本发明涉及水玻璃砂技术领域，更具体地说，特别涉及一种水玻璃再生砂及其制备方法。
背景技术：
水玻璃砂作为铸造型砂的粘结剂，能够减少铸钢、铸铁等铸造工业的污染，实现绿色铸造。采用水玻璃砂的铸造工艺铸件尺寸精度高，表面光洁，造型效率高，可以制造形状复杂和内部质量严格要求的铸件，并且使用过程中引起粉尘数量少、无毒无味，在工业上得到了广泛的应用。
但众所周知，水玻璃砂溃散性差，这是铸造工艺中的较大问题。溃散性是指铸件浇注并凝固后，砂型、砂芯被打碎的难易程度，也叫除砂性。通常认为，水玻璃砂溃散性差的主要原因是在高温下，水玻璃中的有效成分硅酸钠熔融结块，导致砂型残留强度非常高，十分不利于铸件的落砂清砂，而且在旧砂表面会残留过多的钠离子，严重影响旧砂的再生利用。
技术实现要素：
本发明提供了一种水玻璃再生砂及其制备方法，解决相关技术中使用普通的水玻璃砂铸造工艺中水玻璃砂难以再生循环利用的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃20-30份，酸化淀粉2-10份，硅酸2-10份，硅酸盐2-10份，二氧化碳0-103份。
进一步的，还包括α-淀粉、石墨粉、膨润土中的一种或几种。
进一步的，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸钾钠中的一种或几种，所述硅酸盐的粒度小于50目。
进一步的，所述硅酸采用偏硅酸，是玻璃状无色透明的无定型颗粒。
进一步的，所述二氧化碳采用干冰。
根据本发明的另一个方面，提供了一种水玻璃再生砂的制备方法，包括：
第一步，将水玻璃、酸化淀粉按配方量搅拌加热，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐和二氧化碳搅拌加热，混合均匀后得水玻璃再生砂。
进一步的，第一步中，所述加热的温度为40-85℃，所述加热的时间为15-80min。
进一步的，第一步中，所述加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温。
进一步的，第三步中，所述加热的温度为110-130℃，所述加热的时间为0.5-2.0h。
进一步的，第三步中，所述加热采用程序升温，匀速由室温升至110-130℃。
本发明提供的水玻璃再生砂，其重复使用率高，且回用效果好，将其应用于铸造工艺中能够降低生产成本，且减少或不使用涂料，使得铸件表面光洁。本发明提供的水玻璃再生砂的制备方法，利用酸性淀粉、干冰的改性作用，使得型砂中达到了表面覆膜的效果，使该水玻璃再生砂的处理重复使用。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
具体实施例一，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃20份，酸化淀粉2份，硅酸2份，硅酸钠2份。
本实施例中，硅酸钠的粒度小于50目；硅酸采用玻璃状无色透明的无定型偏硅酸颗粒。
水玻璃再生砂的制备方法，包括：
第一步，将水玻璃、酸化淀粉按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
本实施例的反应原理为：将水玻璃和酸化淀粉进行混合搅拌均匀，并且采用分段程序升温，从室温升温至酸化淀粉充分的糊化膨胀，然后再缓慢升温至更高温度，使得糊化的淀粉充分分解，从而降低混合物整体的粘度，再采用两个阶段的缓慢程序降温是的混合物整体的粘度不发生太大的变化。然后再加入硅酸、硅酸盐进行混合搅拌加热，与改性后的水玻璃反应生成水玻璃再生砂，提高其溃散性。该水玻璃再生砂重复使用率高，回用效果好，将其应用于铸造工艺中能够降低生产成本，且减少或不使用涂料，使得铸件表面光洁。利用酸性淀粉对水玻璃的改性作用，使得采用改性后的水玻璃生产的型砂能够处理重复使用。
具体实施例二，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃20份，酸化淀粉2份，硅酸2份，硅酸钠2份，二氧化碳1份。
本实施例中的水玻璃再生砂，二氧化碳采用固态的干冰，其余组分与具体实施例一种组分的相同。
水玻璃再生砂的制备方法，包括：
第一步，将水玻璃、酸化淀粉按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐、干冰，边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
本实施例的反应原理为：将水玻璃和酸化淀粉进行混合搅拌均匀，并且采用分段程序升温，从室温升温至酸化淀粉充分的糊化膨胀，然后再缓慢升温至更高温度，使得糊化的淀粉充分分解，从而降低混合物整体的粘度，再采用两个阶段的缓慢程序降温是的混合物整体的粘度不发生太大的变化。然后再加入硅酸、硅酸盐进行混合搅拌加热，利用固体干冰吸热立即气化的特性，使得改性后的水玻璃反应生成水玻璃再生砂，其每个型砂粒子表面均包覆有淀粉粒子形成的保护膜，并对水玻璃再生砂进行硬化处理，从而导致水玻璃再生砂的溃散性提高。该水玻璃再生砂重复使用率高，回用效果好，将其应用于铸造工艺中能够降低生产成本，且减少或不使用涂料，使得铸件表面光洁。利用酸性淀粉对水玻璃的改性作用，使得采用改性后的水玻璃生产的型砂中达到了表面覆膜的效果，使该水玻璃再生砂的处理重复使用。
具体实施例三，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃25份，酸化淀粉6份，硅酸6份，硅酸钠6份，干冰10份。
