水玻璃砂的再生

1、封驥 一、水玻璃砂的構(gòu)成水玻璃砂的構(gòu)成 1、原砂 2、水玻璃（粘結(jié)劑） 3、輔助材料（潰散劑、脫模劑等） 水玻璃是一種透明的玻璃狀熔體，成分是堿堿 金屬硅酸鹽金屬硅酸鹽。 通常說的水玻璃指：鈉水玻璃 (Na2OmSiO2nH2O） 二、水玻璃舊砂再生面臨的問題二、水玻璃舊砂再生面臨的問題 （一）、水玻璃舊砂的特點(diǎn)（一）、水玻璃舊砂的特點(diǎn) 1.結(jié)膜結(jié)膜 在砂粒表面形成惰性膜。這種薄 膜牢牢的包裹著砂粒，一部分可能被燃燒 以外，大部分粘附于砂粒表面。其中，水 玻璃的反復(fù)使用可能形成多層殼。一般磁 選、篩分回用處理是難以將殼去除的。水 玻璃舊砂粒上殘留粘結(jié)劑膜對水玻璃舊砂 的回用再生有較大的影響；

2、2.成團(tuán)成團(tuán) 型砂因受化學(xué)、物理作用或在澆注后受 金屬液溫度影響而結(jié)成團(tuán)塊，在鑄型澆注打箱 后仍有很多結(jié)成團(tuán)塊裝，通常水玻璃砂塊難于 破碎； 3.粉化粉化 受高溫影響的砂粒、雜質(zhì)與粘結(jié)劑由于 脫水、老化而粉化，砂粒由于不均勻受熱產(chǎn)生 內(nèi)應(yīng)力，以及在混制與再生過程中各種機(jī)械力 的作用而使砂粒破碎形成粉末或細(xì)粒。 （二）、舊砂再生的關(guān)鍵 水玻璃舊砂較難再生主要是因?yàn)?1)潰散 性較差;2)殘留在砂粒表面的粘結(jié)劑在澆 注后不能燃燒和分解，而是形成一種低熔 點(diǎn)的硅酸鈉膠牢固地粘附在砂粒上. 影響水玻璃再生砂質(zhì)量的主要因素是再生 砂表面殘留的鈉鹽。因此對水玻璃舊砂再 生的目的是：降低Na20含量。 再生

3、砂在循環(huán)使用中，殘留有 Na2O 如果不 去除包在每一個(gè)砂粒上的 Na2O 包膜 二次混 制使用必然造成過多的 Na20含量會積累， 當(dāng)含量高于0.8%，就會使型砂的耐火度和粘 結(jié)性能(硬化強(qiáng)度)迅速惡化，造成鑄件粘砂 等缺陷 三、常見水玻璃舊砂再生方法 水玻璃舊砂再生可供選擇使用的干法再生、 濕法再生、熱法再生和化學(xué)方法再生。 1、干法再生（圖1）：干法再生的原理 是利用砂粒與砂粒之間及砂粒與機(jī)械之間 的機(jī)械摩擦、撞擊或高頻振動(dòng)，使砂粒表 面的廢水玻璃膜脫落，以達(dá)到去除殘留 Na2O的目的。 干法再生 干法再生設(shè)備結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)布置簡單，投資 也較少，灰塵的二次污染問題較易解決， 但干法再生水玻

4、璃砂的脫膜率低，即使是 加熱干法再生脫膜率也僅為2025 （表1)，再生砂的質(zhì)量不高，一般只能用 作背砂。 2、濕法再生 由于舊砂中的殘留水玻璃能夠溶于水，所 以水玻璃舊砂可以用濕法再生。 工藝過程是：水玻璃舊砂先經(jīng)磁選、粉碎、 過篩、二次磁選，再浸泡在10倍左右的 稀堿水中，并輔以強(qiáng)力攪拌，然后經(jīng)過濾、 淋洗、甩干烘干、冷卻。 濕法再生 濕法再生水玻璃舊砂的效果好(脫膜率可 達(dá)8595)，再生砂的質(zhì)量高，能基 本接近新砂的性能指標(biāo)，再生砂可100 地作面砂或單一砂使用。 水玻璃砂濕法再生費(fèi)用很高，幾乎與新砂 持平。 濕法再生的關(guān)鍵是開發(fā)簡單、高效的新型 濕法再生系統(tǒng)，并解決好污水的處理回用

