[发明专利]采用超声技术再生水玻璃旧砂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用超声技术再生水玻璃旧砂的方法。

背景技术

水玻璃砂具有强度高、成本低、工艺简单、无气味、环境友好、能耗低、铸件质量好等优势，是最有可能实现绿色铸造的型砂种类。我国作为铸造第一大国，90％以上的铸钢件生产采用水玻璃砂工艺，每年产生水玻璃旧砂600万吨－800万吨。目前，水玻璃旧砂除了部分回用外，基本都采用填埋的方式处理，既浪费了有限的硅砂资源，又增加了处置成本，并且严重污染了生态环境。因此，开发高效水玻璃旧砂再生新技术，实现水玻璃砂的再生回用，已迫在眉睫，也是实现绿色铸造的核心。

目前，工业上成熟的水玻璃旧砂再生技术有干法再生和湿法再生两种。

干法再生依靠旧砂粒与金属构件间或砂粒之间互相“碰撞摩擦”使旧砂粒表面的残留粘结剂发生破坏、脱落，从而使旧砂获得再生，简单而易于实现。早期再生机以碰撞为主，现在逐渐过度到以摩擦为主，大多兼有“碰撞-摩擦”两种过程。

干法再生效果受旧砂受热温度、水玻璃加入量、旧砂含水量、再生作用力和旧砂粘结剂力学性能等影响因素。由于常温条件下，水玻璃膜呈强韧性，不利于干法再生，故在此基础上，人们开发了加热—干法再生和冷冻—干法再生方法。研究结果表明，将水玻璃旧砂进行120℃－200℃加热可去除旧砂粒上残留粘结剂中的水分，增强干法再生水玻璃旧砂的脱膜效果；研究发现残留酯是使酯硬化水玻璃旧砂及其干法再生砂可使用时间变短、再粘结强度下降的主要原因；而将水玻璃旧砂进行320℃－350℃以上的加热，可去除残留酯及残留有机物的影响，增强水玻璃再生砂的可使用时间及再粘结强度。也有人研究得出酯硬化水玻璃旧砂再生加热的适宜温度为300℃－350℃，Na₂O去除率可达到50％，超过300℃，去除率减缓。水玻璃旧砂干法再生过程中，除尘也是一个十分重要的问题，再生砂的粉尘除不好，残存Na₂O降不下来，从而大大影响再生砂的质量和效果。

湿法再生的理论基础是水玻璃旧砂中的盐以及残留粘结剂可溶于水。湿法再生效果受再生时间、砂水比、再生工艺、再生强度、水的温度、旧砂的受热温度和水玻璃加入量等因素的影响。旧砂受热温度越高，残留粘结剂在水中的溶解度就越低，湿法再生越困难，而水玻璃加入量越高，旧砂上残留的粘结剂也越多，要获得良好的再生效果就越难。认为砂水比约为0.7∶1时，摩擦作用较好，当砂水比1∶2时左右时，Na₂O去除率最高。再生擦洗时间越长，Na₂O去除率越高，前3min去除率增加明显，之后增加缓慢，他将其归因于砂粒凹坑或缝隙中的残留粘结剂的溶解速度较慢。

由于湿法再生耗水量较大，再生污水为强碱性，湿法再生中的污水处理就成了湿法再生的关键技术之一。

通过多年的研究和探索发现，水玻璃旧砂干法再生脱膜率低，差，湿法再生耗水量大、困难、湿砂烘干能耗高等问题没能完全解决。

用超声波脱除水玻璃旧砂表面粘结膜的方法，经检索未发现有文献记载。

发明内容

本发明的目的是提供一种再生脱膜率高，无污染，再生砂可用性好的采用超声技术再生水玻璃旧砂的方法。

本发明运用了超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理或化学的变化，从而产生一系列力学、热、电磁和化学的效应。本发明将超声波在介质中传播产生的超声效应应用到水玻璃旧砂表面黏结膜的脱除上，化学法和物理法并用，能够得到显著的效果。

超声波在脱除水玻璃旧砂表面黏结膜的过程中产生并利用的超声效应主要包括以下3种：

①空化作用：超声波在以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换中向水玻璃旧砂周围的碱液中进行透射时，无数空化泡快速形成并迅速内爆，由此产生瞬时的高温、高压。从理论上分析，爆裂的空化泡会产生超过10,000psi的压力和11,000℃的高温，并在其爆裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射。单个空化泡所释放的能量很小，但每秒钟有几百万的空化泡同时爆裂，累计起来的效果是非常强烈的，产生的强大的冲击力作用于周围的水玻璃旧砂表面，能够将水玻璃旧砂表面的黏结膜剥落下来。

②热效应：超声波的频率高，能量大，被水玻璃旧砂周围的碱液吸收时或产生振动时能产生显著的热效应，加大水玻璃黏结膜在碱液中的溶解度，提高黏结膜的脱除效率。