砂處理工藝以及砂處理再生工藝

宋海東，段麗媛，宋佰弘

（貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

1 前言

在中國裝備制造是支柱產(chǎn)業(yè)，然而鑄造是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。中國是世界第一鑄造大國，鑄造同時也是排污最大的行業(yè)，當(dāng)前我國生產(chǎn)鑄件的耗能、排污一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家要高很多。我國每生產(chǎn)1噸合格鑄件，大概要排放粉塵50 kg、廢氣1000～2000 m3、廢渣300 kg、舊砂1.3～1.5 t。其中舊砂數(shù)量最大，可以說舊砂是一項巨大的浪費，同時舊砂中含有大量污染物。其中包括苯類物質(zhì)、苯酚、吡啶、呋喃、一苯丙芘、NaOH、KOH等物質(zhì)，隨著雨水的沖刷，這些有害物質(zhì)會隨著雨水流人地表不斷滲人地下，污染地下水，給人類的生產(chǎn)、生活造成潛在的危害。所以有了粘土砂砂處理這一工藝，粘土砂舊砂由于在循環(huán)使用過程中各組分受熱分解，發(fā)生物理化學(xué)性能的變化，其有效成分減少，有害成分增加在回用時必須經(jīng)過處理。

2 砂處理系統(tǒng)的特點及存在問題

2.1 舊砂處理系統(tǒng)及特點

舊砂處理工藝流程：落砂→磁選→破碎→篩分→冷卻→除塵→自動混砂。砂芯大多是有機(jī)樹脂砂，氣動微震壓實半自動化造型線。

特點：能有效去除舊砂中的死粘土等微粉，死粘土由20%降至12%；使舊砂的粒度分布更加的均勻；降低了芯砂對舊砂的污染程度，控制瓷化膜總量；降低新砂加入量，新砂加入量由20%降到5%左右；舊砂的溫度得到一定程度的降低，使溫度了降低約10℃。

2.2 存在的問題

隨著汽車產(chǎn)量的增加，到“十一五”末期，一汽公司鑄件年產(chǎn)量將由現(xiàn)在的22萬t發(fā)展到30萬t，但是所產(chǎn)生的鑄造廢砂也由以前的13萬t增加到20萬t，直接價值2400余萬元。這樣數(shù)量巨大的、未經(jīng)有效處理以混合廢砂為主的固體廢棄物，對土壤及地下水資源來說是非常嚴(yán)重的危害，潛在的社會環(huán)保壓力將難以支撐。這在一定程度上也反映出當(dāng)前我國國內(nèi)鑄造業(yè)整體實際狀況，如果再不采取有效措施，廢砂排放將會是十分嚴(yán)重的問題。所以進(jìn)行鑄造混合廢砂合理資源化應(yīng)用，最大限度地實現(xiàn)固體廢棄物的妥善處理，減輕或消除鑄造中產(chǎn)生的廢砂的污染，所以廢砂的再生處理是十分必要的。

3 再生砂工藝特點及再處理再生方式

再生砂的工藝特點：含泥量可降低60%左右；粒度分布基本上和新砂差不多，均勻率有較大提高；砂粒形狀得到改善，棱角變圓；砂子發(fā)熱量降低，受熱快速膨脹性小，熱穩(wěn)定性好；化學(xué)性能穩(wěn)定，SiO：含量接近新砂。再生砂的這些優(yōu)點，有利于提高鑄件精度，減少廢品率。

濕型砂再生后，用來代替混制濕型砂所使用的新砂的再生技術(shù)相對簡單，在國內(nèi)是比較成熟的。濕型砂生產(chǎn)的鑄件有很多是有芯鑄件，在連續(xù)循環(huán)生產(chǎn)過程中，芯砂慢慢地混入型砂中，導(dǎo)致型砂的總量慢慢地增加，所以需要隨時排掉一部分型砂以維持系統(tǒng)砂量的平衡。型砂循環(huán)總量增加的部分只有經(jīng)過再生處理代替新砂用于制芯，才能有效保持系統(tǒng)的封閉循環(huán)，可以稱為型砂封閉循環(huán)流程[1]。因此只采用濕型砂再生方法來解決舊砂的排放問題，對于產(chǎn)量較大的鑄造企業(yè)意義不是很大。

流水線生產(chǎn)的鑄造濕型砂添加的成分主要是由7%的粘土、4%的煤粉及3.5%的水分混合而成；而鑄造芯砂主要是添加2%～3%的有機(jī)粘結(jié)劑。[3]在鑄件生產(chǎn)中，這些殘留的粘土、煤粉及有機(jī)粘結(jié)劑和新生成的灰分會混合在一起，這些殘余物若得不到有效的排除無法回用，將會形成廢砂。此外，有不低于20%左右的廢芯塊和廢芯砂來源于砂芯生產(chǎn)的過程，成為嚴(yán)重威脅環(huán)境的廢砂。對于砂型鑄造來說，每生產(chǎn)l噸鑄件一般需要0.7～1 t的新砂，同時也要廢棄大約等量的廢砂。特別是鑄造廢砂中還含有酚、醛、苯等有毒的合成樹脂，如果得不到有效的處理，這些有害的合成樹脂會污染土壤和水源，嚴(yán)重的破壞生態(tài)環(huán)境。關(guān)鍵技術(shù)在于通過機(jī)械與適溫焙燒等處理工藝，消除較高的需酸值和粘結(jié)劑間的相溶性，使混合廢砂經(jīng)過有效的處理之后，能滿足濕型混合廢砂和單一樹脂廢砂的再生利用，達(dá)到代替新砂用于冷芯盒制芯和生產(chǎn)覆膜砂的目的。