5、問題。 3、熱法（熱+干）再生 熱法再生就是將舊砂焙燒到300 350 ， 除去水玻璃膜中的自由水、結(jié)晶水和殘留 的有機(jī)酯等，使水玻璃膜脆化脆化； 為防止脆化膜的回韌，必須在焙燒后立即 用機(jī)械的撞擊和搓擦或氣體的沖刷去除殘 留在舊砂表面已經(jīng)脆化的水玻璃膜。其優(yōu) 點(diǎn)是可利用廢氣預(yù)熱砂子，能耗較少，利 用率高，穩(wěn)定性好，若配合氣流再生工藝 將達(dá)到最佳效果。 4、化學(xué)再生 水玻璃舊砂中殘留Na2O可粗分為三部分： a).510%存在于鈉玻璃態(tài)，不會影響回 用砂的可使用時(shí)間； b).3040%以無機(jī)鹽狀態(tài)存在，它們將 惡化回用砂的可使用時(shí)間和耐火度； c).5065%存在于失水的高模數(shù)水玻璃 中，后者

6、有一非?？少F的特性，即其可逆 性和可溶性，可因失堿失水而固化，固化 的水玻璃也可以復(fù)水而回到液體狀態(tài)。 化學(xué)再生 因此往水玻璃舊砂中加適量8.5%NaOH 溶液，可使得第三部分高模數(shù)的水玻璃的 模數(shù)降低，力求使反應(yīng)混合物的模數(shù)濃 度處于臨界值以下，舊砂便可以順利地進(jìn) 行混砂和造型。 四、新型水玻璃砂再生的方法的 發(fā)展 面對水玻璃砂再生難的問題，國內(nèi)外學(xué)者 展開了大量的研究。 （一）工藝上： 圍繞著如何改善水玻璃砂的潰散性、 減少水玻璃加入量，在硬化、改性、加入 （潰散劑等）添加劑等方面取得了突破。 1、新三法的成功開發(fā) 新三法指的是： 有機(jī)酯硬化 真空置換硬化（VRH法） 微波硬化 CO2 硬

7、化水玻璃砂的終強(qiáng)度只有烘干硬 化的1/ 21/ 3。所以水玻璃的加入量一 般需要5%6%，甚至超過8%，它的潰 散性和舊砂再生性能也隨之惡化。新三法 的開發(fā)成功，水玻璃加入量減少及半，降 低到2. 5%3. 5%，潰散性明顯改善。 2、多重變性水玻璃 以鈉鉀或鈉鉀鋰水玻璃為基礎(chǔ)，通過物理 或化學(xué)改性、添加有機(jī)無機(jī)助粘結(jié)劑 在經(jīng)過多重變性處理。 多重變性水玻璃可使水玻璃加入量減少 30%左右。 3、脈沖VRH法 脈沖吹氣是指CO2氣體按一定的時(shí)間間隔 吹入砂型，能有效防止過吹，充分的水玻 璃砂的粘結(jié)強(qiáng)度，減低砂型中水玻璃的加 入量約30%。 4、新型RC系改性水玻璃砂 在Na-Si水玻璃中引入R

