砂再生

jishuke213213 · 发表于 2008-10-17 08:39:47

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铸造潮模旧砂再生应用

摘要：本文介绍了潮模旧砂的再生工艺，以及在生产实践中的应用效果，提出旧砂再生对铸造生产和保护环境的重要性。
关键词：潮模旧砂再生保护环境

前言
东风汽车有限公司共在四个铸造厂，一个铸造厂在湖北襄樊市，地处平原地区，另外三个铸造厂都在湖北省十堰市，地处山区。其中三个铸造厂都是国内规模较大的铸造企业，年生产铸件十几万吨，同时也产生十几万吨的铸造废砂。从建厂三十多年来，襄樊铸造厂的废砂就储存在一块空地上，委托其它公司来处理，处理费用为60元/吨。十堰市内三个铸造厂都采用填埋的方式处置产生的废砂，从建厂到现在共建造了多座挡砂坝，处置费用也很高。随着企业用电、水和油成本的上升，废砂的运输和处置成本逐年上升。国家对环保的要求越来越高，以及钢铁、水泥等材料胀价，每年的废砂处置费用成为企业一个不小的负担。
铸造废砂是铸造用造型潮模砂和树脂砂等的混合物，其中不仅有天然硅砂，还混有5%左右的膨润土，4%左右的煤粉，2%左右的呋喃树脂、酚醛树脂、聚异氰酸酯，以及对甲苯磺酸，氯化胺和金属氧化物等成分复杂的对环境极为有害的化工产品。这些化工产品会随着雨水渗入地下，长期这样堆存,必然存在污染地下水和土壤的风险，这种风险一旦出现，巨额的污染索赔将给公司造成巨大的经济损失，对环境造成很大的危害。
废砂丢弃不仅对环境造成很大危害，而且也是一种资源浪费。由于我国品质较好的铸造用硅砂都处在内蒙和河北围场等北方地区以及福建等南方地区，硅砂的供应严重受制于铁路运输，成为各铸造厂的瓶颈口，硅砂价格中80%为运输价格。不仅如此，在铁路运输紧张时期，为了保证生产，不得以使用数倍于火车运费的汽车运输，铸造生产成本大幅上升。
1．目前国内外铸造旧砂再生的现状
铸造旧砂的再生利用成为当前铸造企业的一件非常紧迫的工作。多少年来，铸造工作者在不懈地努力，试图在一些关键技术上取得突破，解决这个困绕着铸造生产多年的难题。以前，对潮模造型旧砂再生的研究一直停留在潮模旧砂经过机械磨擦等简单的表面处理，全部或部分地去除烧损的煤粉、粘土和细粉后继续用于造型砂使用，代替部分新砂补充到型砂中，可适当降低型砂的含泥量和含水量，改善型砂的综合性能。国外工厂曾采用湿法、气流、机械、热法等再生方法。湿法再生法耗能大、占地多、耗水大；热法再生能源消耗多、成本高。所以大多采用机械再生等干法再生。这种方法只是通过冲击和擦摩措施简单地去除一些粘土表面的死粘土膜和降低型砂中的灰分。这种旧砂再生方法对旧砂的再生效果要求不高，也没有严格的再生砂检测标准，再生砂上仍包覆着大量被烧结的死粘土膜。因为再生砂是用于造型用砂，如果旧砂再生后达到新砂的技术标准，再生的成本较高，回收率也较低，所以也没有必要把旧砂表面的粘土膜完全去除，而且在经济上也不合算。
欧美地区的汽车铸造生产企业从1985年开始铸造旧砂的干法热法再生利用，采用加热管式炉、流化床随后进行机械净化。也有加酸净化，对PH值进行调整。并将粒度大小，含泥量、PH值、需酸值以及强度试验作为控制参数。法国一家中型铸铁厂采用电热法再生装置回收再生树脂砂与潮模砂的混合砂，该再生装置由破碎机，中间斗、电加热流化床、砂冷却装置和热回收装置（用于流化床加热）组成，生产率为3吨/小时。奥地利也有在700～750℃的沸腾床上煅烧，并用离心式净化器净化，其能耗为35～40千瓦/吨，可用于生产冷芯盒和热芯盒砂芯。日本从30年前，在部分铸造过程实现了铸造旧砂的干法热法再生利用，采用摩擦净化、煅烧处理和二次净化，可将由80%膨润土砂和20%壳型砂组成的旧砂净化到含泥量为0.4%,灼减量为0.00%,其每吨砂的丙烷气耗量为17.1公斤。能耗为23.4%千瓦/时。再生砂主要用于壳芯和壳型。日本使用热法与机械复合再生法，制得的覆膜砂强度较高。
台湾地区的铸造行业，从1995年开始与日本同步开展铸造旧砂的干法热法再生利用，从2000年开始，在大陆投资建设树脂砂生产基地，配套生产安装了小型的铸造旧砂的干法热法再生利用设备，主要分布在天津、苏州等地。
国内的大学和科研院所一直在从事相关再生技术的研究，但在潮模造型旧砂的干法热法再生利用方面无实质性突破，再生砂质量无法满足用于树脂砂制芯的要求。
