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水玻璃砂的應用及發展 西安華昌水玻璃有限公司

   水玻璃是目前應用最成功的無機化學粘結劑,長期使用對人體無害,用水玻璃砂造型,不僅價格便宜,流動性好,硬化快,而且型芯的尺寸精度高,在混砂、造型、澆注和落砂過程中均無刺激性氣味以及有毒氣體產生,無黑色污染。在環保標準日益嚴格的今天,水玻璃砂被認為是最可能實現綠色鑄造的型砂種類。 

  1. 水玻璃砂的鑄造技術  水玻璃砂鑄造技術的研究應用內容,包括了:硬化方式改進、粘結劑改性、工藝質量控制、原料成分測試、舊砂再生與回用等方面。 ⑴微波加熱硬化技術  水玻璃硬化經歷了普通加熱硬化、二氧化碳硬化、粉末硬化、液態有機脂硬化及微波硬化等階段。微波硬化水玻璃砂具有加熱速度快,節能高效,加熱均勻,以及易于控制等優點,能充分發揮水玻璃的粘結潛力,較大幅度地降低水玻璃的加入量,舊砂的潰散性,并且回用能力也很好,具有較好的發展前景。但微波硬化水玻璃砂實際應用具有難度,因為其模具材料要求高,硬化后水玻璃砂型芯的吸濕性大,所以今后研究與應用的重點將集中于如何改善該砂型的抗吸濕的性能。   ⑵粘結劑抗吸濕改性技術  研究應用表明,改性水玻璃可以提高水玻璃砂的性能。改性水玻璃實質是提高純凈度、減少老化現象、提高水玻璃砂某些特殊性能(例如強度、潰散性、抗濕性等),通常有化學改性和物理改性兩種方法。  化學改性是往水玻璃中添加一種或數種改性劑,以阻緩水玻璃老化,減少粘結強度的損失。改性劑的加入,能使硬化后的水玻璃膠粒細化,起增強作用,有利于改善潰散性。改性劑在水玻璃粘結劑中的作用包括:阻緩老化,限制硅酸凝膠膠粒的長大;增加分子結構中極性官能團的密度和極性官能團的活性,以獲得更高的粘結強度;改善水玻璃舊砂的潰散性;提高水玻璃砂的抗濕性等。  物理改性是往老化的水玻璃中輸入能量(例如磁場作用、加熱攪拌等),以促使硅酸的聚合度重新均勻化,經物理改性后的水玻璃,可將損失掉的粘結強度恢復過來,降低型芯砂中水玻璃的加入量。   ⑶質量控制技術  水玻璃砂型的性能質量與水玻璃粘結劑的種類、質量和性能有關,而鑄件質量又與砂型質量密切相關。實踐表明,砂型的性能可以通過一系列的參數和回歸模型來預測。適用于砂型性能預測分析的回歸模型包括DOE(Design of Experiment,試驗設計)和RSM(Response Surface Methodology,響應面方法)等。 ⑷成分自動測定技術  水玻璃的性能參數主要包括組成、粘度、密度等。水玻璃的粘度、密度都有現成的儀器可以測定,但其組成和模數的測定沒有現成的儀器,目前普遍采用的手工測定誤差較大。 ⑸舊砂再生回用技術  水玻璃舊砂通常采用“加熱+干法”和濕法再生!凹訜幔煞ā痹偕到y相對簡單,投 資少,容易實現,但是干法再生水玻璃舊砂的再生砂質量較差,一般只能做背砂使用,作為單一砂循環使用時,舊砂潰散性惡化。由于水玻璃舊砂殘留粘結劑溶于水的特征,使得濕法再生該類舊砂的效果特別好。濕法再生砂的質量高,基本接近新砂的性能指標,再生砂可100%作面砂或單一砂使用。但是國內外現有的濕法再生系統結構較為復雜,耗水量大,需要解決污水和污泥的處理回用問題。   

