專利名稱：有機酯硬化水玻璃舊砂的化學再生法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水玻璃舊砂的化學再生法，尤其涉及一種有機酯硬化水玻璃舊砂的化學再生方法，屬于化學材料技術領域。
水玻璃舊砂中殘留的氧化鈉Na2O量愈高，則回用性愈差。最主要的問題是，舊砂回用時可用時間太短，來不及進行混砂和造型。所以人們便想方設法將Na2O除去，并以Na2O除去率作為各種舊砂再生法的評價。
現有技術中，傳統使用的水玻璃再生方法為物理再生法，可分為濕法再生和干法再生兩大類。濕法再生的原理是將殘留Na2O用水溶解掉，將水玻璃舊砂經磁選、粉碎、過篩和二次磁選后，浸泡在冷水、熱水或稀堿水中，輔以強力攪拌或超聲震蕩，Na2O的除去率可達80％～90％，再生砂中殘留Na2O可降低到0.1％以下。但濕砂需要經過過濾、淋洗、甩干、烘干和氣流冷卻等多步驟的處理，耗能量極大，而且大量廢水必須經過凈化處理后才能排放，步驟繁復、設備龐大昂貴，能量消耗大，再生費用幾乎與新砂價格持平，只能得到保護環境的間接效益。國內外比較偏向于采用干法再生，其原理是用機械磨擦除去殘留Na2O。但砂粒表面的廢水玻璃膜具有很強的韌性，機械磨擦一般只能除去Na2O的10％～30％。即使經過極長時間的磨擦，也不會超過50％，但此時機件磨損過度，砂粒破碎率過高，動力消耗太大，并不可取。為了提高廢水玻璃膜的脆性，有人提出將經過磁選、粉碎和過篩的舊砂預熱到350℃左右，再進行機械磨擦。據介紹Na2O的除去率可達到50％以上，甚至60％，但加熱容易冷卻難，再生砂冷卻到室溫以上20～30℃時，就很難冷卻下來，必須用強大的氣流將整個砂層吹揚起來進行冷卻。設備和運轉費雖然稍低于濕法，但Na2O除去率也比較低，勉強滿足再生回用的要求。
我國一年產生的水玻璃舊砂有600萬至800萬噸，如果不經再生回用而直接拋棄，不僅浪費優質硅砂的資源，而且造成嚴重的環境堿性污染，所以尋求價廉而又方便的舊砂再生法的呼聲非常迫切。
本發明的目的在于針對現有技術的上述不足，提供一種新的有機酯硬化水玻璃舊砂的化學再生方法，使之具有生產處理方便，成本低廉的優點，又不會對環境造成污染，能有效地保護環境。
為達到這樣的目的，本發明人在多年的研究中發現，視殘留Na2O有百害而無一利的傳統觀點并不正確。以有機酯硬化的水玻璃砂為例，澆注后的舊砂中，殘留Na2O大致可以區分為三部分。5％～10％的Na2O存在于不溶性的玻璃態中；30％～35％的Na2O則以醋酸鈉的狀態分散在廢水玻璃膜中；50％～65％的Na2O則以失水水玻璃的狀態存在。第三部分Na2O有一非常可貴的性質，即其化學可逆性，水玻璃可因失堿和失水而固化；固化水玻璃也可以因復堿和復水而恢復液體狀態。
不同模數的水玻璃都有一個臨界濃度值，超過臨界濃度值其粘度便直線上升，導致失去流動性而固化。
一個加有模數2.3，含固量42％的水玻璃3％～4％重量的水玻璃砂，固化和澆注后得出的舊砂不經處理而直接回用，往回用砂中加入同樣數量的新水玻璃，廢水玻璃的第三部分Na2O重新溶解入新水玻璃中。可以推算出，二種水玻璃的反應混合物的模數大致為2.9～3.1，硅酸鈉濃度57％～59％。遠遠超過臨界值，在混砂過程中即已趨向固化，所以它沒有足夠的可用時間來完成混砂和造型過程。
實驗表明，舊砂除去殘留Na2O30％左右再回用，反應混合物的模數大約為2.7～2.9，濃度54％～56％，仍然超過臨界值。
舊砂除去殘留Na2O超過50％時，反應混合物的模數和濃度才會在臨界以下。所以第三部分Na2O的可逆性是導致回用砂的可用時間過短的直接原因。
但若掌握了這種可逆性，因勢利導，妥善地調節新加入水玻璃的模數和濃度，使新舊兩種水玻璃的反應混合物處在臨界值以下，則不僅回用砂可以有足夠的可用時間，而且可以使廢水玻璃部分恢復其粘結能力，從而減少新水玻璃加入的量，降低生產成本。