国内近年来的旧砂再生技术，主要是呋喃自硬树脂砂，pep-set自硬树脂砂等用机械离心式、振动破碎式和气力冲击式等机械摩擦方式再生后，除掉树脂砂表面的部分树脂膜，然后再用于原来的树脂砂制芯和造型，这种方法对再生砂的性能要求也不高，去除掉部分树脂膜即可。另一种就是覆膜砂用热法和机械法相结合的方法，用树脂砂中的树脂作为燃料，燃烧去除掉旧砂表面的树脂膜，再通过除尘，再生砂级配后用于生产覆膜砂。对于铸造潮模造型旧砂，再生后用于制芯生产，还没有应用较为成功的例子。
以上这两种方法中旧砂来源于单独自硬砂或覆膜砂造型线用树脂砂和废芯头等，旧砂来源有限，能回收的砂芯和芯头是很少的，只能处理工厂少量的铸造旧砂。事实上，我们每年废弃的大部分旧砂是潮模造型旧砂和流入造型砂中的树脂砂，所以真正实现减少旧砂排放，减少环境污染，是对造型用粘土旧砂和树脂砂混合的潮模造型旧砂的再生利用。如果潮模造型旧砂只是通过简单的机械再生后代替部分新砂加入到型砂中，也只能消耗一小部分旧砂。因为有大量的芯子砂进入到潮模砂系统中，为了保持潮模砂系统的平衡，大量的潮模造型旧砂还是要排放掉的。所以，潮模造型旧砂再生后只有用于树脂砂生产才能真正减少铸造旧砂的排放。
2．潮模旧砂再生技术
潮模造型旧砂再生的难点在哪里？主要在这几个方面：
（1）彻底去除旧砂表面的死粘土惰性膜。
（2）调整好再生砂的酸碱度，满足各种树脂砂的制芯要求。
（3）再生砂的再生成本要低于新砂的采购成本。
（4）具有一定的生产效率。
（5）再生砂的回收率要高。
（6）再生砂处理过程中的废气和粉尘的环保处理必须达到国家要求。
其中去除掉潮模砂表面的惰性死粘土膜是其关键技术，要求再生设备和处理工艺能高效地使砂粒表面的惰性膜与砂粒松散开或脱落，要准确地掌握好焙烧的温度曲线和时间，通过高温加热和机械摩擦工序合理的组合才能完成。潮模旧砂中的树脂膜和煤粉等可燃材料在高温下都可气化和燃烧，在炉内完全去除。但是，粘土矿物失去结构水就失去粘结作用成为死粘土，粘土中的蒙脱石在600～730℃失去结构水，烧成陶瓷状硬块，具有较高强度，在水中长时间浸泡也难以分散开。旧砂经反复使用后，砂粒上包覆着这种失去湿态粘结作用的粘土膜，有人叫鱼卵石化。这层死粘土层不能被水洗掉，只能擦磨掉。潮模旧砂焙烧温度高于700℃时，由于砂粒表面粘土烧结，机械再生就非常困难。所以焙烧温度要设定在既能使鱼卵石粘土膜与硅砂的结合力松散开裂，又要避免温度太高使粘土膜烧结成陶瓷块。旧砂焙烧以后附着在硅砂表面的少量非活性粘土可通过后续的机械摩擦或研磨再生工艺清除。
粘土在使用之前都是经过碳酸钠活化处理过的，在反复使用后失效变为死粘土，但是里面仍有大量的残留碳酸钠，从而引起潮模旧砂碱性集累。所以，再生砂用于树脂砂制芯，必须适合于如热芯盒树脂用砂，冷芯盒树脂用砂和覆膜砂用砂的技术要求。冷芯盒制芯对所用硅砂的耗酸值要求不高，耗酸值在0～20ml都可以使用，但仍以0～5ml为好，耗酸值太高会引起树脂砂存放时间太短，影响树脂砂使用性能和强度性能，潮模旧砂再生后用于冷芯盒树脂砂?制芯难度相比低一些。潮模旧砂再生处理后制备覆膜砂比较容易，用于覆膜砂生产的再生砂耗酸值要求相对也较低，但仍为中性或偏碱为好。再生砂用于热芯盒呋喃树脂砂生产，要求原砂耗酸值要低，不然固化剂消耗量较大，树脂砂固化性能不好，树脂砂的热态强度和常温强度较低，碱性过高时，树脂砂不硬化或强度非常低，不能使用。普通认为潮模旧砂再生处理后制备冷芯盒、热芯盒砂芯较为困难，需要使用更为复杂的再生方法，希望在落砂时膨润土旧砂尽可能少掺入将要再生的溃散芯砂中，而且在混制芯砂时需要补加一定量的新砂，否则制得的砂芯强度不够高。
重庆长江造型材料公司和东风汽车有限公司在这方面做了大量的试验工作。曾经也遇到过很多困难，也出现过同样的问题，也采取了很多的办法，现在在这方面取得了重大进步。旧砂再生后的性能完全满足铸造用热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、覆膜砂的性能要求。潮模旧砂再生后的再生砂性能达到或超过了原来的新砂，主要是强度性能很高，使用时只要适当调整一下粒度级配就可以。
东风汽车有限公司采用了重庆长江造型材料公司的旧砂再生工艺进行了潮模旧砂再生试验，并且用于制芯生产。长江公司结合国内外再生设备优良技术,自主研发了间歇式燃烧焙烧炉，机械再生装置，采用低温焙烧原理，并利用热砂排热加热流动空气和利用残留炭素燃烧产生的二次热源进行焙烧，使用焙烧反应余热和冷却热砂的余热对旧砂进行预加热，使热能得到充分利用。旧砂焙烧所用的热能主要取自于树脂砂中的树脂燃烧的能量，节约了天然气和电能消耗。解决了废砂再生能耗高、回收率低、成本高的问题。旧砂回收率达68～90%（河南造型砂68%、围场造型砂75%、围场覆膜砂90%），形成了该公司的废砂再生工艺。使废砂再生利用在技术、经济上具有一定的可行性。
