将旧砂粒分别在自已研制 的干法再生试验装置及湿法再生试验装置上再生,得干法再生砂样和湿法再生砂样。砂样的残留N aZO含量及再生去膜率如表2所列。表2砂样的残留N处0含量及其再生去膜率砂样旧砂干法再生砂湿法再生砂残留N为O含量(%)0.1780.1340 .032再生脱膜率(%)24782.14.2水玻璃模数对再生砂的再粘结性能的影响 将上述干法再生砂、湿法再生砂进行再粘结测试,并与新砂对比,试验结果如图1、图2和表3所示。试验中,采用了两种不同模数的水玻璃(M=2 .8,OBe二42;M=2 .1,0Be=50),水玻璃加人量为砂样的4%,1“酉旨的加人量为砂样的0.4%;环境温度25~27℃,环境湿度约91%。 从图1、图2.﹄艺、侧票日年试样号试验配方硬化(抗压)强度MPa试验条件2h4h6h24h48hl3%水、aZ%MD」,型快醋0.01920习3450.06120 .04670 .0001.环境温度:13~14℃2.相对湿度:883配方中,水、NaOH溶液、酉旨的加人量为旧砂的百分比23%(8 .5%NaOH)、住2%MDT型快醋0 .02940.04730_0凡560一05290 .059833%(17%NaOH)、住2%MDT型快酉旨0 .03820习5620n6飞q0乃6030 .066743%(8石%Naoll)、0.1%MDT型快酷0 .04240乃584006390.U lj尸0.U尹夕553%(85%NaOH)、0.05%MDT型快酉旨0.04060.0584006310,07390乃751 硬化时间/h图1三种砂的硬化曲线(水玻璃和表3中可以看出,干法再生砂的再粘结强度和可使用时间要远小于湿法再生砂和新砂,且水玻璃的模数对再粘结强度和可使n﹃、﹄n﹃、0 .…勺‘11召weo帷2.8)用时间的影响很目白苍\侧惑国编 硬化时
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