专利名称：一种再生砂制备有机酯水玻璃自硬砂的方法
技术领域：
本发明属于以专门用途的添加剂为特征的铸型及型芯材料及其制备这一领域。
有机酯水玻璃自硬砂于1967年起源于美国，1970年开始推广应用于造型和制芯。过去铸件浇注后全部作为废砂丢弃，近几年来开始采用各种方法进行再生处理(处理后的砂称为“再生砂”)，但是，再生砂与新砂粒特性有很大的区别，再生砂内残存着再生处理无法去除干净的盐类(主要是钠盐)，因此当用再生砂混制酯硬化水玻璃砂时，残存钠盐与水玻璃中水反应，导致水玻璃脱水而使硅酸溶胶形成和加速凝聚，而且并加剧了有机酯的水解和硅溶胶的凝聚，这些在混砂过程中发生的溶胶的不断形成和凝聚，最终导致酯硬化水玻璃砂脆性加剧，失去强度。对此，目前国内外采取的措施是在再生砂中添加大量新砂。关于再生砂的回用，目前处于下述阶段(1)要求残留Na2O≤0.5％(重量)，特别是将再生砂用于面砂时，这一要求以目前国内水平是难以稳定达到的，因此在国内，有的工厂只能将再生砂用于背砂，许多工厂仍作为废砂丢弃。(2)回用时必须添加20％—50％(重量)的新砂粒，即再生砂只能回用达50％—80％(重量)，大量旧砂仍被丢弃。法国富尔钢厂，添加新砂20％—24％(重量)，参阅杂志《造型材料》85年第一期第51页；上海印刷机械铸造厂添加新砂40％(重量)，参阅杂志《铸造设备研究》1994年第二期第14页；《铸造》1992年第三期第21页载文报导了国内一项有关研究，需添加50％(重量)的新砂。旧砂的丢弃不仅使资源浪费，成本增加，而且由于其碱性高，对环境造成有害影响。
本发明的目的是提供一种完全利用再生砂(不必添加新砂)混制成酯硬化水玻璃单一砂的方法，实现再生一回用的反复循环。
适用本方法的再生砂须满足以Na2O形式测定的残余Na2O≤0.9％(重量)。本方法内容如下按常规技术混制，在一般采用的水玻璃(模数M为2.28—2.32，密度为°Be′为50—52)中加入氢氧化钠和水，混匀后进行混砂，氢氧化钠和水先配制成重量百分浓度为2.4％—16.6％的溶液，氢氧化钠水溶液加入量与水玻璃的重量比为6.7％—21.5％，在再生砂中加入慢速硬化型有机酯，加入量与再生砂重量比为8％—14％，再加入水玻璃和氢氧化钠水溶液的混合液，加入量与再生砂重量比为3.8％—4.6％，混制而成有机酯水玻璃自硬砂。
上述慢速硬化型有机酯主要指乙二醇二醋酸酯。
当再生砂中残留Na2O量变化时，氢氧化钠水溶液的最佳浓度选择见表1。
不同浓度的氢氧化钠水溶液加入量与水玻璃的最佳配比(重量)见表1。
上述氢氧化钠水溶液，可以烧碱代替氢氧化钠，加入量必须满足水溶液中氢氧化钠的浓度要求。
应用本发明可节约大量的优质石英砂资源，减轻高含碱量的废砂(pH＞12)所造成的环境污染，大大降低生产成本，所制得的自硬砂性能良好，在试用厂生产高合金钢铸件1000余吨，最大铸件重量为2.5吨，最小铸件重量为15公斤，无一件因型砂材料质量问题产生废品。
实施例一，温度7℃，相对湿度78％，由S568再生装置进行再生处理，得再生砂颗粒度为47/75目，再生砂中残留Na2O0.75％(重量)。残留水份0.82％(重量)。在M为2.32，°Be′为51的水玻璃中加入浓度为11％(重量)的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠溶液与水玻璃的配比为15.6％(重量)，混匀后混沙。以100％上述再生砂加入占砂重量10％的以乙二醇二醋酸酯为主的有机酯MDT-901(昆山金城化工厂生产)，混砂20秒，加入上述水玻璃氢氧化钠混合液，加入量与再生砂重量比为4.2％，混沙30秒，出砂。
实施例二，温度22.5℃，相对湿度55％。再生砂中残留Na20.81％(重量)，残留水份1.05(重量)。在M为2.3，°Be′为51的水玻璃中加入浓度为13.3％(重量)的氢氧化钠溶液，氧氧化钠溶液与水玻璃的重量比为12.4％，混匀后混砂。以100％上述再生砂加入占砂重量12％的江苏太仓MDT-1有机酯，混砂60秒，加入上述水玻璃氢氧化钠混合液，加入量与再生砂重量比为3.8％，混砂70秒，出砂。
实施例三，温度12.5℃，相对湿度37％，再生砂中残留Na2O0.88％(重量)，残留水1.12％(重量)。在M为2.3°Be′为50的水玻璃中加入浓度为15.8％(重量)的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠溶液与水玻璃的重量比为18％。混匀后混砂。以100％上述再生砂加入占砂重11.5％的MDT-901有机酯，混砂60秒，加入上述水玻璃氢氧化钠混合液，加入量与再生砂重量比为4.2％，混砂60秒，出砂。
