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岳阳县兴旺硅砂矿

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铸造废砂处理过程中的化学再生方法

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铸造废砂处理过程中的化学再生方法

发布日期:2016-02-29 00:00 来源:http://www.xwgsk.com 点击:

  铸造石英砂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等金属氧化物,另外水分和含泥 (长石类粘土等)量2%左右。这其中的氧化物通常与石英砂中的SiO2共生,有的处于结晶中,有的以长石类结构的形式伴生附着在SiO2结晶体的表面。

  石英砂与各种高分子树脂有机粘结剂制成不同特性的树脂覆膜砂,因为SiO2结晶体的结构稳定,具有较高的耐高温性能,适用于大多数的铸造应用。用此材料制成的铸造砂芯体用于金属熔炼浇注成金属铸件具有良好的稳定尺寸和表面光洁度。浇注使用后的树脂覆膜砂成为铸造废砂。由于大量树 脂覆膜砂的应用需消耗大量的砂矿资源,给人类生活带来重大的影响,如何处理铸造废砂后再利用,减少对资源的需求和环境的影响,是当今机械工业面临的重大课题。

  目前,铸造废砂再生处理技术方法以热法再生、机械摩擦再生技术方法为主。也有热法再生和机械摩擦再生技术相结合的组合技术方法。热法再生的技术特点是通过高温焙烧(焙烧温度在600800°C,甚至更高的温度),使铸造废砂中含有的有机质在高温条件下与空气中的氧发生氧化反应,成为气态氧化物,从废砂表面或废砂集料中除去。这种技术方法的特点是再生后的砂粒表面很洁净,表面附着的有机质基本被全部除去。

  但是,相对比机械摩擦方法,这种再生处理后的砂粒角型系 数基本不变,砂粒的圆球度不会改变,由于高温焙烧也使得附着在石英砂表面的金属氧化 物的化学活性提高,形成各种结构相对松软的陌化附着物,这种附着物会影响再次制造树脂覆膜砂的特性,如粘结强度等。机械摩擦的技术特点是,通过使用机械设备让铸造废砂在相对较高速度下使砂粒具有一定的动能而相互冲撞,或与具有相对速度较大的表面物发生相对运动,废砂的表 面间产生相对摩擦运动,从而让其表面附着的有机质、碳素、金属氧化物等附着物被机械剥离,达到废砂颗粒内层的石英砂表面裸露出新的界面的目的。

  这种技术方法的特点是经济性好,经过机械摩擦后产生的砂粒相对处理前角型系数发生变化,圆球度更好,但再生的新界面上附着物较多,特别是石英砂颗粒的表面本身是凸凹不平的,在凹坑内的仍然存在较多的附着物,单独使用这种方法很难达到再生后再次用于铸造覆膜砂的要求,再生后一般只可用于外型砂(如潮模砂等)。采用热法再生和机械摩擦再生相结合后,显然可以达到利用热法焙烧除尽有机质,又可以通过机械摩擦改善再生后砂粒的角型系数,提高圆球度的目的。相对于单独采用热法再生和机械摩擦再生的再生新砂质量要好得多。但是,仍然不能除尽砂粒表面凹凸坑 内的杂质(吸附的粉尘、陌化物等)。

  本发明就是针对现有铸造废砂处理方法存在的不足,提出一种化学再生方法,其在铸造废砂处理过程的热法再生处理或机械再生处理之前或之后进行,将化学处理技术与现有热法再生和机械摩擦再生相结合,以进一步提高铸造废砂处理的质量。本发明提出的铸造废砂处理过程中的化学再生方法的技术方案如下:

  本方法是对废砂表面附着的氧化物和/或拌混在废砂集料中的非适用于铸造工艺条件的各种杂质进行表面化学处理的过程,本处理步骤的目的是使用表面化学处理液处理废 砂表面,表调液中所含有的化学组分与废砂表面附着多种氧化物(或碱酚醛树脂中的其他 反应性化合物)的废砂进行反应,使其形成可溶于水的物质而随溶液或溶液在相对环境较 高温度下产生的蒸汽被带走,成为酥松的固相结构的物质组分在高温气相压力和/或机械 力的作用下而被剥离除去。处理步骤如下:

  将热法再生后的废砂送往化学处理设备或附加有化学处理功能的热交换设备中进行化学表调处理,处理的砂温保持在等于或低于400°C,表调液I由一种无机酸或和/或有机 酸溶液、或一种或多种有机或无机无酸溶液配置而成,具体可选用以无机酸(盐酸、硫酸、硝酸、硼酸、磷酸、焦磷酸、碳酸)、有机酸(蚁酸、乙酸、脂多酸类、芳香酸类或芳多酸类)和/或 这些酸的混合液配置而成,溶液的体积浓度范围0. OOlN 3N。表调液I按每吨废砂加1 40升的量加入。

  对表面化学处理后的废砂再在在低于400°C条件下困料不超过48小时,并测废砂表面 PH值使其不低于5. 5,当低于这个范围时,需用PH不低于5. 5的表调液II进行再处理以调整到此范围。根据处理后的废砂应用不同,表面处理的工艺强度也会不同,为了保证表面处理后 废砂表面Ra值处于可控的范围(即通常要在不低于5.5),因此需要相应地检测废砂表面的Ra 值,当出现Ra小于5. 5时,就需要对表面处理后的废砂再进行表调处理,表调液II处理时根据需要调整的Ra目标值与实际Ra值的差值进行计算,根据选用的表调液Π的Ra值高低(不 低于5.5),Z后确定需要使用的表调液Π液量。或者在已知需要调整Ra差值的前提下,根据需要降低的砂温来计算需要的表调液量后,再来选用适用的表调液Π的配置组分种类。

  表调液II由一种无机酸碱或和/或有机碱溶液、或一种或多种有机或无机碱溶液配置而成。一般表调液II处理时选用基础反应性组分物质有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化 钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氨水、小苏打、羟基醇胺及能与水相溶的,溶液PH不低于5. 5的有机或无机碱类物质等。本化学再生方法在实现过程中利用的基本化学原理示意如下:

  1.一种铸造废砂处理过程中的化学再生方法,所述化学再生方法是在铸造废砂处理过 程的热法再生处理或机械再生处理之前或之后进行,其是对前一工序处理后的铸造废砂进 行表面化学处理,达到将附着在砂粒表面的氧化物和/或拌混在废砂集料中的非适用于铸 造工艺条件的各种杂质除去的目的;处理步骤如下将废砂进行化学表调处理,处理的砂温保持在等于或低于400°C,表调液I由一种无机 酸或和/或有机酸溶液、或一种或多种有机或无机无酸溶液配置而成,溶液的体积浓度范 围0. OlN2N,表调液按每吨废砂加140升的量加入;对处理后的废砂再在等于或低于400°C条件下困料不超过48小时,并测经化学再生处 理后的废砂表面PH值使其不低于5.5,当低于这个范围时,需用PH不低于5. 5的化学表调液II进行再处理,以调整到此范围;表调液由一种无机酸碱或和/或有机碱溶液、或一种或多种有机或无机碱溶液配置 而成。

  2.根据权利要求1所述的铸造废砂处理过程中的化学再生方法,其特征在于所述化 学再生使用的表调液I选择以盐酸、硫酸、硝酸、硼酸、磷酸、焦磷酸、碳酸、蚁酸、乙酸、脂多 酸类、芳香酸类或芳多酸类和/或这些酸的混合液配置而成。

  3.根据权利要求1所述的铸造废砂处理过程中的化学再生方法,其特征在于所述化 学再生使用的表调液II具体采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氨水、小苏打或羟基醇胺的混合液配置而成。


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