[发明专利]砂的回收方法

说明书

本发明涉及砂的回收方法，例如在铸造工业中对已经被用于制作模具和型芯的硅砂的回收，尤其是涉及为了制作模具和型芯而用一种碱性A阶酚醛树脂粘合的砂的回收方法。

当用于制作铸造模具和型芯时，砂将与多种粘合剂，例如膨润粘土，硅酸钠或树脂中的一种混合。由于暴露于金属铸件的温度中以及与熔融金属接触的影响，砂将被粘合剂分解物、金属微粒以及其他碎屑所污染。从而在下一次制作模具和型芯时必须用新砂将其替换，或者如果要重复利用该砂也必须先经过处理以清除至少相当一部分污染物。

由于新砂的价格和对已用砂进行处置的费用，以及现存的在掩埋场废料处理监管的严格规定，铸造厂家迫切希望提高对已用砂的回收水平。

如果要成功地回收已用砂，回收方法就必须不仅要经过粉碎胶结块和清除金属颗粒以改善砂的状况，而且该方法还必须能保证回收的砂能够被重复使用，最好能用与原来一样的粘合剂。

在最近几年提出了一些模具和型芯制作方法，即利用一种酚醛树脂的碱性水溶液作为粘合剂。其中一种方法是树脂借助于一种与砂和树脂混合的醋进行固化。另一种方法是混合的砂和树脂成型为所希望的形状，而后使汽化的酯例如汽化的甲酸甲酯通过成型模型使树脂固化。还有一种方法是树脂的固化通过硼酸根离子与树脂配合而实现，所使用的粘合剂含树脂和硼酸根离子，并且该粘合剂溶剂的碱性能使这种配合受到抑制。在砂-粘合剂组合物成型后，用二氧化碳气体穿过成型模型，从而减小粘合剂的pH值，并通过硼酸根离子引起交联。

一种常用的回收铸造砂的方法是干磨法，在该方法中型砂须经过一个磨碎或研磨工序，将胶结块粉碎成分散的砂粒，并从砂粒上清除粘附的粘合剂残留物。然后通过筛分将粘合剂残留物和细砂粒去除。单独使用干磨法作为一种用来回收由碱性A阶酚醛树脂粘合过的砂的可行方法是不够的。干磨法不能从砂粒中清除所有的树脂残留物，并且回收的砂的再次粘合性能与用新型砂粘合性能相比是低下的。因此干磨法通常最多只能回收80％的被树脂粘合的已用砂，所以必须对剩余部分进行处置。由于使用过的砂具有高含量的苯酚和强碱残留物，所以与处置一些其他已用过的铸造砂相比，该处置会有较多的问题和花费较高的成本。

另外一种常用的处理已使用过的铸造砂的方法是热回收法，在该方法中用过的砂被加热到足够高的温度，以清除现在的所有粘合剂残留物。在一种典型的热回收方法中利用了回转式设备，在该方法中整块胶结的的或被压碎的用过的砂被送入该设备。另一种热回收方法是在流化床炉中进行热处理，但被送入炉的用过的型砂首先要经过研磨工序将胶结块粉碎成分散的颗粒。在GB-A-2244939中描述了一种利用流化床的热回收方法。热回收通常采用的温度是400-800℃。

在实践中，通过热回收方法回收用碱性甲阶酚醛树脂粘合的铸造砂仍存在一些问题，尤其是在流化床中进行热处理时，因为用过的分散的型砂颗粒在此方法中会趋于再次胶结。因为在树脂粘合剂中有明显量的碱性化合物，所以使用过的型砂中含有钠或钾的化合物〔通常是钾的化合物，因为已经发现在这些树脂粘合剂中钾比钠更有利〕，因此可以相信在热处理过程中这些在砂粒表面的碱性化合物将分解或熔融，从而导致砂粒熔合在一起。

在回转式热回收设备中，砂与砂之间可能有足够的磨擦以防止分散砂粒之间发生的熔合。但是，虽然熔合粘合力相对很微弱，但在流化床回收设备中也很难被打破，从而砂粒的熔合形成的胶结块将阻碍流化气体维持有效的流化床。阻塞的结果，将最终导致设备的失效。

在热回收处理之前可通过清洗和干燥来从用过的砂中去除碱性化合物。但是清洗处理和紧接的干燥工序将给回收方法增加相当大的成本，从而很不经济。

为防止砂粒的熔合，建议在热回收处理之前向用过的砂中掺入添加剂。WO 94/05448便披露了添加剂的应用，例如氢卤酸，硫酸，硼酸或这些酸的铵盐，例如氯化铵，它可以将含在经酯固化的酚醛树脂粘合的用过的砂中的氢氧化钾和其他盐类转换为一种熔点为550℃的钾的化合物。WO 94/26439披露了一种粒度小于0.5mm的粘土的应用，例如高岭土或蒙脱土，它可以与含于用过的砂中的可洗脱的碱性化合物发生反应。

但这些添加剂也具有缺点。它们自身，或其与碱性化合物发生化学反应产生的化合物，在回收处理后仍遗留在砂中，在用被回收的砂来制作模具或型芯时将会产生有害的影响。酸性添加剂还具有另外的缺点，就是它们会腐蚀回收设备的部件。

已经发现，如果在对用过的砂进行热处理之前向砂中掺入一种碳水化合物，将改善对由碱性A阶酚醛树脂粘合的用过的铸造砂的热回收。