一種提高型砂強度的方法

2023-12-03 18:22:11 2

專利名稱：一種提高型砂強度的方法
技術領域：
本發明涉及一種型砂的加工方法，尤其是涉及一種提高型砂強度的方法。
背景技術：
膨潤土的強度通常是指溼壓強度、幹壓強度和熱溼拉強度等，膨潤土和水砂等的 摻合物的粘結性和可塑性一般以溼壓強度(溼態抗壓強度)、熱溼拉強度表示。溼壓強度是 評價膨潤土的溼態粘結能力。溼壓強度、熱溼拉強度是鑄造工業評價膨潤土質量好壞的重要指標之一，蒙脫石 含量越高，膨潤土的溼態粘結力也越大，溼壓強度、熱溼拉強度高；同一蒙脫石含量的膨潤 土膨潤值越高，膨潤土的溼態粘結力也越大。從原料自身來看，提高膨潤土的溼壓強度和熱溼拉強度就要從提高蒙脫石含量和 膨潤土膨潤值兩方面下手，提高蒙脫石含量可通過提純來完成(可以採用離心機來離心， 但是溼法效率比較低，幹法可以實現工業化生產)。原礦土經過提純，除去雜質可提高蒙脫 石含量。提純的方法有溼法和幹法。採取哪種方法可由企業根據成本和質量要求決定。蒙脫石含量相同的膨潤土要提高溼壓強度和熱溼拉強度就就必須改善其膨潤值。 我國的膨潤土礦山分布較廣，各地的品質各異。例如吉林的紅火山牌與福建連成膨潤土的 蒙脫石含量差不多，但其鈉化處理後的有效鈉化的程度不同，因而性能存在一定的差別。我 們採取不同廠家進行了離心機分離，烘乾後發現有幾個廠家的鈉化土上面覆有一層白色的 Na2CO3,說明該廠家的膨潤土沒有完全鈉化，而少數廠家的鈉化十分徹底。理論上來說天然 鈉基膨潤土和人工鈉基膨潤土的膨潤值都比鈣膨潤土好。膨潤土的膨潤值越好，其鈉化的 程度越好，其失效溫度越高，其溼壓強度和熱溼拉強度越高。因此鈉化是改善膨潤土的膨潤值最好的方法。人工鈉化的途徑很多，目前已知的 途徑有懸浮液法、堆場鈉化法、輪輾鈉化法、擠壓鈉化法(大多數廠家都採用的方法)、雙螺 旋鈉化法、超臨界處理法、雷蒙磨法等。鈉化劑主要是用Na2CO3，最近有關部門通過試驗發 現，用NaF作鈉化劑效果比Na2CO3好的多。用NaF作鈉化劑工藝與用Na2CO3基本相同。人 工沒鈉化好的膨潤土，其膨潤值低，一經加熱就與鈣膨潤土相近。目前提高膨潤土強度主要在三個方面進行改性1.調整成品與原礦的配比將原礦添加量從20%以10%遞增，描繪出原礦的添加 量與溼壓強度的關係曲線圖，找到最合適的添加量，該方法的成本比較低，但由於原礦比較 硬，需要好的粉粹設備，而且人工磨粉很耗時，因此可能周期會比較長。2.調整成品與原礦提純的配比方法同方案1，需要離心，可能會增大企業的成 本，在1提高效果不大的情況下作為備用，可以在1的最佳條件下，用部分的提純土替代原 礦。3.鈉化劑的選擇鈉化劑對鈉化效果的影響非常大，目前常用的膨潤土鈉化劑 有碳酸鈉，草酸納，焦磷酸鈉，磷酸鈉，氫氧化鈉等，因此選擇一種好的鈉化劑，對改性膨潤 土提高強度有很大影響。
從添加劑方面考慮的話，現在通常分為無機添加劑和有機添加劑兩種，其中無機 添加劑有煤粉，木屑，NH4Cl,尿素，磷酸鹽，氧化鈣，氫氧化鈣等。有機添加劑有羧甲基纖 維素鈉(CMC)，EVA (聚乙烯醋酸乙烯酯)，樹脂(用酚醛或者呋喃型冷硬樹脂)，α -澱粉等。 而在鑄造中比較常用聚丙烯酸鈉(無色或淺棕色水溶液)，吉林石見造紙廠也用過亞鹽酸 紙漿廢液(主要成分是木質素磺酸鹽)作為輔助粘結劑，理論上來說矽烷偶聯劑都可以符 合要求，比如氨丙基三乙氧基矽烷，或者是IPTS (異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷)。FS粉理論 上有效，目前只知道它含有α-澱粉，其他的一些有機物還不大清楚。在前人的實驗中，在原礦提純方面在製漿過程中為使碎屑礦物快速沉澱，可以加 入分散劑(一般選用六偏磷酸鈉、水玻璃、焦磷酸鈉、磷酸鈉等)以提高黏土顆粒的分散性， 然後再進行分離。