综述-粘土旧砂再生的研究现状及应用

粘土旧砂再生的研究现状及应用

1 粘土旧砂再生的发展历程

1.1 国外粘土旧砂的发展历程

国外粘土旧砂再生大约于1912年开始，当时卡普罗发表过《铸造厂的废砂》，介绍了一种湿法再生机，可获得80%～90%的再生砂。在20世纪20到30年代的粘土旧砂再生装置主要以湿法水洗搅拌，机械搅拌、辗压或二级筛分为主，虽比较简单，但也开始配套，在试验基础上进行了生产使用，取得了一定的效果。这个阶段的粘土旧砂再生对象主要是生产中产生的废砂，其目的只是为了节约材料，再生降低了旧砂中的含泥量，再生砂最终仍用于粘土砂系统。

20世纪40到50年代，朗格维勒（D.L.Longeville）等和哈里特（W.L.Hertley）介绍了他们开发并用于生产的热法再生系统，但再生粘土砂只是有少数使用成功的经验。1946年简特（E. C. Jeter）提出气流再生。1953年，柯蒂士（G. H. Curtis）介绍了旧砂联合再生系统，通过湿法与热法联合以去除旧砂中的有机物，进一步提高了型砂的抗拉强度，对混有有机粘结剂芯砂的粘土砂再生开了先例。这一时期先后开发了机械离心再生、振动再生、抛丸再生、竖吹式气流再生以及联合式旧砂再生装置，再生方法有了较全面的发展，形成了干法（机械与气流）、湿法、热法和联合法四类基本再生方法，开发的设备也在生产中获得了应用。

20世纪60年代以后，气流再生发展较快。到了20世纪70到80年代，出现了多工序一体化再生，再生设备逐步向单元与系统配套发展。1973年美国布里吉（A.C.Den Breejen）发表了《旧砂再生的过去、现在和将来》一文，较全面地论述了旧砂再生过去和现在的发展状况，把当时各种旧砂再生归纳成较有代表性的湿法、机械、气流、热法、抛丸法、湿法与热法联合以及热法与气流法联合的系统。

20世纪80年代以后为了保护环境和生态，各国纷纷限制固体废弃物的排放。要减少或不排放旧砂，就要把旧砂再生到足以代替新砂用于制芯。1982～1983年美国采用热法/机械法或热法/气流联合再生湿型砂，将再生砂代替新砂较成功地用于制芯，之后这种热法/干法再生工艺得到了应用和发展。1987年美国明确提出了完全砂再生(Total

Sand Reclamation)的概念，指出用热法与干法联合再生湿型砂，其再生砂能用于现代一般使用的化学粘结剂砂系统，也就是说再生砂能代替新砂用于制备各种粘结剂芯子。

1993年欧洲提出了清洁铸造砂循环的概念，要求使用循环旧砂，除回用外，多余的旧砂应再生达到制备化学粘结剂型芯的要求，再重新使用，以尽可能减少新砂加入及废砂排放，达到清洁生产循环。

到了20世纪末德国KGT公司出现了粘土旧砂完全再生成套设备并成功应用到实际生产中；而且新的再生方法不断出现，诸如蒸气压旧砂再生、冷冻旧砂再生等。同时也出现了专业化旧砂再生企业，为铸造生产企业提供旧砂再生服务，旧砂再生技术和装置获得不断的发展。

进入21世纪后，出现了一种回转式再生旧砂系统，能有效去除活的和死的粘土，并

和壳型粘结剂砂系统,同时也可用作造型面砂。且湿型砂经再生后可用于呋喃、酚醛、CO

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1.2 国内粘土旧砂的发展历程

我国的粘土旧砂再生工作开始较晚，20世纪50年代后期才开展粘土旧砂气流及湿法再生的研究，到20世纪60年代开发了湿法再生系统，20世纪60到70年代湿法再生技术在我国获得一定推广，但由于在再生过程中产生大量的污水，造成了对环境的二次污染，应用企业逐步减少，相关研究人员开始进行干法再生技术的研究。

20世纪70到80年代，我国引进了先进的树脂砂再生设备，而且粘土砂由于长期使用，有的工厂旧砂含泥量太高，铸件废品多，质量差，迫切需要解决，在此带动下一些铸机厂和高校、设计院及研究单位开展了干法再生技术的研究并开发了相应的旧砂再生设备，如震动破碎机、离心式再生机、震动球磨再生机等以改进旧砂再生中存在的一些问题。

20世纪80年代中期，铸造旧砂再生工作得到了国家相关部门的重视，获得了国家自然科学基金的支持，从再生机理、再生工艺到设备的开发，开展了全面的试验研究，开发出了气流横吹式再生机和逆流式再生机并用于生产，这些都使粘土旧砂再生技术获得快速发展。1984年我国又成立了旧砂再生专题组，开展从理论、工艺到设备开发的实验研究，并且于1985年在昆明召开了全国第一次旧砂再生会议。20世纪80年代末先后开发出了气流横吹式再生机系列产品，水平逆流式再生机、离心式再生机等旧砂再生设备并在企业获得应用。1995年我国固体废弃物污染防治法开始实施，进一步推动了我国

旧砂再生技术的发展。

进入21世纪，国内有多家企业推出了粘土旧砂再生设备，粘土旧砂中的泥分得到了控制，铸件的表面质量获得了提高，但主要还是实现粘土旧砂的不完全再生，再生砂的泥分含量较高，仅能重新用于粘土砂系统。2005年1月，中国第一汽车制造厂引进日本旧砂再生系统，将湿型砂加热到700℃以上进行脆化，然后进行机械再生，再生砂用于覆膜砂制芯，在国内出现了粘土旧砂完全再生。

总的来说，我国的粘土旧砂再生工作正逐步受到国家有关部门及铸造企业的重视。但由于起步较晚，无论是再生技术的研究，还是粘土旧砂再生设备的开发，和国外相比还存在一定差距。国内所谓的粘土旧砂再生，仅仅是通过再生去除掉粘土旧砂中的部分泥分，再生砂只能用作补充粘土砂系统的损耗，是一种不完全再生，而对于粘土旧砂完全再生技术的研究在我国才刚刚起步。

2 粘土旧砂再生的研究现状

旧砂再生的目的就是通过物理或化学的方法剥离砂粒表面的惰性膜及杂质、清整砂粒表面，提高砂粒表面的自由能，使其基本恢复到原砂的状态。完整的粘土旧砂再生工艺应包括从落砂到混砂以前为止的整个旧砂处理过程[1]，包括磁选、破碎、筛分等预处理、再生处理以及微粉分离和砂温调节等后处理工艺过程。

2.1 粘土旧砂处理

2.1.1 旧砂处理系统及特点

旧砂处理工艺流程：落砂磁选破碎筛分冷却除尘自动混砂。砂芯大多是有机树脂砂，气动微震压实半自动化造型线。

特点：能有效去除旧砂中的死粘土等微粉，死粘土由20%降至12%；使旧砂的粒度分布更加的均匀；降低了芯砂对旧砂的污染程度，控制瓷化膜总量；降低新砂加入量，新砂加入量由20%降到5%左右；旧砂的温度得到一定程度的降低，使温度了降低约10℃。

2.1.2 粘土旧砂处理存在的问题

随着汽车产量的增加，到十一五末期，一汽公司铸件年产量将由现在的22万t发展