水玻璃砂的再生

（二）、旧砂再生的关键
水玻璃旧砂较难再生主要是因为:1)溃散 性较差;2)残留在砂粒表面的粘结剂在浇 注后不能燃烧和分解，而是形成一种低熔 点的硅酸钠胶牢固地粘附在砂粒上. 影响水玻璃再生砂质量的主要因素是再生 砂表面残留的钠盐。因此对水玻璃旧砂再 生的目的是：降低Na20含量。


再生砂在循环使用中，残留有 Na2O 如果不 去除包在每一个砂粒上的 Na2O 包膜 二次混 制使用必然造成过多的 Na20含量会积累， 当含量高于0.8%，就会使型砂的耐火度和粘 结性能(硬化强度)迅速恶化，造成铸件粘砂 等缺陷
水玻璃旧砂“冰冻-机械”再生机理：通 过向水玻璃旧砂中加入一定量的水可以使 旧砂粒表面残留粘结剂膜溶胀；然后再对 水玻璃旧砂实施冰冻，从而使水结冰膨胀、 产生应力，使旧残留膜产生裂纹或开裂， 对再生有利。 此方法在北方有较大的应用前景，因为北 方冬天室外温度基本就能达到要求，绿色 节能。

②干法回用，湿法再生
还有学者提出：在原砂中加入炉渣能改善 旧砂溃散性


2.成团 型砂因受化学、物理作用或在浇注后受 金属液温度影响而结成团块，在铸型浇注打箱 后仍有很多结成团块装，通常水玻璃砂块难于 破碎； 3.粉化 受高温影响的砂粒、杂质与粘结剂由于 脱水、老化而粉化，砂粒由于不均匀受热产生 内应力，以及在混制与再生过程中各种机械力 的作用而使砂粒破碎形成粉末或细粒。
（三）、原材料的改进

关于这方面的研究还 相对较少，只知道不 同的原砂其型砂的溃 散性有很大的不同， 应从陶瓷学的角度改 善原砂的表面状况， 使得水玻璃粘结剂和 原砂在高温下发生形 成高熔点相的固相反 应，生成脆性物质， 使得水玻璃砂在高温 下不烧结。

另外，有学者提出了：三剂合一（即在原 材料中加入固化剂、助粘结剂和溃散剂） 开发方向。
2、多重变性水玻璃
以钠钾或钠钾锂水玻璃为基础，通过物理 或化学改性、添加有机——无机助粘结剂 在经过多重变性处理。 多重变性水玻璃可使水玻璃加入量减少 30%左右。

3、脉冲VRH法

脉冲吹气是指CO2气体按一定的时间间隔 吹入砂型，能有效防止过吹，充分的水玻 璃砂的粘结强度，减低砂型中水玻璃的加 入量约30%。

③热湿法干法联合再生

原理
为了增加旧砂表面的惰性膜在水中 的溶解速度和溶解率，先把水加热，采用 高温水洗、搓擦、搅拌，去除砂粒表面的 粘结剂膜，然后把砂中溶有粘结剂的水排 出，烘干，再干法再生，去除粉尘，称为 热湿法干法联合再生。

再生砂的 N a 2 0 含量可控制在 0.0 5 % 一 0.1 0 % ，可作新砂使用。再生 1吨旧 砂，耗水量在 150一200Kg。热湿法干法 联合再生把湿法旧砂再生去水玻璃容易去 泥困难，干法旧砂再生去粉尘容易去水玻 璃困难的各自优势结合在一起，达到既能 生产高质量再生砂，又能清洁地去水玻璃 和去粉尘的最佳效果。
2、离心式再生设备

离心式再生设备是利 用离心力将砂抛到撞 击板上，产生撞击摩 擦，达到再生目的。 离心再生机单元，一 般可串联成2～4级来 提高再生效果， 还 可再并列成2～4排增 加生产能力形成系列 产品

3、逆流式再生设备

其工作原理是封闭圆 筒正转与处于偏心位 置高速旋转的带叶片 转子，筒内砂形成两 股流向相反的砂流， 使砂粒之间产生强力 摩擦，从而去除砂粒 表面的残留粘结剂膜， 达到再生目的。
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④纳米改性

华中科技大学樊自田教授，将纳米级硅铝 酸盐颗粒掺入水玻璃中。在浇注温度下， 硅铝酸盐发生相变或释放水份，水玻璃粘 结膜在电子显微镜下，呈多孔碎片状。旧 砂再生的脱模率显著提高。
（二）、水玻璃旧砂再生设备

1、气流再生设备 气流冲击式再生机： 最先由美国研发，经 过不断改进后，由于 设备比较简单、经济 和有效，并有广泛使 用范围，
4、新型RC系改性水玻璃砂
在Na-Si水玻璃中引入RC相，组成了Na(RC)-Si水玻璃系型砂。 由于RC是高熔点材料，对硅砂的侵蚀性 弱，浇注后具有较好的溃散性。

