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摘要：近年来，我国在旧砂再生技术应用方面取得了一定的进展，如：几乎所有的树脂自硬砂生产企业都将树脂自硬砂旧砂经机械摩擦方式再生后用于树脂砂造型和制芯；部分企业通过冲击和搓擦粘土旧砂，去除部分砂粒表面的死粘土膜，全部或部分代替新砂用于粘土砂中；对覆膜砂造型线用的旧砂或冷芯盒砂芯等旧砂，则采用热法再生，在700。800oC高温下烧掉树脂膜，再生后的砂可代替新砂分别应用于覆膜砂和冷芯盒砂。基于此，本文主要对砂型铸造旧砂再生技术进行分析探讨。
关键词：砂型铸造；旧砂再生技术；实践
1、前言
近年来，中国铸造产量持续世界排名第一，当前，我国每生产1t合格铸件，要排放旧砂1t以上，可见，旧砂是一项巨大的浪费，同时，旧砂中含有包括苯类物质、呋喃、NaOH、KOH等大量污染物，会随着雨水流入地表不断渗入地下，污染地下水，给人类的生产、生活造成潜在的危害。随着世界各国对环保的重视，旧砂的排放受到严格限制。旧砂再生利用是铸造业发展的必然趋势，笔者针对砂型铸造产生废砂的再生问题进行探讨。
2、旧砂再生技术的发展
铸造产生的旧砂可分为3部分：树脂砂（包括制芯用的树脂砂）、湿型粘土砂、造型后的旧砂（包括树脂砂和粘土砂）。对于单一的树脂砂，其再生利用方式较为简单，采用“热法焙烧+筛分（除尘）”即可。目前，最大量的旧砂为混合砂（粘土砂+树脂砂），其再生的方式、成本及效率是目前研究的重点，图1是混合旧砂再生的一般工艺流程。
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图1旧砂再生一般流程
根据旧砂再生后的应用情况，可以将再生方法分为机械法再生、热法再生和热法+机械法再生3种。
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图2机械法再生砂设备原理图
2.1机械法再生
以欧洲GEMCO公司的机械法再生为例，机械法再生的设备原理如图2所示，其再生设备及其内部结构如图3、图4所示，该设备的工作原理是通过外给料轮与内非金属摩擦轮逆向旋转对旧砂进行研磨，其中摩擦轮寿命为4320h。以CLEANERS075为例，每批次处理旧砂750kg，再生时间约为25~30min（根据再生砂的情况而定），每天可以处理旧砂30t，再生砂回收率约为87%。
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图4机械法再生设备内部结构（转轮和磨轮）
再生砂可以作为新砂加入到型砂中用于制芯。在制芯时，新旧砂配比为：70%~80%再生砂+20%~30%新砂。单纯的机械法再生的缺点为：再生的效率比较低，对砂粒的磨损和破坏程度高，再生后产生的粉尘和细砂粒中有机成分仍然存在，无法实现无害化排放；优点是旧砂再生的设备简单，占地面积小，成本比较低。
2.2热法焙烧+机械法
旧砂再生的热法研究开展较早，在日本、美国都有应用。对于树脂砂，采用热法焙烧可实现旧砂的再生，其各项指标在某些程度上优于新砂；对于混合旧砂（芯砂+粘土砂），采用“热法+机械法”再生，目前也取得了一些进展。
粘土旧砂再生前的酸耗值较高，对冷芯树脂影响很大，这部分砂再生时不仅要降低酸耗值，还要去除附着在砂粒表面的氧化物。热法焙烧的作用在于：通过焙烧，不仅将旧砂中的有机物燃烧掉，还可将砂粒表面粘附的粘土“脆化”，便于之后的机械法去除。