实施例四，温度10℃，相对温度83％，再生砂中残留Na2O0.37％(重量)，残留水份0.50％(重量)。在M为2.3，°Be′为50的水玻璃中加入浓度为3.2％(重量)的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与水玻璃的重量比为10％，混匀后混砂。以100％上述再生砂加入占砂重量12％的MDT-901有机酯，混砂40秒，加入上述水玻璃氢氧化钠混合液，加入量与再生砂重量比为4.5％，混砂70秒，出砂。
对上述四例中所得型砂性能测试，结果见表2。
表一 氢氧化钠水溶液的最佳浓度及与水玻璃的最佳配比
表二 型砂性能测试
权利要求
1.一种用再生砂制备有机酯水玻璃自硬砂的方法，再生砂中以Na2O形式测定的残余Na2O≤0.9％(重量)，按常规技术混制，其特征在于在模数M为2.20-2.50，密度°Be′为48—52的水玻璃中加入氢氧化钠和水，混匀后进行混砂，氢氧化钠和水先配制成重量百分浓度，为2.4％-16.6％的溶液，氢氧化钠水溶液加入量与水玻璃的重量比为6.7％—21.5％，在再生砂中加入慢速硬化型有机酯，加入量与再生砂重量比为8％—14％，再加入水玻璃和氢氧化钠溶液的混合液，加入量与再生砂重量比为3.8％—4.6％。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于慢速硬化型有机酯为二乙醇二醋酸酯。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.3％～0.4％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度2.4％—4.8％。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.4％～0.5％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度为4％—7.6％。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.5％～0.6％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度为5.8％—11％。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.6％～0.7％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度为7％—13％。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.7％～0.8％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度为8％—15％。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于当再生砂中残余Na2O为0.8％～0.9％(重量)时，氢氧化钠水溶液的重量百分浓度为9％—16.6％。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于氢氧化钠水溶液加入量与水玻璃的重量比为6.7％—14.4％。
10.根据权利要求5至权利要求8中任何一个所述的方法，其特征在于氢氧化钠水溶液加入量与水玻璃的重量比为9.8％—21.5％。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于可用烧碱代替氢氧化钠，加入量满足水玻璃混合液中氢氧化钠含量的要求。
全文摘要
本发明属于以专门用途的添加剂为特征的铸型及型芯材料及其制备这一领域。为了解决废砂丢弃而造成的资源浪费、环境污染、生产成本高，最大限度(100％)地回用再生砂，本发明通过采用改性水玻璃而提供了一种完全利用再生砂而不必添加新砂，混制成有机酯水玻璃自硬砂的方法，实现了再生一回用的反复循环。应用本发明可节约大量的优质石英砂资源，减轻环境污染，大大降低生产成本，所制得的型砂性能良好，适用广泛。
文档编号B22C1/00GK1114600SQ9411138
公开日1996年1月10日 申请日期1994年7月5日 优先权日1994年7月5日
发明者王可猷, 蒋宗宇 申请人:江苏理工大学