專利名稱：一種鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模具鑄造砂芯材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造材料使用的石英砂主要成分是SiO2,占砂重的92%以上，其余是5%左右的 Al2O3，0. 5%左右的Fe2O3，0. 2%左右的CaO，0. 1%左右的MgO等金屬氧化物，另外水分和含泥 (長石類粘土等)量2%左右。這其中的氧化物通常與石英砂中的SiO2共生，有的處于結(jié)晶 中，有的以長石類結(jié)構(gòu)的形式伴生附著在SiO2結(jié)晶體的表面。石英砂與各種高分子樹脂有 機粘結(jié)劑制成不同特性的樹脂覆膜砂，因為SiO2結(jié)晶體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較高的耐高溫性 能，適用于大多數(shù)的鑄造應(yīng)用。用此材料制成的鑄造砂芯體用于金屬熔煉澆注成金屬鑄件 具有良好的穩(wěn)定尺寸和表面光潔度。澆注使用后的樹脂覆膜砂成為鑄造廢砂。由于大量樹 脂覆膜砂的應(yīng)用需消耗大量的砂礦資源，給人類生活帶來重大的影響，如何處理鑄造廢砂 后再利用，減少對資源的需求和環(huán)境的影響，是當今機械工業(yè)面臨的重大課題。目前，鑄造廢砂再生處理技術(shù)方法以熱法再生、機械摩擦再生技術(shù)方法為主。也有 熱法再生和機械摩擦再生技術(shù)相結(jié)合的組合技術(shù)方法。熱法再生的技術(shù)特點是通過高溫焙燒(焙燒溫度在600 800°C，甚至更高的溫 度)，使鑄造廢砂中含有的有機質(zhì)在高溫條件下與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，成為氣態(tài)氧化 物，從廢砂表面或廢砂集料中除去。這種技術(shù)方法的特點是再生后的砂粒表面很潔凈，表面 附著的有機質(zhì)基本被全部除去。但是，相對比機械摩擦方法，這種再生處理后的砂粒角型系 數(shù)基本不變，砂粒的圓球度不會改變，由于高溫焙燒也使得附著在石英砂表面的金屬氧化 物的化學活性提高，形成各種結(jié)構(gòu)相對松軟的陌化附著物，這種附著物會影響再次制造樹 脂覆膜砂的特性，如粘結(jié)強度等。機械摩擦的技術(shù)特點是，通過使用機械設(shè)備讓鑄造廢砂在相對較高速度下使砂 粒具有一定的動能而相互沖撞，或與具有相對速度較大的表面物發(fā)生相對運動，廢砂的表 面間產(chǎn)生相對摩擦運動，從而讓其表面附著的有機質(zhì)、碳素、金屬氧化物等附著物被機械剝 離，達到廢砂顆粒內(nèi)層的石英砂表面裸露出新的界面的目的。這種技術(shù)方法的特點是經(jīng)濟 性好，經(jīng)過機械摩擦后產(chǎn)生的砂粒相對處理前角型系數(shù)發(fā)生變化，圓球度更好，但再生的新 界面上附著物較多，特別是石英砂顆粒的表面本身是凸凹不平的，在凹坑內(nèi)的仍然存在較 多的附著物，單獨使用這種方法很難達到再生后再次用于鑄造覆膜砂的要求，再生后一般 只可用于外型砂(如潮模砂等)。采用熱法再生和機械摩擦再生相結(jié)合后，顯然可以達到利用熱法焙燒除盡有機 質(zhì)，又可以通過機械摩擦改善再生后砂粒的角型系數(shù)，提高圓球度的目的。相對于單獨采用 熱法再生和機械摩擦再生的再生新砂質(zhì)量要好得多。但是，仍然不能除盡砂粒表面凹凸坑 內(nèi)的雜質(zhì)(吸附的粉塵、陌化物等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有鑄造廢砂處理方法存在的不足，提出一種化學再生方法，其 在鑄造廢砂處理過程的熱法再生處理或機械再生處理之前或之后進行，將化學處理技術(shù)與 現(xiàn)有熱法再生和機械摩擦再生相結(jié)合，以進一步提高鑄造廢砂處理的質(zhì)量。本發(fā)明提出的鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法的技術(shù)方案如下
本方法是對廢砂表面附著的氧化物和/或拌混在廢砂集料中的非適用于鑄造工藝條 件的各種雜質(zhì)進行表面化學處理的過程，本處理步驟的目的是使用表面化學處理液處理廢 砂表面，表調(diào)液中所含有的化學組分與廢砂表面附著多種氧化物(或堿酚醛樹脂中的其他 反應(yīng)性化合物)的廢砂進行反應(yīng)，使其形成可溶于水的物質(zhì)而隨溶液或溶液在相對環(huán)境較 高溫度下產(chǎn)生的蒸汽被帶走，成為酥松的固相結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組分在高溫氣相壓力和/或機械 力的作用下而被剝離除去。處理步驟如下
將熱法再生后的廢砂送往化學處理設(shè)備或附加有化學處理功能的熱交換設(shè)備中進行 化學表調(diào)處理，處理的砂溫保持在等于或低于400°C，表調(diào)液I由一種無機酸或和/或有機 酸溶液、或一種或多種有機或無機無酸溶液配置而成，具體可選用以無機酸(鹽酸、硫酸、硝 酸、硼酸、磷酸、焦磷酸、碳酸)、有機酸(蟻酸、乙酸、脂多酸類、芳香酸類或芳多酸類)和/或 這些酸的混合液配置而成，溶液的體積濃度范圍0. OOlN 3N。表調(diào)液I按每噸廢砂加1 40升的量加入.