焙烧时要控制好温度，避免在焙烧过程中使砂粒表面“陶瓷化”。热法焙烧的关键在于焙烧炉，这也是控制热法再生砂成本的重点，再生砂的焙烧炉大体分为溢流型焙烧炉和贯流型焙烧炉。目前的旧砂再生系统实现了旧砂集中处理、管道送料、扬尘控制；焙烧炉节能高效，实现了远程在线监控；再生过程对废气进行了控制，余热还可再利用；处理过程中产生的粉尘及细料还可用作建筑材料。美国某公司的热法再生设备，废砂由一个速度可变的低速给料器送进热砂再生炉后进行煅烧，温度在732~899℃，最后的处理温度取决于铸造废砂的特性。焙烧后的砂经冷却-擦洗-筛分（除尘）后，成为再生砂。湿法再生是最早应用于实际生产的再生方法，适用于水溶性粘结剂旧砂的再生，通过水力冲洗及在冲洗过程中砂粒间及砂粒和设备间的搓擦和碰撞，去除砂粒表面的粘结剂膜，以达到旧砂再生的目的。对于采用水溶性粘结剂的旧砂，如水玻璃粘结剂旧砂或粘土砂旧砂，采用湿法再生效果较好，微粉及水溶性附着物去除率高，砂粒破碎损失少，可以获得质量近似于新砂的再生砂，是一种很好的旧砂完全再生方法。但其缺点是砂需要干燥，同时需附加一套污水处理装置，设备比较庞大，基建投资和运行费用高，而且污水、污泥处理比较麻烦，随着铸造工艺和技术的发展，这种再生方法已很少被采用。
3、水玻璃旧砂应用
水玻璃旧砂具有以下特点：砂粒上的残留黏结膜在高温浇注后不能燃烧分解，残留水玻璃、盐等具有很强的吸湿性、可溶于水。这些残留的水玻璃、残留酯、盐等对再生砂的性能（强度、可使用时间等)具有巨大影响。水玻璃旧砂颗粒表面上的残留物在结构、成分及其特性方面与水玻璃硬化机理和浇注过程受热情况有很大关系。一般认为，水玻璃硬化后的砂粒表面包裹着黏结膜壳，膜壳为两层；研究发现水玻璃砂加热超过200℃以上冷却后，以硅酸钠晶体及大量非晶态硅酸钠的形式存在，熔融水玻璃冷却时在石英表面结晶，使之熔合为一体，导致水玻璃砂结块。事实上，水玻璃砂反复再生使用后可形成多层壳。电镜分析表明在CO2法中，水玻璃砂粒表面碳酸钠盐呈花草状存在于砂粒表面，强度决定于脱水水玻璃膜的点桥连接。在酯硬化法中，反应产物醋酸钠盐晶呈杆状，它同时存在于砂粒表面和水玻璃膜内部。
旧砂再生回用取决于盐类晶体的去除程度，硬化后水玻璃旧砂在不同受热条件下变化和相应工艺措施的合理性。水玻璃砂在经历了不同的硬化工艺和热历程后，残留黏结剂膜的结构和性能有着较大不同，必然导致其再生性能的差异和对不同再生方法的适应性。现有的再生方法主要有干法、湿法和化学法，以及在这些方法的基础上出现的改进方法或联合再生方法。
公开号CN101820759.A[44]公开了一种水玻璃旧砂回转振动研磨湿式再生机，每吨砂再生用水量由2t~3t降低到1t~1.5t。公开号CN102527929A公开了一种水玻璃旧砂蒸淋再生方法，处理过程用水量少于处理砂量的1/5，氧化钠含量低于0.25％，还可以有效清除砂中的凝胶膜，脱膜率达90％以上。但该方法能耗较高，阻碍了其推广应用，还有待深入研究。
4、结束语
对于单纯的树脂砂再生，方法比较简单。对于大多数铸造企业来说，解决混合型旧砂的再生问题是当务之急，采用热法+机械法再生混合旧砂，将是铸造企业发展的必由之路。铸造企业的旧砂再生问题，不仅是资源再利用问题，也是环保问题。目前，铸造旧砂再生的成本较高，是旧砂再生项目在中国开展的最大障碍，但随着我国对环保和资源利用的重视程度的增大，铸造旧砂再生技术将会逐步得到推广和应用。
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