分散劑的濃度不宜過濃(1%左右即可)，用量以膨潤土質量的0.5%左 右為宜。對於鈉化土和原土的配比方面做過一些研究，即將原礦添加量從20%以10%遞 增，描繪出原礦的添加量與溼壓強度的關係圖，得到鈉化土與原土的最佳配比為65%的鈉 化土，35%的原土。而鈉化劑的選擇方面，多用碳酸鈉，磷酸鈉，發現碳酸鈉的效果較好。在 添加劑方面，通過對各種無機添加劑和有機添加劑的添加實驗進行對比，發現有機添加劑 的效果更明顯。公開號為CN1968770的發明專利申請提供一種型砂的壓縮方法、雙面模板和上下 砂箱，向由上下砂箱、雙面模板、上下壓縮裝置構成的上下造型空間內填充型砂後，上下正 壓板相互靠近對型砂進行壓縮的鑄模造型裝置造型的上下鑄模，其上下鑄模內表面附近的 硬度和強度都不夠。為解決相關的問題，在該發明中上下正壓板相互靠近對上下造型空間 內的型砂進行壓縮的同時雙面模板的模型部分別向上下正壓板一側行進，對上下造型空間 內的型砂進行壓縮。

發明內容
本發明的目的在於提供一種生產工藝簡單易行，操作方便，產品性能好，適合於規 模化生產的提高型砂強度的方法。本發明的技術方案是先將膨潤土進行提純，選擇碳酸鈉為鈉化劑進行鈉化，再與 原土進行合理配比，加入適合和適量的添加劑，再將改性好的膨潤土添加到型砂中混合。本發明包括以下步驟1)採用鈣基膨潤土原礦、碳酸鈉和聚乙烯醋酸乙酯(EVA)作為原料，加入水和分 散劑，攪拌，製作漿體，然後靜置，使石英、長石、碳酸鹽等砂質礦物自然沉降，得除雜質後的 懸浮液；2)將步驟1)所得的除雜質後的懸浮液分離，分離粒度較細的碎屑礦物，得粒度小 於5 μ m的膨潤土漿料或懸浮液，再過濾、乾燥，得提純的膨潤土 ；3)在步驟2)所得的提純的膨潤土中加入鈉化劑，攪拌，再揉捏成球團狀，烘乾，得鈉化土 ；4)將步驟3)所得的鈉化土與原土混合，得配比好的膨潤土 ；5)在步驟4)所得的配比好的膨潤土中加入有機添加劑，得用有機添加劑改性的 膨潤土 ；6)將石英砂和用有機添加劑改性的膨潤土混砂，再加水溼混，成型後烘乾，得已提高強度的型砂產品。在步驟1)中，所述鈣基膨潤土原礦可破碎至粒徑小於5mm的顆粒，加入水的量，按 質量比可為原料水=3 1，所述分散劑可選用質量百分比濃度為的六偏磷酸鈉，分 散劑的用量按質量百分比可為鈣基膨潤土用量的5%。在步驟2)中，所述分離可將步驟1)所得的除雜質後的懸浮液經離心沉降機分離， 離心速度可為1500r/min，離心時間可為5min，所述粒度較細的碎屑礦物如長石、碳酸鹽寸。在步驟3)中，所述鈉化劑可採用Na2C03等，所述加入鈉化劑的量可為提純的膨潤 土的2% 4. 5%，所述烘乾的溫度可為35°C。在步驟4)中，所述鈉化土與原土的量，按質量百分比，最好為鈉化土 65%，原土 35%。在步驟5)中，所述有機添加劑可採用聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，有機添加劑的加 入量按質量百分比，可為配比好的膨潤土的 6%。在步驟6)中，所述石英砂、用有機添加劑改性的膨潤土和水的配比，按質量比可 為石英砂用有機添加劑改性的膨潤土水=100 5 4 ；所述成型可採用模具人工加 壓成型，所述烘乾的溫度可為100°C。所得已提高強度的型砂產品可採用三點彎曲法在萬能試驗機上測試產品的抗彎 強度。與現有的提高膨潤土強度的方法相比，本發明具有以下突出優點選擇了最優化 的改性膨潤土提高型砂強度的方法，在提純過程中選擇了六偏磷酸鈉等作為分散劑，並給 定了其濃度和添加量，可以大大加快提純的速度和質量，在鈉化過程中選擇Na2C03等作為 鈉化劑，並確定其加入量範圍，對鈉化土和原土進行最合理的配比，選擇聚乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)作為添加劑和加入量範圍。製得的膨潤土溼壓強度可達0. 25MPa，將改性好的膨潤土 與型砂混合測得其抗彎強度可達0. 27MPa,從而在鑄造過程中大大提高型砂的強度和硬度， 對衝沙，掉沙及沙孔缺陷等現象有較大的改善，可大大提高鑄件的尺寸精度和緻密性。