5、其他新型再生方法

①“冰冻-机械”再生 水玻璃旧砂“冰冻-机械”再生试验 最佳工艺参数为：再生时间 4 分钟、再 生转速 1000r/min、水加入量 10％、水 玻璃旧砂冰冻温度为-40℃；其再生脱膜 率可以达到约 40％。
三、常见水玻璃旧砂再生方法
水玻璃旧砂再生可供选择使用的干法再生、 湿法再生、热法再生和化学方法再生。 1、干法再生（图1）：干法再生的原理 是利用砂粒与砂粒之间及砂粒与机械之间 的机械摩擦、撞击或高频振动，使砂粒表 面的废水玻璃膜脱落，以达到去除残留 Na2O的目的。

干法再生

干法再生设备结构和系统布置简单，投资 也较少，灰尘的二次污染问题较易解决， 但干法再生水玻璃砂的脱膜率低，即使是 加热干法再生脱膜率也仅为20％～25％ （表1)，再生砂的质量不高，一般只能用 作背砂。
化学再生

因此往水玻璃旧砂中加适量8.5%NaOH 溶液，可使得第三部分高模数的水玻璃的 模数降低，力求使反应混合物的模数—浓 度处于临界值以下，旧砂便可以顺利地进 行混砂和造型。
四、新型水玻璃砂再生的方法的 发展
面对水玻璃砂再生难的问题，国内外学者 展开了大量的研究。 （一）工艺上： 围绕着如何改善水玻璃砂的溃散性、 减少水玻璃加入量，在硬化、改性、加入 （溃散剂等）添加剂等方面取得了突破。
封骥
一、水玻璃砂的构成
1、原砂 2、水玻璃（粘结剂） 3、辅助材料（溃散剂、脱模剂等）

水玻璃是一种透明的玻璃状熔体，成分是碱 金属硅酸盐。 通常说的水玻璃指：钠水玻璃 (Na2O· mSiO2· nH2O）
二、水玻璃旧砂再生面临的问题
（一）、水玻璃旧砂的特点 1.结膜 在砂粒表面形成惰性膜。这种薄 膜牢牢的包裹着砂粒，一部分可能被燃烧 以外，大部分粘附于砂粒表面。其中，水 玻璃的反复使用可能形成多层壳。一般磁 选、筛分回用处理是难以将壳去除的。水 玻璃旧砂粒上残留粘结剂膜对水玻璃旧砂 的回用再生有较大的影响；

1、新三法的成功开发

新三法指的是： ① 有机酯硬化 ② 真空置换硬化（VRH法） ③ 微波硬化

CO2 硬化水玻璃砂的终强度只有烘干硬 化的1/ 2～1/ 3。所以水玻璃的加入量一 般需要5%～6%，甚至超过8%，它的溃 散性和旧砂再生性能也随之恶化。新三法 的开发成功，水玻璃加入量减少及半，降 低到2. 5%～3. 5%，溃散性明显改善。

4、化学再生
水玻璃旧砂中残留Na2O可粗分为三部分： a).5—10%存在于钠玻璃态，不会影响回 用砂的可使用时间； b).30—40%以无机盐状态存在，它们将 恶化回用砂的可使用时间和耐火度； c).50—65%存在于失水的高模数水玻璃 中，后者有一非常可贵的特性，即其可逆 性和可溶性，可因失碱失水而固化，固化 的水玻璃也可以复水而回到液体状态。
2、湿法再生
由于旧砂中的残留水玻璃能够溶于水，所 以水玻璃旧砂可以用湿法再生。 工艺过程是：水玻璃旧砂先经磁选、粉碎、 过筛、二次磁选，再浸泡在10倍左右的 稀碱水中，并辅以强力搅拌，然后经过滤、 淋洗、甩干烘干、冷却。

湿法再生
湿法再生水玻璃旧砂的效果好(脱膜率可 达85％～95％)，再生砂的质量高，能基 本接近新砂的性能指标，再生砂可100％ 地作面砂或单一砂使用。 水玻璃砂湿法再生费用很高，几乎与新砂 持平。 湿法再生的关键是开发简单、高效的新型 湿法再生系统，并解决好污水的处理回用 问题。
可对水玻璃旧砂进行干法回用处理, 脱膜 率为 10%～ 30%，面砂 ( 新砂) 加入量 为 20%～ 30%，辅之其它工艺措施；约 20%的废砂被丢弃；（作背砂） 约 20%被丢弃的废砂采用湿法再生，湿 法再生砂代替新砂使用( 必要时, 补充少 量的新砂) , 可实现废砂的零排放。 （作面砂）

3、热法（热+干）再生
热法再生就是将旧砂焙烧到300~ 350 ℃ ， 除去水玻璃膜中的自由水、结晶水和残留 的有机酯等，使水玻璃膜脆化； 为防止脆化膜的回韧，必须在焙烧后立即 用机械的撞击和搓擦或气体的冲刷去除残 留在旧砂表面已经脆化的水玻璃膜。其优 点是可利用废气预热砂子，能耗较少，利 用率高，稳定性好，若配合气流再生工艺 将达到最佳效果。