一種利用微波高效再生水玻璃舊砂的方法
【專利摘要】一種利用微波高效再生水玻璃舊砂的方法是將破碎后的水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，攪拌混合均勻，其中水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液添加的質量比為1:0.5－1.5；利用微波將微波反應釜升溫至100－200℃，升溫速度為5－30℃/min，恒溫5－90min反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得到再生砂。本發明具有脫膜率高，無污染，再生砂可用性好的優點。
【專利說明】一種利用微波高效再生水玻璃舊砂的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種利用微波高效再生水玻璃舊砂的方法。
【背景技術】
[0002] 水玻璃砂具有強度高、成本低、工藝簡單、無氣味、環境友好、能耗低、鑄件質量好 等優勢，是最有可能實現綠色鑄造的型砂種類。我國作為鑄造第一大國，90%以上的鑄鋼件 生產采用水玻璃砂工藝，每年產生水玻璃舊砂600萬噸?800萬噸。目前，水玻璃舊砂除了 部分回用外，基本都采用填埋的方式處理，既浪費了有限的硅砂資源，又增加了處置成本， 并且嚴重污染了生態環境。因此，開發高效水玻璃舊砂再生新技術，實現水玻璃砂的再生回 用，已迫在眉睫，也是實現綠色鑄造的核心。
[0003] 工業上水玻璃舊砂的再生方法通常采用干法再生和濕法再生兩種。
[0004] 干法再生依靠舊砂粒與金屬構件間或砂粒之間互相"碰撞摩擦"使舊砂粒表面的 殘留黏結劑發生破壞、脫落，從而使舊砂獲得再生，簡單而易于實現。早期再生機以碰撞為 主，現在逐漸過度到以摩擦為主，大多兼有"碰撞-摩擦"兩種過程。
[0005] 干法再生效果受舊砂受熱溫度、水玻璃加入量、舊砂含水量、再生作用力和舊砂黏 結劑力學性能等影響因素。由于常溫條件下，水玻璃膜呈強韌性，不利于干法再生，故在此 基礎上，人們開發了加熱一干法再生和冷凍一干法再生方法。研究結果表明，將水玻璃舊 砂進行120°C - 200°C加熱可去除舊砂粒上殘留黏結劑中的水分，增強干法再生水玻璃舊 砂的脫膜效果；研究發現殘留酯是使酯硬化水玻璃舊砂及其干法再生砂可使用時間變短、 再黏結強度下降的主要原因；而將水玻璃舊砂進行320°C - 350°C以上的加熱，可去除殘留 酯及殘留有機物的影響，增強水玻璃再生砂的可使用時間及再黏結強度。也有人研究得出 酯硬化水玻璃舊砂再生加熱的適宜溫度為300°C - 350°C，Na20去除率可達到50%，超過 300°C，去除率減緩。水玻璃舊砂干法再生過程中，除塵也是一個十分重要的問題，再生砂的 粉塵除不好，殘存Na20降不下來，從而大大影響再生砂的質量和效果。
[0006] 濕法再生的理論基礎是水玻璃舊砂中的鹽以及殘留黏結劑可溶于水。濕法再生效 果受再生時間、砂水比、再生工藝、再生強度、水的溫度、舊砂的受熱溫度和水玻璃加入量等 因素的影響。舊砂受熱溫度越高，殘留黏結劑在水中的溶解度就越低，濕法再生越困難，而 水玻璃加入量越高，舊砂上殘留的黏結劑也越多，要獲得良好的再生效果就越難。認為砂水 比約為0.7:1時，摩擦作用較好，當砂水比1:2時左右時，Na20去除率最高。再生擦洗 時間越長，Na20去除率越高，前3min去除率增加明顯，之后增加緩慢，他將其歸因于砂粒凹 坑或縫隙中的殘留黏結劑的溶解速度較慢。
[0007] 由于濕法再生耗水量較大，再生污水為強堿性，濕法再生中的污水處理就成了濕 法再生的關鍵技術之一。
[0008] 通過多年的研究和探索發現，水玻璃舊砂干法再生脫膜率低，再生砂可用性差，濕 法再生耗水量大、污水處理困難、濕砂烘干能耗高等問題沒能完全解決。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是提供一種脫膜率高，無污染，再生砂可用性好的利用微波法再生 水玻璃舊砂的方法。
[0010] 本發明的再生方法，具體包括以下步驟：
[0011] ⑴配制濃度為〇. 5M - 5M的氫氧化鈉溶液；
[0012] (2)將破碎后的水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，攪拌 混合均勻，其中水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液添加的質量比為1:0. 5 - 1. 5 ;
[0013] (3)利用微波，將微波反應釜升溫至100-200°C，升溫速度為5-30°C /min，恒 溫 5 - 90min ;
[0014] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到再生砂，堿液回收循環利用。
[0015] 微波是一種頻率極高（通常在300-300000MHz之間）、波長很短（通常在1- 1000mm之間）的電磁波，是一種能量（而不是熱量）形式，但在介質中可以轉化為熱量。
[0016] 介質從電結構上分為無極和有極分子電介質。通常它們無規則排列，如把它們置 于交變的電場中，這些介質的極性分子取向會隨電場極性的變化而變化，叫極化。外電場越 強，極化作用越強，外電場極性變化越快，極化越快，分子的熱運動和相鄰分子間的摩擦作 用也越劇烈。
[0017] 浸泡后的水玻璃舊砂，表面黏結膜中吸附大量水分，水分子吸收了微波能以后，在 微波的作用下呈方向性排列，改變了其原有的分子結構。當電場方向發生變化時，水分子亦 以同樣的速度做電場極性運動，引起分子的轉動，致使分子間頻繁碰撞而產生了大量的摩 擦熱。由于微波具有高頻特性，它以每秒數十億次的驚人速度進行周期變化，從而導致物料 在短時間內溫度迅速升高，同時由于分子間的摩擦作用，導致水玻璃砂表面黏結膜的剝落 與脫除。