具體實施例方式實施例11)採用某地普通鈣基膨潤土原礦為原料。首先將膨潤土原礦破碎至粒徑小於5mm 的顆粒，以約3 1的比例加入水，並加入濃度為的六偏磷酸鈉作為分散劑，用量為膨潤 土用量的5%攪拌，製作漿體，然後靜置12h，使石英、長石、碳酸鹽等砂質礦物自然沉降。2)將步驟1)中自然沉降去雜後的懸浮液再經高速旋轉的離心沉降機分離，離心 速度為1500r/min，離心時間5min，進一步分離粒度較細的碎屑礦物(長石、碳酸鹽等)，得 到粒度小於5 y m的膨潤土漿料或懸浮液，將該液過濾、乾燥即可得提純的膨潤土，其中蒙 脫石含量為86 %，不含長石，石英含量為6 %，方英石含量為8 %。3)以Na2C03為鈉化劑，按不同比例加入到步驟2提純的膨潤土中。操作步驟將 Na2C03溶於水，加入到稱量好的提純的膨潤土中，攪拌均勻，用手揉捏使之成球團狀，然後將 球團放入烘箱中，35°C下烘乾，加入Na2C03的比例為2%。4)將步驟3中鈉化後的土於原土進行混合，比例為鈉化土 65%，原土 35%。
5)將步驟4中配比好的膨潤土中加入有機添加劑EVA(聚乙烯醋酸乙烯酯)添加 比例為1%。6)對製得的膨潤土進行溼壓強度測試，測得的強度為0. 203MPa。7)取IOOg石英砂，5g的用1 %有機添加劑EVA改性的膨潤土混砂，幹混2min，加水4ml，溼混8min，用模具人工加壓成型後在100°C下烘乾，採用三點彎曲法在萬能試驗機 上測試樣品的抗彎強度為0. IQMPa0實施例2原料及工藝過程同實施例1。Na2CO3為鈉化劑的加入比例為2. 5%，烘箱溫度控制 在35°C，鈉化土與原土的比例為鈉化土 65%，原土 35%，有機添加劑的加入比例為3%，從 而測得膨潤土的溼壓強度為0. 22MPa,將改性好的膨潤土與型砂混合從而測得型砂的抗彎 強度為0. 23MPa。實施例3原料及工藝過程同實施例1。Na2CO3為鈉化劑的加入比例為3%，烘箱溫度控制在 35°C，鈉化土與原土的比例為鈉化土 65%，原土 35%，有機添加劑的加入比例4%，從而測 得膨潤土的溼壓強度為0. 23MPa,將改性好的膨潤土與型砂混合從而測得型砂的抗彎強度 為 0. 24MPa。實施例4原料及工藝過程同實施例1。Na2CO3為鈉化劑的加入比例為4%，烘箱溫度控制在 35°C，鈉化土與原土的比例為鈉化土 65%，原土 35%，有機添加劑的加入比例5%，從而測 得膨潤土的溼壓強度為0. 25MPa,將改性好的膨潤土與型砂混合從而測得型砂的抗彎強度 為 0. 27MPa。實施例5原料及工藝過程同實施例1。Na2CO3為鈉化劑的加入比例為4. 5%，烘箱溫度控制 在35°C，鈉化土與原土的比例為鈉化土 65%，原土 35%，有機添加劑的加入比例6%，從而 測得膨潤土的溼壓強度為0. 22MPa,將改性好的膨潤土與型砂混合從而測得型砂的抗彎強 度為 0. 23MPa。實施例6原料及工藝過程同實施例1。Na2CO3為鈉化劑的加入比例為5%，烘箱溫度控制在 35°C，鈉化土與原土的比例為鈉化土 65%，原土 35%，有機添加劑的加入比例8%，從而測 得膨潤土的溼壓強度為0. 205MPa將改性好的膨潤土與型砂混合從而測得型砂的抗彎強 度為 0. 20MPa。
權利要求