8、C相，組成了Na- (RC)-Si水玻璃系型砂。 由于RC是高熔點(diǎn)材料，對硅砂的侵蝕性 弱，澆注后具有較好的潰散性。 5、其他新型再生方法 “冰凍-機(jī)械”再生 水玻璃舊砂“冰凍-機(jī)械”再生試驗(yàn) 最佳工藝參數(shù)為：再生時(shí)間 4 分鐘、再 生轉(zhuǎn)速 1000r/min、水加入量 10、水 玻璃舊砂冰凍溫度為-40；其再生脫膜 率可以達(dá)到約 40。 水玻璃舊砂“冰凍-機(jī)械”再生機(jī)理：通 過向水玻璃舊砂中加入一定量的水可以使 舊砂粒表面殘留粘結(jié)劑膜溶脹；然后再對 水玻璃舊砂實(shí)施冰凍，從而使水結(jié)冰膨脹、 產(chǎn)生應(yīng)力，使舊殘留膜產(chǎn)生裂紋或開裂， 對再生有利。 此方法在北方有較大的應(yīng)用前景，因?yàn)楸?方冬天室外溫度

9、基本就能達(dá)到要求，綠色 節(jié)能。 干法回用，濕法再生 可對水玻璃舊砂進(jìn)行干法回用處理, 脫膜 率為 10% 30%，面砂 ( 新砂) 加入量 為 20% 30%，輔之其它工藝措施；約 20%的廢砂被丟棄；（作背砂） 約 20%被丟棄的廢砂采用濕法再生，濕 法再生砂代替新砂使用( 必要時(shí), 補(bǔ)充少 量的新砂) , 可實(shí)現(xiàn)廢砂的零排放。 （作面砂） 熱濕法干法聯(lián)合再生 原理 為了增加舊砂表面的惰性膜在水中 的溶解速度和溶解率，先把水加熱，采用 高溫水洗、搓擦、攪拌，去除砂粒表面的 粘結(jié)劑膜，然后把砂中溶有粘結(jié)劑的水排 出，烘干，再干法再生，去除粉塵，稱為 熱濕法干法聯(lián)合再生。 再生砂的 N a 2

10、0 含量可控制在 0.0 5 % 一 0.1 0 % ，可作新砂使用。再生 1噸舊 砂，耗水量在 150一200Kg。熱濕法干法 聯(lián)合再生把濕法舊砂再生去水玻璃容易去 泥困難，干法舊砂再生去粉塵容易去水玻 璃困難的各自優(yōu)勢結(jié)合在一起，達(dá)到既能 生產(chǎn)高質(zhì)量再生砂，又能清潔地去水玻璃 和去粉塵的最佳效果。 納米改性 華中科技大學(xué)樊自田教授，將納米級硅鋁 酸鹽顆粒摻入水玻璃中。在澆注溫度下， 硅鋁酸鹽發(fā)生相變或釋放水份，水玻璃粘 結(jié)膜在電子顯微鏡下，呈多孔碎片狀。舊 砂再生的脫模率顯著提高。 （二）、水玻璃舊砂再生設(shè)備 1、氣流再生設(shè)備 氣流沖擊式再生機(jī)： 最先由美國研發(fā)，經(jīng) 過不斷改進(jìn)后，由于 設(shè)備比較簡單、經(jīng)濟(jì) 和有效，并有廣泛使 用范圍， 2、離心式再生設(shè)備 離心式再生設(shè)備是利 用離心力將砂拋到撞 擊板上，產(chǎn)生撞擊摩 擦，達(dá)到再生目的。 離心再生機(jī)單元，一 般可串聯(lián)成24級來 提高再生效果， 還 可再并列成24排增 加生產(chǎn)能力形成系列 產(chǎn)品 3、逆流式再生設(shè)備 其工作原理是封閉圓 筒正轉(zhuǎn)與處于偏心位 置高速旋轉(zhuǎn)的帶葉片 轉(zhuǎn)子，筒內(nèi)砂形成兩 股流向相反的砂流， 使砂粒之間產(chǎn)生強(qiáng)力 摩擦，從而去除砂粒 表面的殘留粘結(jié)劑膜， 達(dá)到再生目的。 （三）、原材料的改進(jìn) 關(guān)于這方面的研究還 相對較少