鑄造企業(yè)環(huán)保問題的有效解決方案

吳長松（重慶長江造型材料（集團）股份有限公司，重慶 400709）

1 鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀

鑄造行業(yè)屬于高能耗、污染嚴重的行業(yè)，鑄造企業(yè)在生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染最嚴重的是固體廢棄物和空氣污染。根據(jù)CFA，中國鑄造行業(yè)2013年排放污染物總量約為：廢氣（450～900）億m3，粉塵220萬t,廢砂5000萬t，廢渣1 300萬t.盡管中國已經(jīng)是鑄造大國，但鑄造業(yè)的污染控制技術和設施還較為落后，鑄造企業(yè)用于環(huán)保的投資占鑄造廠設備投資的比例只是發(fā)達國家鑄造企業(yè)同類投資的四分之一，針對鑄造企業(yè)的環(huán)保問題給出切實可行的解決方案是非常必要和迫切的。

2 鑄造企業(yè)排放的空氣污染與治理

鑄造廠空氣污染的特點：污染源分散，濃度較低，氣體量大。例如，在砂型鑄造工藝中產(chǎn)生的主要污染物及其來源如表1所示。在美國環(huán)保局列出的總共188種危險空氣污染物（Hazardous Air Pollutant,HAP）中，鑄造廢氣中已經(jīng)檢測出的有40多種，對環(huán)境和人體健康都有巨大危害。

表1 典型砂型鑄造工藝中的主要污染物及來源

由于污染源分散，單純的末端處理難以達到很好的處理效果。通過使用更為清潔的原材料替代傳統(tǒng)的高污染原材料，從源頭上削減鑄造過程產(chǎn)生的空氣污染物，才是真正的環(huán)保解決方案。例如，長江康特環(huán)保型覆膜砂及長江賽特新型無機粘結劑濕態(tài)砂具有很好的環(huán)保特性。

2.1 長江康特環(huán)保型覆膜砂

長江康特環(huán)保型低臭味覆膜砂是以硅砂為骨料、專用改性酚醛樹脂為黏結劑、無氨低氨固化劑以及復合固化促進劑為助劑，采用特有制砂工藝復合制備的新型鑄造用覆膜砂。相對于傳統(tǒng)工藝和使用烏洛托品制成的覆膜砂，長江環(huán)保型低臭味覆膜砂很少或者不會產(chǎn)生臭味氣體，同時具有防脫殼、低膨脹、低臭味、潰散性好等特點：

1）低臭味性：制芯時較普通樹脂覆膜砂的惡臭氣相物氨氣（ammonia gas）排放量低85%以上；

2）澆注時的高溫熱裂解氣相物排放量低30%左右；

3）低發(fā)氣量：較普通樹脂覆膜砂降低發(fā)氣量10%左右；

4）低膨脹性：較普通樹脂覆膜砂的熱膨脹性低5%左右；

5）良好的出砂性：較普通樹脂覆膜砂清砂更容易，清砂時間可縮短30%左右；

6）使用簡便：是普通覆膜砂的換代產(chǎn)品，鑄造企業(yè)的工藝和設備不需要做任何調整變化。

2.2 長江賽特新型無機黏結劑濕態(tài)砂

基于黏結劑技術的基本理論和技術方法，長江材料開發(fā)了世界領先的新型水基型無機黏結劑。在920℃居里點熱裂解氣相有機物測試結果如圖1，相對有機樹脂砂，采用長江賽特CITEK無機黏結劑制備的濕態(tài)砂氣相污染物減少92%以上，基本杜絕了鑄造有害氣體的產(chǎn)生。

圖1 CITEK濕態(tài)砂與樹脂覆膜砂氣相有機物檢測結果

長江賽特CITEK無機黏結劑在重慶、成都等地有色鑄造廠家得到推廣應用，通過其在鑄鋁發(fā)動機的缸蓋組芯的等芯件規(guī)模化制芯、澆注生產(chǎn)的應用驗證，可以得到以下結論：

1）無機黏結劑的環(huán)保性能優(yōu)越，是一種可以實現(xiàn)綠色鑄造的新材料技術；

2）無機濕態(tài)砂完全可以用于鑄鋁件制芯、澆注規(guī)?；a(chǎn)；

3）無機濕態(tài)砂應用于鑄鋁件澆注后清砂非常容易，與樹脂覆膜砂相比其清砂時間僅為樹脂覆膜砂的三分之一左右，潰散性很好；

4）無機濕態(tài)砂因其澆注過程中黏結劑不會在高溫下燃燒發(fā)熱，是一個吸熱過程具有激冷效用。因此，根據(jù)不同的砂鋁比可以在不同程度上改善鑄件的金相組織，提高鑄件的強度；

5）無機濕態(tài)砂發(fā)氣量較樹脂覆膜砂大大降低（相同黏結劑量比至少低60%以上），可以大大改善鑄件質量，避免氣廢，降低生產(chǎn)成本。

鑄鋁中應用無機濕態(tài)砂僅需要適當調整工藝過程，部分改造射芯設備，適當添置或改造必要的烘（儲）芯裝備，通過控制和建立無機濕態(tài)砂相應的準時供貨制度，覆膜砂制造企業(yè)完全可以采取傳統(tǒng)覆膜砂的供應體系進行運行，不需要鑄造企業(yè)再像采用冷芯盒工藝、呋喃工藝那樣自己混砂而增大企業(yè)投資負擔和環(huán)保處理負擔，是一種能適應中國現(xiàn)有企業(yè)特色極具推廣意義的綠色鑄造新技術、新產(chǎn)品。