4 使用粘土砂再生系統(tǒng)后的效果

大量拋棄舊砂，添加新砂，污染環(huán)境，增加成本。為了徹底解決這些問題，決定對這套砂處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，重點主要從舊砂性能控制方面來著手，引進(jìn)一套舊砂再生系統(tǒng)。再生系統(tǒng)再生原理：舊砂通過定量加料機(jī)構(gòu)進(jìn)入再生盤，被高速旋轉(zhuǎn)的再生盤加速，在再生盤內(nèi)壁和反擊圈內(nèi)壁相對靜止不動的積砂上進(jìn)行反復(fù)搓擦、撞擊，去除砂粒表面的惰性膜，從反擊圈和再生盤間隙落下。[4]與此同時，和再生盤同軸的風(fēng)葉向上鼓風(fēng)，形成強(qiáng)氣流，使落下的砂子沸騰、風(fēng)選、去除處理下來的惰性膜及灰塵，從而完成對舊砂的再生，同時使砂子得到一定的冷卻。得到了3項數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)1粘土舊砂再生后的組分變化，數(shù)據(jù)2粘土舊砂再生后的粘度變化，數(shù)據(jù)3再生砂與原工藝混制的型砂配方及性能對比。[4]我們將這3個數(shù)據(jù)中舊砂再生前后的性能進(jìn)行對比得到了以下的結(jié)果：

由數(shù)據(jù)1可以得出了再生砂含泥量從舊砂的17.1%到再生砂的10.2%，從數(shù)據(jù)顯示使用再生砂之后含砂量降低了40.9%，有效煤粉、有效膨潤土再生后仍有部分殘余；數(shù)據(jù)2說明了再生砂200目以上比例降低，煤粉含量降低，40目以下的顆粒減少，三篩集中率提高；數(shù)據(jù)3中全部采用再生砂混制的型砂，膨潤土、煤粉加降低了很多，但是型砂的性能優(yōu)于舊砂混制的型砂，濕壓強(qiáng)度、透氣性提高，型砂水分降低。[4]

3項數(shù)據(jù)可以得出，采用簡易粘土砂舊砂再生系統(tǒng)，再生砂在一定的程度上能夠代替新砂進(jìn)行循環(huán)，有效降低再生砂含泥量；在利用再生砂代替新砂進(jìn)行型砂生產(chǎn)的時侯能較有效的降低膨潤土、煤粉加入量，混制出的型砂性能優(yōu)于用原舊砂混制的型砂。

4.1 鑄件質(zhì)量

提高鑄件的表面光潔度，降低廢品率。而再生后的舊砂，較再生前的舊砂具有了更低的含泥量，更均勻的粒度分布，更低的砂溫，更加潔凈，并且和新砂相比，具有更好的圓整度和熱穩(wěn)定性，所以能有效地提高型砂質(zhì)量，對于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益有很大的提高。[5]

4.2 節(jié)能

資源的再生循環(huán)利用這一技術(shù)會在未來的10年之內(nèi)將成為所有企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點。當(dāng)今社會，對于大型鑄造企業(yè)的廢砂不能再生使用而遭到大量廢棄，這樣做的后果不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且隨著國家資源、能源價格的調(diào)整，國家投入大量資金用來購買新砂、廢砂排放和能耗費用的繳納，這些都會使公司的生產(chǎn)成大幅度的增加。然而降低生產(chǎn)成本則是目前我國廢砂再生使用的關(guān)鍵所在。所以再生過程中的節(jié)能操作在公司生產(chǎn)的過程中是至關(guān)重要的。

5 結(jié)論

粘土舊砂再生后可以代替部分新砂，降低新砂的使用量，降低鑄造廢棄舊砂的排放量，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少環(huán)境污染。使用粘土砂再生這個技術(shù)可以有效的控制舊砂的成分和性能，從而提高型砂性能和鑄件質(zhì)量。粘土舊砂的循環(huán)利用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有利于對資源利用和環(huán)境的保護(hù)。

[1]魯永杰.鑄造廢砂再生處理與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[M].中國第一汽車集團(tuán)鑄造有限公司，2008

[2]許俊杰，趙國平，蔣宗字.鑄造車間粘土砂砂處理工部工藝CAD[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報，2000，（2）：34-35.

[3]令軍科.CGR粘土舊砂再生系統(tǒng)的應(yīng)用[M].陜西重型汽車有限公司鑄造廠，2004：754-755.

[4]呂士海，吳彩云，徐海港.粘土砂舊砂再生的研究及生產(chǎn)應(yīng)用[J].山東時風(fēng)集團(tuán)鑄造研究，2008，（3）：92-94.

[5]張艷，粘土舊砂完全再生技術(shù)的研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2008，（4）：10-13.