高速旋转式再生机主要由特殊材料制成的旋转磨轮研磨去除砂粒上残留物并圆整了粒形，除下的粉尘被高效除尘器抽走。摩擦再生系统的原理是将旧砂粒加速到一定程度，依靠砂粒与耐磨构件和砂粒之间的碰撞摩擦作用来再生旧砂。砂料在悬浮状态下与热交换部件接触并进行换热冷却，在运动过程中砂粒间发生搓擦作用，使粘附的微粉脱离并随气流进入除尘系统。
生产能力3T/h、5T/h（再生潮模砂），废砂再生率68～90%（围场砂生产的覆膜砂废砂可达90%），灼减量≤0.2%。潮模砂再生后的再生砂性能特点是强度性能很高，膨胀性比原砂要低。再生砂成本较低，效率高（另外高二氧化硅的内蒙砂和大林砂再生效果要好，河南低二氧化硅的砂性能相对来说较差，由于河南砂烧损大再生成本不比内蒙砂低，所以，建议潮模砂增加的新砂和制芯砂全部使用内蒙砂或河北围场砂较好）。
3．潮模旧砂再生应用
3.1由于旧砂经过高温焙烧和机械磨擦,潮模旧砂再生后,再生砂的含泥量为0.2%以下，灼烧减量几乎为零。再生砂三筛的集中度比原来使用的新砂要高一些，粒度偏于细化，这在使用再生砂时要特别引起注意。可适当配入一些粒度较粗的原砂或与粒度较粗的再生砂达配使用，来满足使用要求。而且二氧化硅较低的河南砂其粒度变细的倾向会更大一些，而且其再生砂的回收率也较低。
3.2 潮模旧砂经过高温焙烧后，再生砂发气量相当于焙烧过的原砂的发气量，比原来使用的原砂降低1-2ml/g，再生砂耗酸值（4.35ml）均低于同类原砂耗酸值指标,可适当减少热芯盒制芯固化剂加入量,降低制芯成本与提高制芯成品率。再生砂制成的覆膜砂，膨胀系数（0.68%覆膜砂）均低于同类原砂膨胀系数指标，接近河南砂低膨胀水平,可减少砂芯开裂造成的铸件脉纹毛刺与砂芯膨胀形成的铸件尺寸变形，如果经过反复再生后膨胀系数还可降低。
3.3 再生砂配制的覆膜砂其冷态抗拉强度比用烘干围场砂从1.83Mpa提高到2.10Mpa，热态抗弯由原来的2.33MPa提高到2.86MPa、冷态抗弯强度由原来的4.43MPa提高到都5.70MPa，所有性能都高于围场新砂水平。由于再生处理使砂粒形状更加圆滑，而硬化剂乌洛托品对膨润土残留物不敏感，所以再生砂配制的覆膜砂强度高，性能好。
3.4 潮模旧砂再生后配制的呋喃树脂热芯盒树脂砂其再生砂流动性与同类原砂性能相当，热态抗拉强度0.86Mpa提高到0.92Mpa、冷态抗拉强度由原来3.8MPa提高到4.0Mpa，达到围场原砂水平。因为潮模再生砂的酸耗值与原来使用的新砂降低，实验室测试固化剂加入量为16%，常温抗拉强度最高，工厂现生产固化剂加入量一般为18～20%，可根据生产现场适当进行固化剂调整。
3.5 潮模旧砂再生后配制的冷芯盒树脂砂即时抗拉强度从原来的1.1Mpa提高到1.4Mpa，24小进抗拉强度从原来2.0Mpa提高到2.3Mpa，再生砂流动性与同类原砂性能相当，完全能满足生产现场制芯要求。
3.6 通过调整围场原砂和再生砂的配比，可根据不同生产需要，进行再生砂与新砂配比，满足制芯过程中强度与粒度变化要求，可改变现在铸造厂原砂单一的产品结构。再生砂配入比例越高，其芯砂的性能越好。
东风汽车有限公司四个铸造厂每年新砂消耗量12万吨，粘土旧砂再生后，四个铸造厂每年可望减少新砂消耗近8万吨，可降低由原砂膨胀与发气量引起的铸件缺陷，提高铸件产品成品率。可降低专业厂原砂烘砂成本，降低工作强度及减少操作人员。铸造废砂再生后部分铸造厂不能直接回用的70/140砂，长江十堰分公司每年3万吨新砂需求量，可全部吸纳用于覆膜砂生产。
实验室试验和生产性试验证实，重庆长江造型材料公司旧砂再生技术工艺已比较成熟；再生设备经小试、中试完全符合现生产需要；再生砂性能经工艺研究所及各专业厂生产性试验满足所有制芯造型技术性能指标。
4．总结
（1）潮模旧砂再生后用于热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、覆膜砂制芯其性能均高于同类新砂性能指标。粘土旧砂再生后用于热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂生产性试验，完全能满足现生产需要。
（2）粘土旧砂再生后用于制芯生产，可大大降低铸造废砂排放量，减少环境污染，真正实现了环保生产，降低了铸造生产成本。

