砂处理工艺以及砂处理再生工艺

宋海东，段丽媛，宋佰弘

（贵州大学 机械工程学院，贵州 贵阳 550003）

1 前言

在中国装备制造是支柱产业，然而铸造是装备制造业的基础产业。中国是世界第一铸造大国，铸造同时也是排污最大的行业，当前我国生产铸件的耗能、排污一些工业发达的国家要高很多。我国每生产1吨合格铸件，大概要排放粉尘50 kg、废气1000～2000 m3、废渣300 kg、旧砂1.3～1.5 t。其中旧砂数量最大，可以说旧砂是一项巨大的浪费，同时旧砂中含有大量污染物。其中包括苯类物质、苯酚、吡啶、呋喃、一苯丙芘、NaOH、KOH等物质，随着雨水的冲刷，这些有害物质会随着雨水流人地表不断渗人地下，污染地下水，给人类的生产、生活造成潜在的危害。所以有了粘土砂砂处理这一工艺，粘土砂旧砂由于在循环使用过程中各组分受热分解，发生物理化学性能的变化，其有效成分减少，有害成分增加在回用时必须经过处理。

2 砂处理系统的特点及存在问题

2.1 旧砂处理系统及特点

旧砂处理工艺流程：落砂→磁选→破碎→筛分→冷却→除尘→自动混砂。砂芯大多是有机树脂砂，气动微震压实半自动化造型线。

特点：能有效去除旧砂中的死粘土等微粉，死粘土由20%降至12%；使旧砂的粒度分布更加的均匀；降低了芯砂对旧砂的污染程度，控制瓷化膜总量；降低新砂加入量，新砂加入量由20%降到5%左右；旧砂的温度得到一定程度的降低，使温度了降低约10℃。

2.2 存在的问题

随着汽车产量的增加，到“十一五”末期，一汽公司铸件年产量将由现在的22万t发展到30万t，但是所产生的铸造废砂也由以前的13万t增加到20万t，直接价值2400余万元。这样数量巨大的、未经有效处理以混合废砂为主的固体废弃物，对土壤及地下水资源来说是非常严重的危害，潜在的社会环保压力将难以支撑。这在一定程度上也反映出当前我国国内铸造业整体实际状况，如果再不采取有效措施，废砂排放将会是十分严重的问题。所以进行铸造混合废砂合理资源化应用，最大限度地实现固体废弃物的妥善处理，减轻或消除铸造中产生的废砂的污染，所以废砂的再生处理是十分必要的。

3 再生砂工艺特点及再处理再生方式

再生砂的工艺特点：含泥量可降低60%左右；粒度分布基本上和新砂差不多，均匀率有较大提高；砂粒形状得到改善，棱角变圆；砂子发热量降低，受热快速膨胀性小，热稳定性好；化学性能稳定，SiO：含量接近新砂。再生砂的这些优点，有利于提高铸件精度，减少废品率。

湿型砂再生后，用来代替混制湿型砂所使用的新砂的再生技术相对简单，在国内是比较成熟的。湿型砂生产的铸件有很多是有芯铸件，在连续循环生产过程中，芯砂慢慢地混入型砂中，导致型砂的总量慢慢地增加，所以需要随时排掉一部分型砂以维持系统砂量的平衡。型砂循环总量增加的部分只有经过再生处理代替新砂用于制芯，才能有效保持系统的封闭循环，可以称为型砂封闭循环流程[1]。因此只采用湿型砂再生方法来解决旧砂的排放问题，对于产量较大的铸造企业意义不是很大。

流水线生产的铸造湿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；而铸造芯砂主要是添加2%～3%的有机粘结剂。[3]在铸件生产中，这些残留的粘土、煤粉及有机粘结剂和新生成的灰分会混合在一起，这些残余物若得不到有效的排除无法回用，将会形成废砂。此外，有不低于20%左右的废芯块和废芯砂来源于砂芯生产的过程，成为严重威胁环境的废砂。对于砂型铸造来说，每生产l吨铸件一般需要0.7～1 t的新砂，同时也要废弃大约等量的废砂。特别是铸造废砂中还含有酚、醛、苯等有毒的合成树脂，如果得不到有效的处理，这些有害的合成树脂会污染土壤和水源，严重的破坏生态环境。关键技术在于通过机械与适温焙烧等处理工艺，消除较高的需酸值和粘结剂间的相溶性，使混合废砂经过有效的处理之后，能满足湿型混合废砂和单一树脂废砂的再生利用，达到代替新砂用于冷芯盒制芯和生产覆膜砂的目的。