  2. 水玻璃舊砂再生及其進展   ⑴濕法再生進展  濕法再生的理論基礎是水玻璃舊砂中的鹽以及殘留黏結劑可溶于水。濕法再生效果受再生時間、砂水比、再生工藝、再生強度、水的溫度、舊砂的受熱溫度和水玻璃加入量等因素的影響。舊砂受熱溫度越高,殘留黏結劑在水中的溶解度就越低,濕法再生越困難,而水玻璃加入量越高,舊砂上殘留的黏結劑也越多,要獲得良好的再生效果就越難。認為砂水比約為0.7∶1時,摩擦作用較好,當砂水比1∶2時左右時,Na2O去除率最高。再生擦洗時間越長,Na2O去除率越高,前3min去除率增加明顯,之后增加緩慢,他將其歸因于砂粒凹坑或縫隙中的殘留黏結劑的溶解速度較慢。  由于濕法再生耗水量較大,再生污水為強堿性,濕法再生中的污水處理就成了濕法再生的關鍵技術之一。一般通過加入酸、混凝劑和絮凝劑等對污水進行處理,處理后的水循環回用,分離出的污泥則由壓濾機處理成泥餅。有人利用經過馴化的硅藻(谷皮菱形藻),使快速生長的硅藻大量消耗堿性污水中的Na+和SiO2+3 ,使污水的堿性顯著降低。所選用的谷皮菱形藻可以將質量分數超過51.0%的Na+和質量分數超過24.0%的SiO2+3 從污水中提取出來,污水的pH值可由11.0降低到8.8,以達到處理污水的目的。 ⑵干法再生進展  干法再生依靠舊砂粒與金屬構件間或砂粒之間互相“碰撞摩擦”使舊砂粒表面的殘留黏結劑發生破壞、脫落,從而使舊砂獲得再生,簡單而易于實現。早期再生機以碰撞為主,現在逐漸過度到以摩擦為主,大多兼有“碰撞-摩擦”兩種過程。  干法再生效果受舊砂受熱溫度、水玻璃加入量、舊砂含水量、再生作用力和舊砂黏結劑力學性能等影響因素。由于常溫條件下,水玻璃膜呈強韌性,不利于干法再生,故在此基礎上,人們開發了加熱—干法再生和冷凍—干法再生方法。研究結果表明,將水玻璃舊砂進行120℃~200℃ 加熱可去除舊砂粒上殘留黏結劑中的水分,增強干法再生水玻璃舊砂的脫膜效果;研究發現殘留酯是使酯硬化水玻璃舊砂及其干法再生砂可使用時間變短、再黏結強度下降的主要原因;而將水玻璃舊砂進行320℃~350℃以上的加熱,可去除殘留酯及殘留有機物的影響,增強水玻璃再生砂的可使用時間及再黏結強度。也有人研究得出酯硬化水玻璃舊砂再生加熱的適宜溫度為300℃~350℃,Na2O去除率可達到50%,超過300 ℃,去除率減緩。水玻璃舊砂干法再生過程中,除塵也是一個十分重要的問題,再生砂的粉塵除不好,殘存Na2O降不下來,從而大大影響再生砂的質量和效果。 

  3. 結語  隨著新技術的日益發展,水玻璃砂技術的發展也進入了一個新的階段,高性能改性水玻璃和微波硬化水玻璃砂工藝的實際應用,低成本高效無排放的水玻璃舊砂再生新方法,以及型砂質量自動檢測與控制系統不斷出現。隨著水玻璃砂的抗濕性、舊砂再生砂循環等老大難問題的逐步解決,新型水玻璃材料、硬化工藝方法及裝備等的研究成功,實現基于水玻璃砂工藝的綠色清潔鑄造生產將成為可能。

西安華昌水玻璃有限公司是水玻璃又名硅酸鈉、泡花堿的研發與生產廠家,是西北地區專業的水玻璃(粉狀速溶硅酸鈉、泡花堿)生產及銷售企業。公司面向陜西/水玻璃、西安/泡花堿、蘭州/硅酸鈉、銀川/水玻璃、西寧/泡花堿、烏魯木齊/硅酸鈉、甘肅/水玻璃、拉薩/硅酸鈉、內蒙/水玻璃及周邊地區大量供應液體水玻璃及粉狀速溶硅酸鈉,公司生產的液體水玻璃廣泛應用于地鐵、隧道、煤礦的防水堵漏以及土壤加固、防腐工程、石油勘探、鑄造、選礦、建筑施工等領域。

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