qfb · 发表于 2009-2-21 17:23:14

论坛好人多,感受谢楼主分享

ningzhi · 发表于 2009-3-12 16:39:02

市场前景：处理固废的同时，为企业创造价值。同时契合国家节能减排的政策要求，利国利民。
技术名称：利用废铸造砂生产建筑材料（包括砂子）
技术概要：
随着铸造企业的经济增长，铸造砂的需求量增加，但是，再次利用的铸造砂的量很少，如果把废铸造砂做成新砂或是作为其他建筑用材料使用，就防止了因取材而引起的对自然的破坏。
通常来讲，铸造砂的再生方法根据铸造砂的种类不同，多用干法和湿法。把两者结合使用能生产出高品质的骨料。
产品功能：
1.对企业生产排放物的再次利用——预防环境污染并循环利用资源。
2.铸造用砂品质优良，因而具备很高的循环利用价值——可做建筑材料使用。
1)做混凝土的骨料使用时，再生砂以45%的比例，与强砂混合。
2)做沥青的骨料使用时，再生砂以55%的比例，与强砂混合。
3)低强度混凝土和二次混凝土产品（红砖，空心砖）的生产及使用。
3.废铸造砂的整个处理过程得到铁和多种金属副产物。

s-xy9957 · 发表于 2009-3-12 18:31:18

楼主的介绍很精彩，如能产业化实施真是利国利民和利于子孙后代的大事，呼于国家应出台相应的扶助政策。

windak · 发表于 2012-4-15 10:43:15

提起此贴,有更多的人关注更好.

windak · 发表于 2012-4-15 10:44:45

更想与有实战经验的坛友交流.

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