一種再生砂製備有機酯水玻璃自硬砂的方法
2023-06-11 08:16:16
專利名稱：一種再生砂製備有機酯水玻璃自硬砂的方法
技術領域：
本發明屬於以專門用途的添加劑為特徵的鑄型及型芯材料及其製備這一領域。
有機酯水玻璃自硬砂於1967年起源於美國，1970年開始推廣應用於造型和制芯。過去鑄件澆注後全部作為廢砂丟棄，近幾年來開始採用各種方法進行再生處理(處理後的砂稱為「再生砂」)，但是，再生砂與新砂粒特性有很大的區別，再生砂內殘存著再生處理無法去除乾淨的鹽類(主要是鈉鹽)，因此當用再生砂混制酯硬化水玻璃砂時，殘存鈉鹽與水玻璃中水反應，導致水玻璃脫水而使矽酸溶膠形成和加速凝聚，而且並加劇了有機酯的水解和矽溶膠的凝聚，這些在混砂過程中發生的溶膠的不斷形成和凝聚，最終導致酯硬化水玻璃砂脆性加劇，失去強度。對此，目前國內外採取的措施是在再生砂中添加大量新砂。關於再生砂的回用，目前處於下述階段(1)要求殘留Na2O≤0.5％(重量)，特別是將再生砂用於面砂時，這一要求以目前國內水平是難以穩定達到的，因此在國內，有的工廠只能將再生砂用於背砂，許多工廠仍作為廢砂丟棄。(2)回用時必須添加20％—50％(重量)的新砂粒，即再生砂只能回用達50％—80％(重量)，大量舊砂仍被丟棄。法國富爾鋼廠，添加新砂20％—24％(重量)，參閱雜誌《造型材料》85年第一期第51頁；上海印刷機械鑄造廠添加新砂40％(重量)，參閱雜誌《鑄造設備研究》1994年第二期第14頁；《鑄造》1992年第三期第21頁載文報導了國內一項有關研究，需添加50％(重量)的新砂。舊砂的丟棄不僅使資源浪費，成本增加，而且由於其鹼性高，對環境造成有害影響。
本發明的目的是提供一種完全利用再生砂(不必添加新砂)混製成酯硬化水玻璃單一砂的方法，實現再生一回用的反覆循環。
適用本方法的再生砂須滿足以Na2O形式測定的殘餘Na2O≤0.9％(重量)。本方法內容如下按常規技術混制，在一般採用的水玻璃(模數M為2.28—2.32，密度為°Be′為50—52)中加入氫氧化鈉和水，混勻後進行混砂，氫氧化鈉和水先配製成重量百分濃度為2.4％—16.6％的溶液，氫氧化鈉水溶液加入量與水玻璃的重量比為6.7％—21.5％，在再生砂中加入慢速硬化型有機酯，加入量與再生砂重量比為8％—14％，再加入水玻璃和氫氧化鈉水溶液的混合液，加入量與再生砂重量比為3.8％—4.6％，混制而成有機酯水玻璃自硬砂。
上述慢速硬化型有機酯主要指乙二醇二醋酸酯。
當再生砂中殘留Na2O量變化時，氫氧化鈉水溶液的最佳濃度選擇見表1。
不同濃度的氫氧化鈉水溶液加入量與水玻璃的最佳配比(重量)見表1。
上述氫氧化鈉水溶液，可以燒鹼代替氫氧化鈉，加入量必須滿足水溶液中氫氧化鈉的濃度要求。
應用本發明可節約大量的優質石英砂資源，減輕高含鹼量的廢砂(pH＞12)所造成的環境汙染，大大降低生產成本，所製得的自硬砂性能良好，在試用廠生產高合金鋼鑄件1000餘噸，最大鑄件重量為2.5噸，最小鑄件重量為15公斤，無一件因型砂材料質量問題產生廢品。
實施例一，溫度7℃，相對溼度78％，由S568再生裝置進行再生處理，得再生砂顆粒度為47/75目，再生砂中殘留Na2O0.75％(重量)。殘留水份0.82％(重量)。在M為2.32，°Be′為51的水玻璃中加入濃度為11％(重量)的氫氧化鈉水溶液，氫氧化鈉溶液與水玻璃的配比為15.6％(重量)，混勻後混沙。以100％上述再生砂加入佔砂重量10％的以乙二醇二醋酸酯為主的有機酯MDT-901(崑山金城化工廠生產)，混砂20秒，加入上述水玻璃氫氧化鈉混合液，加入量與再生砂重量比為4.2％，混沙30秒，出砂。
實施例二，溫度22.5℃，相對溼度55％。再生砂中殘留Na20.81％(重量)，殘留水份1.05(重量)。在M為2.3，°Be′為51的水玻璃中加入濃度為13.3％(重量)的氫氧化鈉溶液，氧氧化鈉溶液與水玻璃的重量比為12.4％，混勻後混砂。以100％上述再生砂加入佔砂重量12％的江蘇太倉MDT-1有機酯，混砂60秒，加入上述水玻璃氫氧化鈉混合液，加入量與再生砂重量比為3.8％，混砂70秒，出砂。
實施例三，溫度12.5℃，相對溼度37％，再生砂中殘留Na2O0.88％(重量)，殘留水1.12％(重量)。在M為2.3°Be′為50的水玻璃中加入濃度為15.8％(重量)的氫氧化鈉水溶液，氫氧化鈉溶液與水玻璃的重量比為18％。混勻後混砂。以100％上述再生砂加入佔砂重11.5％的MDT-901有機酯，混砂60秒，加入上述水玻璃氫氧化鈉混合液，加入量與再生砂重量比為4.2％，混砂60秒，出砂。
