[发明专利]粘土完全再生砂改性剂、改性方法及改性剂的应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及粘土完全再生砂的铸造工艺性能，特别涉及一种粘土完全再生砂改性剂、改性方法及改性剂的应用。

 

背景技术

机械制造业是我国的支柱产业，而铸造又是机械制造业的基础行业。铸造生产中使用的铸型主要由砂型、陶瓷型、金属型、石膏型等，其中采用砂型铸造生产的铸件占到铸件总产量的80%以上。砂型铸造按所使用的粘结剂不同可分为粘土砂铸造、树脂砂铸造和水玻璃砂铸造。粘土砂生产工艺由于具有原材料价廉易得，易于处理，复用性强，适应造型方式的能力强，储存运输方便等优点，成为砂型铸造方法中最常用的铸造生产工艺。

我国是铸件生产大国，2011年铸件产量达到3900多万吨，初步估计其中约有60%的铸件为采用粘土砂工艺生产，用粘土砂工艺生产的铸件约为2340多万吨。按照我国铸造行业的统计，每生产1吨铸件，将排出1吨的废砂，每年将排出粘土废砂2340多万吨。而日本等发达国家每生产1吨铸件排放0.22吨废砂，与此相比，在相同铸件产量的情况下，我国的废砂排放量是日本等发达国家的5倍。这不仅造成资源的巨大浪费，而且对环境也造成了极大的污染。我国在铸造生产中，材料和能源的投入量约占其产值的55-70%，铸造行业面临着环境和能源的巨大压力。铸造生产中，大量的资源、能源的投入，过重的环境污染对我国铸造行业提出了严峻的挑战。因此，发展绿色铸造技术，严格控制生产过程中的环境污染，提高旧砂的复用性，节约有限的硅砂资源，降低生产成本，进一步提高铸件的成品率，成为今天铸造业紧迫而艰巨的任务。而对旧砂进行再生利用是实现绿色铸造的重要内容之一，开展粘土旧砂完全再生技术的研究，是降低铸件成本、提高铸件质量、减少环境污染和节约资源的一项重要措施。

在铸造生产中，型砂中靠近型腔表面的部分粘土由于浇注时高温金属液的热作用，受到高温烘烤失去结晶水从而丧失粘结能力，成为死粘土。这些粘土一部分以粉状物混于型砂之中，另一部分以类似陶瓷薄膜状的形式牢固地包裹在砂粒表面，严重地影响到型砂的性能，使其透气性、可塑性降低，脆性增加；其次，在铸造生产过程中，由于受到高温金属的重复热作用，少部分砂子被破碎，其破碎后的小砂粒也混于旧砂之中，成为旧砂中粉尘的一部分，从而影响到型砂的性能；另外，在现代铸造生产中大量应用有机及无机粘结剂芯砂，这些芯砂及化学粘结剂的分解产物也部分混入型砂中；煤粉及其代用品高温分解产物的混入，进一步降低粘土型砂的活性，使型砂的性能恶化。各生产企业为了生产处合格的铸件，通过定期或不定期排放部分旧砂，同时加入新砂的方式来稳定型砂的性能。这部分排出的粘土旧砂不经再生处理将无法再次用于铸造生产，只能作为固体废弃物处理，这不仅造成自然资源的浪费，同时造成环境污染。

粘土旧砂的再生就是利用物理或化学方法将砂粒表面的惰性膜及杂质剥离、去除，使砂粒裸露出原有表面，使再生砂达到或接近新砂的性能。粘土旧砂的再生可分为完全再生和不完全再生。将再生砂用于粘土砂工艺时可不必进行完全再生，只需通过再生降低旧砂的微粉含量及改善旧砂的粒度分布，这时再生砂与新砂相比含泥量高，芯砂混入对型砂性能的影响没有消除，再生砂只能用于混制粘土砂；当再生砂用于制芯时，对再生砂的灼减量、耗酸值及含泥量等指标都有严格的要求，必须将粘土旧砂进行完全再生，不但要降低旧砂泥分含量，还要全部或大部分消除芯砂混入对型砂性能的影响。

粘土完全再生砂用于混制各种粘结剂型（芯）砂的工艺适应性主要是看用其混制型（芯）砂时的铸造工艺性能。近几年，国内外对粘土旧砂完全再生的方法具有较多的研究，例如国内采用高温焙烧+机械再生+微粉分离的技术路线，对含有水玻璃砂、覆膜砂、自硬树脂砂、冷芯盒砂和热芯盒砂的粘土旧砂进行再生，获得了粒度不发生明显变化、粒形更趋圆整、微粉含量低于同种新砂，但耗酸值（10-25）较高的粘土完全再生砂。由于粘土完全再生砂的耗酸值高，在用粘土完全再生砂混制芯砂时，其总体铸造工艺性能低于新砂。如何提高粘土完全再生砂的铸造工艺性能是粘土旧砂再生领域需要解决的一个重要问题。

 

发明内容

为了降低粘土完全再生砂的耗酸值和提高其铸造工艺性能，本发明提供了一种粘土完全再生砂改性剂、改性方法及改性剂的应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种粘土完全再生砂改性剂，其中，所述改性剂为0.05-5mol/L浓度的盐酸。

所述盐酸的浓度可以进一步优选为0.5-3mol/L。

 

为了实现上述发明目的，本发明又提供了一种利用上述改性剂的粘土完全再生砂改性方法，其中，所述改性方法包括以下步骤：