3 鑄造廢砂的污染與治理

鑄造企業(yè)在生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染最嚴重、數(shù)量最大的是廢砂。

3.1 鑄造廢砂的污染與危害

廢砂的危害包括揚塵污染、化學污染、土壤砂化、占用土地和浪費硅砂資源。

揚塵污染：廢砂中所含的大量細小的顆粒（包括PM2.5），裸露在外會隨風飄散，形成極大危害；

化學污染：廢砂中含有持久性有害有機污染物質，填埋棄置的廢砂將長期污染土壤和水體。

3.2 鑄造廢砂循環(huán)再生處理

3.2.1 鑄造廢砂零排放再生處理特點

技術上：熱法再生降低了再生砂的熱膨脹系數(shù)，提高了砂粒表面的活化。高質量的再生降低了再生砂中的細粉含量，從而可以減少型砂中樹脂加入量，降低鑄件表面上的脈紋、氣孔等鑄造缺陷；

經(jīng)濟上：使用再生砂，可大幅度降低新砂用量，保護砂資源，節(jié)約運輸成本。減少鑄件的鑄造缺陷，從而降低鑄件的綜合成本。降低CO2排放成本。

從環(huán)保角度上，政府法規(guī)越來越嚴,廢砂無序傾倒將導致企業(yè)嚴重后果。廢砂再生處理可大大降低隨意拋棄排放含有害物質的混合廢砂，大大減少對土壤和水源產(chǎn)生的污染。

3.2.2 通常再生技術

通常的再生技術有熱法再生、機械再生及濕法再生，但都存在一些問題。

1）純熱法再生只處理單純的樹脂砂，不能處理潮膜砂等；

2）純機械再生：只處理單一廢砂，再生效果差；

3）濕法（又稱水洗法）再生，占地面積大，投資及運行成本高；殘余樹脂和死黏土不能處理掉；冬季結凍；洗砂水和淤泥的二次污染嚴重，環(huán)保問題比較大；國外已經(jīng)摒棄濕法再生，只有部分水玻璃砂使用。

3.2.3 長江材料的熱法+機械聯(lián)合再生技術

長江材料的熱法+機械聯(lián)合再生技術是一種新的技術，可處理各種廢砂（樹脂砂，潮膜砂，無機砂），混合砂再生砂質量高；再生砂替代新砂制芯高效低耗；余熱重復利用可實現(xiàn)零排放；可進行粉塵再利用，廢氣處理。

3.3 廢砂再生處理的問題

國內再生設備、技術、工藝良莠不齊，致使再生砂質量、再生成本、環(huán)保措施等參差不齊。很多企業(yè)不熟悉再生技術，造成設備利用率低，再生砂質量差，綜合成本高，二次污染嚴重等問題。再生處理中主要有污染物的遷移變化（有機污染物、重金屬）和二次污染物（廢氣、粉塵）。

長江材料對再生過程中產(chǎn)生的廢氣全部進行了無害化處理，從根本上杜絕了空氣的二次污染。同時長江材料嚴格規(guī)范二次廢棄物的分離與收集，對物料分類，避免傳輸及處理程中的二次污染，對粉塵進行無害化處理和再利用，從根本上達到零排放。

4 綠色鑄造一站式服務模式

長江材料在鑄造企業(yè)附近投資建設一站式集中生產(chǎn)服務基地，提供原砂配送、普通覆膜砂、低臭味覆膜砂、無機黏結劑及其濕態(tài)砂、砂芯制作、廢砂回收再生處理等技術、產(chǎn)品及服務。鑄造企業(yè)只需提出產(chǎn)品和技術要求，長江材料就把砂或者砂芯送到鑄造企業(yè)，再將廢砂運回到長江基地再生處理，把處理后符合技術要求的再生砂制作成相應產(chǎn)品，送回到鑄造企業(yè)，如此循環(huán)。圖2為一站式服務模式。

圖2 一站式服務模式

鑄造企業(yè)專注于鑄造生產(chǎn)與產(chǎn)品開發(fā)，無需考慮與砂相關的投資與生產(chǎn)管理問題，沒有再生砂質量、設備維修等問題；沒有廢砂、廢氣排放問題。

長江造型的專業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，有利于二次廢棄物的處理，大大減少二次污染。

長江材料綠色鑄造一站式服務模式將減少地區(qū)的排放污染，也有利于政府環(huán)保部門對鑄造廢氣廢砂處理的監(jiān)控管理。

5 結 論

我國鑄造業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生嚴重的固體廢棄物和空氣污染物，對環(huán)境和人體健康都有巨大危害，但多數(shù)鑄造企業(yè)的污染控制技術和設施還較為落后。本文介紹的幾種實用的綠色環(huán)保解決方案，特別是重慶長江造型材料集團股份有限公司的綠色鑄造一站式服務模式，通過給鑄造企業(yè)提供清潔環(huán)保的型砂（芯）材料和技術，從源頭上削減鑄造過程產(chǎn)生的污染物，加上先進的鑄造廢砂再生處理技術，使鑄造企業(yè)能真正達到綠色鑄造的環(huán)保要求。