4 使用粘土砂再生系统后的效果

大量抛弃旧砂，添加新砂，污染环境，增加成本。为了彻底解决这些问题，决定对这套砂处理系统进行技术改造，重点主要从旧砂性能控制方面来着手，引进一套旧砂再生系统。再生系统再生原理：旧砂通过定量加料机构进入再生盘，被高速旋转的再生盘加速，在再生盘内壁和反击圈内壁相对静止不动的积砂上进行反复搓擦、撞击，去除砂粒表面的惰性膜，从反击圈和再生盘间隙落下。[4]与此同时，和再生盘同轴的风叶向上鼓风，形成强气流，使落下的砂子沸腾、风选、去除处理下来的惰性膜及灰尘，从而完成对旧砂的再生，同时使砂子得到一定的冷却。得到了3项数据，数据1粘土旧砂再生后的组分变化，数据2粘土旧砂再生后的粘度变化，数据3再生砂与原工艺混制的型砂配方及性能对比。[4]我们将这3个数据中旧砂再生前后的性能进行对比得到了以下的结果：

由数据1可以得出了再生砂含泥量从旧砂的17.1%到再生砂的10.2%，从数据显示使用再生砂之后含砂量降低了40.9%，有效煤粉、有效膨润土再生后仍有部分残余；数据2说明了再生砂200目以上比例降低，煤粉含量降低，40目以下的颗粒减少，三筛集中率提高；数据3中全部采用再生砂混制的型砂，膨润土、煤粉加降低了很多，但是型砂的性能优于旧砂混制的型砂，湿压强度、透气性提高，型砂水分降低。[4]

3项数据可以得出，采用简易粘土砂旧砂再生系统，再生砂在一定的程度上能够代替新砂进行循环，有效降低再生砂含泥量；在利用再生砂代替新砂进行型砂生产的时侯能较有效的降低膨润土、煤粉加入量，混制出的型砂性能优于用原旧砂混制的型砂。

4.1 铸件质量

提高铸件的表面光洁度，降低废品率。而再生后的旧砂，较再生前的旧砂具有了更低的含泥量，更均匀的粒度分布，更低的砂温，更加洁净，并且和新砂相比，具有更好的圆整度和热稳定性，所以能有效地提高型砂质量，对于企业经济效益和社会效益有很大的提高。[5]

4.2 节能

资源的再生循环利用这一技术会在未来的10年之内将成为所有企业新的经济增长点。当今社会，对于大型铸造企业的废砂不能再生使用而遭到大量废弃，这样做的后果不仅会造成严重的环境污染，而且随着国家资源、能源价格的调整，国家投入大量资金用来购买新砂、废砂排放和能耗费用的缴纳，这些都会使公司的生产成大幅度的增加。然而降低生产成本则是目前我国废砂再生使用的关键所在。所以再生过程中的节能操作在公司生产的过程中是至关重要的。

5 结论

粘土旧砂再生后可以代替部分新砂，降低新砂的使用量，降低铸造废弃旧砂的排放量，实现循环经济，减少环境污染。使用粘土砂再生这个技术可以有效的控制旧砂的成分和性能，从而提高型砂性能和铸件质量。粘土旧砂的循环利用，创造了良好的经济效益和社会效益，有利于对资源利用和环境的保护。

[1]鲁永杰.铸造废砂再生处理与节能技术的应用[M].中国第一汽车集团铸造有限公司，2008

[2]许俊杰，赵国平，蒋宗字.铸造车间粘土砂砂处理工部工艺CAD[J].江苏理工大学学报，2000，（2）：34-35.

[3]令军科.CGR粘土旧砂再生系统的应用[M].陕西重型汽车有限公司铸造厂，2004：754-755.

[4]吕士海，吴彩云，徐海港.粘土砂旧砂再生的研究及生产应用[J].山东时风集团铸造研究，2008，（3）：92-94.

[5]张艳，粘土旧砂完全再生技术的研究[J].山东建筑大学学报，2008，（4）：10-13.