由此，本發明的技術方案是在市售水玻璃中先加入氫氧化鈉NaOH和水，使它的模數為1.3～1.7，濃度為39％～43％，再將此調整好的低模數水玻璃加入到殘留Na2O為0.6％～0.8％的水玻璃舊砂中，使新、舊水玻璃反應后的產物處于模數-濃度臨界值之下，然后根據新舊水玻璃反應物的重量，加入10％～15％的有機酯。經混砂、造型后，得到可有足夠回用時間的回用砂。
本發明可以與物理再生法相配合(或用機械法磨擦去一部分殘留Na2O，或摻入適量新砂)，使本發明中水玻璃舊砂的殘留Na2O維持一個適宜的水平，因為舊砂不能無限制地采用化學再生法，否則殘留Na2O將不斷積累。舊砂中殘留Na2O在0.6％～0.8％之間均能順利地采用化學再生法，高過0.8％則混合料可用時間太短，低于0.6％，則能提供再生的有效Na2O太少，硬化強度有下降的趨勢。所以水玻璃舊砂殘留Na2O在0.6％～0.8％之間比較適宜，可以用作鑄鋼背砂，循環使用。
本發明有效利用水玻璃舊砂，節省了優質硅砂資源，而且避免對環境的污染，價廉而又生產方便，具有顯著的經濟效益。
以下通過具體的對照例和實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
對照例和實施例1中的水玻璃舊砂為優質硅砂100份，模數2.3含固量42％的水玻璃3份，乙二醇二醋酸酯0.3份，混砂、造型、固化和澆注鋼水后，落砂、粉碎和過篩，得出灰白色的水玻璃舊砂。對照例1水玻璃舊砂 100份模數2.3含固量42％的水玻璃3份有機酯 0.3份混合物在混砂過程中即有固化趨向，無法進行造型。對照例2水玻璃舊砂 100份模數2.3含固量42％的水玻璃 4.5份乙二醇二醋酸酯 0.67份混砂、造型后，24小時壓強0.6～0.8Mpa。由于新鮮水玻璃加入量多，反應混合物的模數和濃度有所下降，處在臨界值附近，所以有一定的可用時間，在高速混砂和造型下可得出很低的24小時壓強，但是生產費用增加較多。對照例3水玻璃舊砂 100份8.5％NaOH 3份有機酯 0.3份24小時后，壓強0.03～0.3Mpa。這證明，已固化的水玻璃砂可以通過復堿和復水而部分恢復其粘結能力。
在實施例1和實施例2中，往水玻璃中先添加適量的NaOH和水，使新舊兩種水玻璃的反應混合物的模數和濃度處在臨界值以下，不但回用砂可以有足夠的回用時間，而且新水玻璃的加入量比之對照例1減少1/3，已可滿足造型和澆注的需求。這說明調節好SiO2-Na2O和H2O的比例，使反應混合物處在臨界值以下，就達到了水玻璃舊砂化學再生的目的。
權利要求
1.一種有機酯硬化水玻璃舊砂的化學再生法，其特征在于在市售水玻璃中先加入氫氧化鈉NaOH和水，使它的模數為1.3～1.7，濃度為39％～43％，再將此調整好的低模數水玻璃加入到殘留Na2O為0.6％～0.8％的水玻璃舊砂中，使新、舊水玻璃反應后的產物處于模數-濃度臨界值之下，然后根據新舊水玻璃反應物的重量，加入10％～15％的有機酯。
全文摘要
一種有機酯硬化水玻璃舊砂的化學再生法,在市售水玻璃中先加入NaOH和水,再將此調整好的低模數水玻璃加入到水玻璃舊砂中,使新、舊水玻璃反應后的產物處于模數－濃度臨界值之下,然后根據新舊水玻璃反應物的重量,加入有機酯,經混砂、造型后,得到可有足夠回用時間的回用砂,可用作鑄鋼背砂。本發明有效利用水玻璃舊砂,節省了優質硅砂資源,而且避免對環境的污染,價廉而又生產方便,具有顯著的經濟效益。
文檔編號C01B33/32GK1312220SQ0110523
公開日2001年9月12日 申請日期2001年1月17日 優先權日2001年1月17日
發明者盧晨, 朱純熙 申請人:上海交通大學