[0018] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0019] 微波法脫除水玻璃舊砂表面黏結膜，脫膜率100%，脫膜過程中還可以脫除型砂表 面的其他雜質元素，使得型砂的硅含量提高至99%以上，得到比新砂硅含量更高的型砂。
[0020] 微波法應用于鑄造型砂表面水玻璃黏結膜的脫除，在加熱的同時，由于分子間的 摩擦作用，能夠加速表面黏結膜的剝落，使得水玻璃黏結膜在溶解的同時伴隨剝落，脫膜效 率大幅提_。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是水玻璃舊砂再生前的SEM形貌圖，再生前舊砂表面覆蓋一層蜂窩狀黏結膜， 砂粒表面裸露率不高于10%。
[0022] 圖2是實施例1水玻璃砂再生后的SEM形貌圖，再生后砂粒表面裸露率達99. 5%。
[0023] 圖3是實施例2水玻璃砂再生后的SEM形貌圖，再生后砂粒表面裸露率達99%。
[0024] 圖4是實施例3水玻璃砂再生后的SEM形貌圖，再生后砂粒表面裸露率達98%。
[0025] 圖5是實施例4水玻璃砂再生后的SEM形貌圖，再生后砂粒表面裸露率達99%。
[0026] 圖6是實施例5水玻璃砂再生后的SEM形貌圖，再生后砂粒表面裸露率達99. 5%。
【具體實施方式】
[0027] 實施例1
[0028] (1)用容量瓶配制濃度為2M的氫氧化鈉溶液。
[0029] (2)將破碎后的水玻璃砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，用玻璃 棒攪拌混合均勻。二者添加質量比為1:1. 2。
[0030] (3)將微波反應釜程序升溫至200°C，升溫速度為15°C /min，恒溫60min。
[0031] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到顏色接近白色的再生砂。
[0032] 其水玻璃砂再生后的形貌見附圖2。再生前后Na20和Si02含量及脫膜率見附表 1〇
[0033] 實施例2
[0034] (1)用容量瓶配制濃度為5M的氫氧化鈉溶液。
[0035] (2)將破碎后的水玻璃砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，用玻璃 棒攪拌混合均勻。二者添加質量比為1:0. 5。
[0036] (3)將微波反應釜程序升溫至100°C，升溫速度為5°C /min，恒溫30min。
[0037] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到顏色接近白色的再生砂。
[0038] 其水玻璃砂再生后的形貌見附圖3。再生前后Na20和Si02含量及脫膜率見附表 1〇
[0039] 實施例3
[0040] (1)用容量瓶配制濃度為〇? 5M的氫氧化鈉溶液。
[0041] (2)將破碎后的水玻璃砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，用玻璃 棒攪拌混合均勻。二者添加質量比為1:1。
[0042] (3)將微波反應釜程序升溫至150°C，升溫速度為10°C /min，恒溫30min。
[0043] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到顏色接近白色的再生砂。
[0044] 其水玻璃砂再生后的形貌見附圖4。再生前后Na20和Si02含量及脫膜率見附表 1〇
[0045] 實施例4
[0046] (1)用容量瓶配制濃度為1M的氫氧化鈉溶液。
[0047] (2)將破碎后的水玻璃砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，用玻璃 棒攪拌混合均勻。二者添加質量比為1:1. 5。
[0048] (3)將微波反應釜程序升溫至180°C，升溫速度為20°C /min，恒溫lOmin。
[0049] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到顏色接近白色的再生砂。
[0050] 其水玻璃砂再生后的形貌見附圖5。再生前后Na20和Si02含量及脫膜率見附表 1〇
[0051] 實例 5
[0052] (1)用容量瓶配制濃度為1. 5M的氫氧化鈉溶液。
[0053] (2)將破碎后的水玻璃砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，用玻璃 棒攪拌混合均勻。二者添加質量比為1:1. 5。
[0054] (3)將微波反應釜程序升溫至120°C，升溫速度為30°C /min，恒溫5min。
[0055] (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得 到顏色接近白色的再生砂。
[0056] 其水玻璃砂再生后的形貌見附圖6。再生前后Na20和Si02含量及脫膜率見附表 1〇
[0057] 附表 1
[0058]
【權利要求】
1. 一種利用微波高效再生水玻璃舊砂的方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 配制濃度為0. 5M - 5M的氫氧化鈉溶液； (2) 將破碎后的水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液分別依次加入至微波反應釜中，攪拌混合 均勻，其中水玻璃舊砂和氫氧化鈉溶液添加的質量比為1:0. 5 - 1. 5 ; ⑶利用微波，將微波反應釜升溫至100 - 200°C，升溫速度為5 - 30°C /min，恒溫5 - 90min ； (4)將步驟（3)中反應后的水玻璃砂與堿液過濾分離，水玻璃砂經洗滌后烘干，得到再 生砂，堿液回收循環利用。
【文檔編號】B22C5/00GK104399877SQ201410632442
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】張福麗, 常云峰 申請人:天津眾智科技有限公司