[发明专利]一种用碱性酚醛树脂自硬砂废砂制备铸造用水玻璃的方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造技术的造型材料技术领域，具体涉及一种用碱性酚醛树脂铸造废砂制备铸造用水玻璃的方法。

背景技术

装备制造业是我国的支柱产业，铸件是装备制造业的基础件，2010年我国铸件产量3960万吨，其中铸钢件530万吨，随着装备制造业的发展，面对国内外市场的需求，我国对铸件质量的提升越来越重视，用传统的水玻璃CO₂法生产铸钢件，其质量已不能满足要求。用碱性酚醛树脂自硬砂生产铸钢件，其内在及外观质量均可显著提高。近几年碱性酚醛树脂砂工艺在铸钢件生产中获得广泛推广应用，目前，每年用该工艺生产铸钢约15-20万吨。以平均每吨铸钢件需3t砂混合料计算，年需砂混合料45-60万吨，碱性树脂自硬砂旧砂再生率为80%，产生20%废砂，年排放废石英砂9-12万吨，这种含碱废砂的排放不仅是对优质硅砂资源的浪费，同时对生态环境产生危害，实现这种废砂的综合利用一直是推广碱性酚醛树脂自硬砂的技术关键。

中国发明专利ZL 200610047215.4提供了一种主要成分为水玻璃的铸造用黏结剂。其特征在于该黏结剂是由硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾和改性剂复合制成。改性剂为：糊精、糖、糖蜜、聚丙稀酸钠、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、木糖醇、山黎醇、麦芽糖醇、甘露醇、乙二醇、丙二纯、甘油、季戊四醇、二甘醇、一缩二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、氢氧化锂之一种或多种。其中硅酸钠、硅酸钾是选择优质石英矿，矿石SiO₂含量大于97% ，其生产过程为开采石块，鳄式破碎机破碎，磨粉，石英粉和无水碳酸钠（或无水碳酸钾）按比例混合，加入反射炉，熔融成硅酸钠（或硅酸钾）液体，流出入水激冷，得硅酸钠颗粒（硅酸钾颗粒）。硅酸钠颗粒、硅酸钾颗粒、氢氧化钠、氢氧化钾、改性剂、水按比例加入转鼓，通入0.6-0.8 Mpa 的蒸汽，保温1-4h，硅酸钠在水中溶解，和其他材料混匀，得铸造用水玻璃黏结剂。

以上专利文献为代表的现有技术，每万吨固体硅酸钠需石英砂7000-7700t，可以生产铸造用水玻璃20000t，我国每年铸造生产需水玻璃50-60万吨，并以每年10-15%速度增长，需要消耗大量优质石英资源。我国的优质石英矿藏有限，减少优质石英矿的年开采量是国民经济发展的百年大计。

实现碱性树脂自硬砂废砂的综合利用，对节约硅砂资源保护生态环境很有意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用碱性酚醛树脂铸造废砂制备铸造用水玻璃的方法，该方法使碱性酚醛树脂自硬砂废砂工艺产生的废砂得到综合利用，减少固体废弃物的排放，有利于保护生态环境；降低了水玻璃的生产成本。

本发明提供了一种用碱性酚醛树脂自硬砂废砂制备铸造用水玻璃的方法，具体步骤如下：（1）将铸造废砂和纯碱作为主要原料熔融，制备出硅酸钠和硅酸钾混合物；（2）将硅酸钠和硅酸钾混合物颗粒、氢氧化钠、氢氧化钾、水、改性剂按照比例要求混合，通入0.6-0.8MPa的蒸汽，在158℃-169℃的温度下保温1h-4h，硅酸钠和硅酸钾在水中溶解、混匀即可制得铸造用水玻璃。

本发明提供的用碱性酚醛树脂自硬砂废砂制备铸造用水玻璃的方法，所述步骤（1）具体为：对碱性酚醛树脂自硬砂废砂进行预处理：（1）用6目筛（筛孔径3.35mm）筛分去掉废砂中的杂物；（2）对经筛分的废砂进行磁选分离，去掉含铁颗粒；（3）用球磨机或雷蒙磨粉机对碱性酚醛树脂自硬砂废砂磨粉处理，使其颗粒直径小于0.075mm，增加其表面积，有利于熔融时提高化学反应速度，缩短反应时间；（4）粉料经二次磁选分离，将铁类杂质去掉。将提纯后的铸造废砂和纯碱按比例混合加入反射炉中，其中铸造废砂占总质量百分比为50-80%，余量为纯碱（无水碳酸钠），然后燃烧煤气或天然气，加热到1400±10℃，使得铸造废砂中的醋酸钠、醋酸钾受热分解、燃烧，生成Na₂O、K₂O 、CO₂和H₂O；Na₂O、K₂O及纯碱与SiO₂反应，生产硅酸钠、硅酸钾，使废砂中的贵金属氧化物Na₂O、K₂O和SiO₂同时获得回收利用；熔融的硅酸钠、硅酸钾液体从反射炉出口流出，入水激冷，即可制得硅酸钠和硅酸钾混合物颗粒。