水玻璃再生砂的制备方法，与具体实施例二中的制备方法相同。
具体实施例四，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰50份。
水玻璃再生砂的制备方法，与具体实施例二中的制备方法相同。
具体实施例五，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰103份。
水玻璃再生砂的制备方法，与具体实施例二中的制备方法相同。
具体实施例六，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰50份，α-淀粉3份。
水玻璃再生砂的制备方法，第一步，将水玻璃、酸化淀粉、α-淀粉按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐、干冰，边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
具体实施例七，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰50份，石墨粉3份。
水玻璃再生砂的制备方法，第一步，将水玻璃、酸化淀粉、石墨粉按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐、干冰，边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
具体实施例八，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰50份，膨润土3份。
水玻璃再生砂的制备方法，第一步，将水玻璃、酸化淀粉、膨润土按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐、干冰，边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
具体实施例九，一种水玻璃再生砂，按重量份包括：水玻璃30份，酸化淀粉10份，硅酸10份，硅酸钠10份，干冰50份，α-淀粉1份，石墨粉1份，膨润土1份。
水玻璃再生砂的制备方法，第一步，将水玻璃、酸化淀粉、α-淀粉、石墨粉、膨润土按配方量边搅拌边加热，加热分步进行，分别为第一程序升温阶段、第二程序升温阶段、第一程序降温阶段、第二程序降温阶段，第一程序升温阶段为10min内从室温匀速升温至90℃，第二程序升温阶段为5min内从90℃匀速升温至100℃、第一程序降温阶段为10min内从100℃匀速降至90℃，第二程序降温阶段为45min内从90℃匀速降至室温，混合均匀得混合物a；
第二步，在混合物a中按配方量加入硅酸进行搅拌，混合均匀后得混合物b；
第三步，在混合物b中按配方量加入硅酸盐、干冰，边搅拌边加热，在0.5h内由室温匀速升至110℃，混合均匀后得水玻璃再生砂。
将具体实施例一至八中的水玻璃再生砂、以及购买的市售普通水玻璃砂，分别测定其干压强度和不同温度下的残留强度，并进行钢铸形成铸件，对其表面进行观察，具体结果将下表：
表1具体实施例一-八水玻璃再生砂和市售普通水玻璃砂性能测定结果对比表
具体实施例一至八中的水玻璃再生砂与购买的市售普通水玻璃砂，其性能数据相比，由于对水玻璃进行了淀粉的改性处理、或加入了干冰其生华作用对淀粉的水玻璃改性效果更佳，使制得的水玻璃再生砂表面覆膜，将其进行钢铸形成铸件后，铸件表面基本光滑，基本无粘砂，溃散性佳，水玻璃再生砂的重复利用率高。
具体实施例一与具体实施例二的水玻璃再生砂性能数据相比较，在水玻璃再生砂混制过程中，干冰起着重要的作用，干冰吸热迅速升华生成均匀的气泡，对改性的水玻璃制备水玻璃砂过程中，使每粒砂表面形成覆膜，从而提高水玻璃再生砂的溃散性，利用该水玻璃再生砂进行钢铸形成铸件后，铸件表面基本光滑，基本无粘砂，重复利用率高。
具体实施例三、具体实施例四与具体实施例五的水玻璃再生砂数据相比较，说明在水玻璃再生砂混制过程中，干冰的用量对最终的型砂产品影响不大。
具体实施例六、七、八、九与具体实施例四的水玻璃再生砂数据相比较，说明在α-淀粉、石墨粉、膨润土对水玻璃的改性起着一定的辅助作用，α-淀粉、石墨粉、膨润土联通酸性淀粉，在水玻璃再生砂中均起着提高型砂的即时强度和表面安定性的作用，在利用水玻璃再生砂进行钢铸时，α-淀粉、石墨粉、膨润土、酸性淀粉的体积进行膨胀，其分子链断裂、微型结构受到破坏，破幻了水玻璃再生砂表面粘结层的连续性和完整性，从而使得每个型砂粒子的残留强度下降，提高了水玻璃再生砂的溃散性。α-淀粉、石墨粉、膨润土同酸化淀粉一同对水玻璃进行改性，进而在干冰吸热迅速升华生成均匀的气泡，使得对改性的水玻璃制备水玻璃砂过程中，每粒砂表面形成覆膜，从而提高水玻璃再生砂的溃散性，利用该水玻璃再生砂进行钢铸形成铸件后，铸件表面基本光滑，基本无粘砂，重复利用率高。
本发明提供的水玻璃再生砂，其重复使用率高，且回用效果好，将其应用于铸造工艺中能够降低生产成本，且减少或不使用涂料，使得铸件表面光洁。本发明提供的水玻璃再生砂的制备方法，利用酸性淀粉、干冰的改性作用，使得型砂中达到了表面覆膜的效果，使该水玻璃再生砂的处理重复使用。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的产品。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。