一種提高型砂強度的方法，其特徵在於包括以下步驟1)採用鈣基膨潤土原礦、碳酸鈉和聚乙烯醋酸乙酯作為原料，加入水和分散劑，攪拌，製作漿體，然後靜置，使石英、長石、碳酸鹽等砂質礦物自然沉降，得除雜質後的懸浮液；2)將步驟1)所得的除雜質後的懸浮液分離，分離粒度較細的碎屑礦物，得粒度小於5μm的膨潤土漿料或懸浮液，再過濾、乾燥，得提純的膨潤土；3)在步驟2)所得的提純的膨潤土中加入鈉化劑，攪拌，再揉捏成球團狀，烘乾，得鈉化土；4)將步驟3)所得的鈉化土與原土混合，得配比好的膨潤土；5)在步驟4)所得的配比好的膨潤土中加入有機添加劑，得用有機添加劑改性的膨潤土；6)將石英砂和用有機添加劑改性的膨潤土混砂，再加水溼混，成型後烘乾，得已提高強度的型砂產品。
2.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟1)中，所述鈣基 膨潤土原礦破碎至粒徑小於5mm的顆粒。
3.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟1)中，所述加入 水的量，按質量比為原料水=3 1。
4.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟1)中，所述分散 劑選用質量百分比濃度為的六偏磷酸鈉，分散劑的用量按質量百分比為鈣基膨潤土用 量的5%。
5.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟2)中，所述分離 是將步驟1)所得的除雜質後的懸浮液經離心沉降機分離，離心速度為1500r/min，離心時 間為5min。
6.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟3)中，所述鈉 化劑採用Na2C03，所述加入鈉化劑的量為提純的膨潤土的2% 4. 5%，所述烘乾的溫度為 35 °C。
7.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟4)中，所述鈉化 土與原土的量，按質量百分比，鈉化土 65 %，原土 35 %。
8.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟5)中，所述有機 添加劑採用聚乙烯醋酸乙烯酯，有機添加劑的加入量按質量百分比，為配比好的膨潤土的 6%。
9.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟6)中，所述石英 砂、用有機添加劑改性的膨潤土和水的配比，按質量比為石英砂用有機添加劑改性的膨 潤土 水=100 5 4。
10.如權利要求1所述的一種提高型砂強度的方法，其特徵在於在步驟6)中，所述成型 採用模具人工加壓成型，所述烘乾的溫度為100°c。
全文摘要
一種提高型砂強度的方法，涉及一種型砂的加工方法。提供一種生產工藝簡單易行，操作方便，產品性能好，適合於規模化生產的提高型砂強度的方法。鈣基膨潤土原礦、碳酸鈉和聚乙烯醋酸乙酯為原料，加入水和分散劑，製漿體，靜置，得除雜質後的懸浮液，分離，得粒度小於5μm的膨潤土漿料或懸浮液，過濾、乾燥，得提純的膨潤土；在提純的膨潤土中加入鈉化劑，攪拌，再揉捏成球團狀，烘乾，得鈉化土；將鈉化土與原土混合，得配比好的膨潤土；在配比好的膨潤土中加入有機添加劑，得用有機添加劑改性的膨潤土；將石英砂和用有機添加劑改性的膨潤土混砂，再加水溼混，成型後烘乾，得以提高強度的型砂產品。
文檔編號B22C1/00GK101797625SQ20101012661
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月12日 優先權日2010年3月12日
發明者吳浩, 李錦堂, 羅學濤 申請人:廈門大學