實施例四，溫度10℃，相對溫度83％，再生砂中殘留Na2O0.37％(重量)，殘留水份0.50％(重量)。在M為2.3，°Be′為50的水玻璃中加入濃度為3.2％(重量)的氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液與水玻璃的重量比為10％，混勻後混砂。以100％上述再生砂加入佔砂重量12％的MDT-901有機酯，混砂40秒，加入上述水玻璃氫氧化鈉混合液，加入量與再生砂重量比為4.5％，混砂70秒，出砂。
對上述四例中所得型砂性能測試，結果見表2。
表一 氫氧化鈉水溶液的最佳濃度及與水玻璃的最佳配比
表二 型砂性能測試
權利要求
1.一種用再生砂製備有機酯水玻璃自硬砂的方法，再生砂中以Na2O形式測定的殘餘Na2O≤0.9％(重量)，按常規技術混制，其特徵在於在模數M為2.20-2.50，密度°Be′為48—52的水玻璃中加入氫氧化鈉和水，混勻後進行混砂，氫氧化鈉和水先配製成重量百分濃度，為2.4％-16.6％的溶液，氫氧化鈉水溶液加入量與水玻璃的重量比為6.7％—21.5％，在再生砂中加入慢速硬化型有機酯，加入量與再生砂重量比為8％—14％，再加入水玻璃和氫氧化鈉溶液的混合液，加入量與再生砂重量比為3.8％—4.6％。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於慢速硬化型有機酯為二乙醇二醋酸酯。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.3％～0.4％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度2.4％—4.8％。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.4％～0.5％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度為4％—7.6％。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.5％～0.6％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度為5.8％—11％。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.6％～0.7％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度為7％—13％。
7.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.7％～0.8％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度為8％—15％。
8.根據權利要求1的方法，其特徵在於當再生砂中殘餘Na2O為0.8％～0.9％(重量)時，氫氧化鈉水溶液的重量百分濃度為9％—16.6％。
9.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於氫氧化鈉水溶液加入量與水玻璃的重量比為6.7％—14.4％。
10.根據權利要求5至權利要求8中任何一個所述的方法，其特徵在於氫氧化鈉水溶液加入量與水玻璃的重量比為9.8％—21.5％。
11.根據權利要求1的方法，其特徵在於可用燒鹼代替氫氧化鈉，加入量滿足水玻璃混合液中氫氧化鈉含量的要求。
全文摘要
本發明屬於以專門用途的添加劑為特徵的鑄型及型芯材料及其製備這一領域。為了解決廢砂丟棄而造成的資源浪費、環境汙染、生產成本高，最大限度(100％)地回用再生砂，本發明通過採用改性水玻璃而提供了一種完全利用再生砂而不必添加新砂，混製成有機酯水玻璃自硬砂的方法，實現了再生一回用的反覆循環。應用本發明可節約大量的優質石英砂資源，減輕環境汙染，大大降低生產成本，所製得的型砂性能良好，適用廣泛。
文檔編號B22C1/00GK1114600SQ9411138
公開日1996年1月10日 申請日期1994年7月5日 優先權日1994年7月5日
發明者王可猷, 蔣宗宇 申請人:江蘇理工大學