對表面化學處理后的廢砂再在在低于400°C條件下困料不超過48小時，并測廢砂表面 PH值使其不低于5. 5，當?shù)陀谶@個范圍時，需用PH不低于5. 5的表調(diào)液II進行再處理以 調(diào)整到此范圍。根據(jù)處理后的廢砂應(yīng)用不同，表面處理的工藝強度也會不同，為了保證表面處理后 廢砂表面ra值處于可控的范圍(即通常要在不低于5.5)，因此需要相應(yīng)地檢測廢砂表面的ra 值，當出現(xiàn)ra小于5. 5時，就需要對表面處理后的廢砂再進行表調(diào)處理，表調(diào)液II處理時根 據(jù)需要調(diào)整的ra目標值與實際ra值的差值進行計算，根據(jù)選用的表調(diào)液π的ra值高低(不 低于5.5)，最后確定需要使用的表調(diào)液π液量。或者在已知需要調(diào)整ra差值的前提下，根 據(jù)需要降低的砂溫來計算需要的表調(diào)液量后，再來選用適用的表調(diào)液π的配置組分種類。表調(diào)液II由一種無機酸堿或和/或有機堿溶液、或一種或多種有機或無機堿溶液 配置而成。一般表調(diào)液II處理時選用基礎(chǔ)反應(yīng)性組分物質(zhì)有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化 鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氨水、小蘇打、羥基醇胺及能與水相溶的，溶液PH不低于5. 5的有 機或無機堿類物質(zhì)等。本化學再生方法在實現(xiàn)過程中利用的基本化學原理示意如下
權(quán)利要求
1.一種鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法，所述化學再生方法是在鑄造廢砂處理過 程的熱法再生處理或機械再生處理之前或之后進行，其是對前一工序處理后的鑄造廢砂進 行表面化學處理，達到將附著在砂粒表面的氧化物和/或拌混在廢砂集料中的非適用于鑄 造工藝條件的各種雜質(zhì)除去的目的；處理步驟如下將廢砂進行化學表調(diào)處理，處理的砂溫保持在等于或低于400°c，表調(diào)液I由一種無機 酸或和/或有機酸溶液、或一種或多種有機或無機無酸溶液配置而成，溶液的體積濃度范 圍0. OlN 2N，表調(diào)液I按每噸廢砂加1 40升的量加入；對處理后的廢砂再在等于或低于400°C條件下困料不超過48小時，并測經(jīng)化學再生處 理后的廢砂表面PH值使其不低于5. 5，當?shù)陀谶@個范圍時，需用PH不低于5. 5的化學表調(diào) 液II進行再處理，以調(diào)整到此范圍；表調(diào)液II由一種無機酸堿或和/或有機堿溶液、或一種或多種有機或無機堿溶液配置 而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法，其特征在于所述化 學再生使用的表調(diào)液I選擇以鹽酸、硫酸、硝酸、硼酸、磷酸、焦磷酸、碳酸、蟻酸、乙酸、脂多 酸類、芳香酸類或芳多酸類和/或這些酸的混合液配置而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法，其特征在于所述化 學再生使用的表調(diào)液II具體采用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氨 水、小蘇打或羥基醇胺的混合液配置而成。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鑄造廢砂處理過程中的化學再生方法，其是對附著在廢砂表面的不利于被再次用于鑄造型砂材料中的各種雜質(zhì)進行表面化學處理的過程?；瘜W再生使用化學表調(diào)液I或/和化學表調(diào)液II，處理砂溫應(yīng)等于或低于400℃，本發(fā)明在鑄造廢砂處理過程的熱法再生處理或機械再生處理之前或之后進行，將化學處理技術(shù)與現(xiàn)有熱法再生和機械摩擦再生相結(jié)合，經(jīng)此方法所形成的再生新砂具有更加優(yōu)良的新砂品質(zhì)，能更好地滿足不同鑄造廢砂(熱心盒樹脂鑄造廢砂、溫芯盒樹脂鑄造廢砂、氣體或/和有機脂硬化冷芯盒樹脂鑄造廢砂、外型潮模鑄造砂)再利用的多種型砂制砂工藝(熱芯盒、溫芯盒、冷芯盒)應(yīng)用要求，具有較好的經(jīng)濟性。
文檔編號B22C5/00GK102000764SQ20101059372
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者熊鷹 申請人:重慶長江造型材料(集團)有限公司