吳 劍

（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)室，江蘇江陰 214400）

0 引言

近年來，在鑄造砂處理工藝設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常有客戶咨詢水玻璃舊砂的再生處理問題。當(dāng)談到采用濕法再生處理時(shí)，又擔(dān)心污水處理工序。

前幾年，研究設(shè)計(jì)的一條廢舊砂濕法再生的生產(chǎn)線。應(yīng)用了干法、濕法和烘干的聯(lián)合再生處理工藝，為企業(yè)解決了長期存在的問題（廢舊砂的去向）。技改投資不大，回收處理效果明顯，主體上清理了工況場地、增加了空間利用、回用砂集約入庫，改善了環(huán)境。

顯然，從鑄造產(chǎn)業(yè)綜合效益來講，水玻璃砂的舊砂再生是生產(chǎn)全過程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。在工藝措施上可采用在線再生或離線再生。整個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)在：原砂資源的再利用，廢棄物排放的減少和改善作業(yè)環(huán)境等，是一種符合可持續(xù)發(fā)展的綠色鑄造工藝[1]。

1 水玻璃的性質(zhì)

水玻璃是水溶性的硅酸鹽（常用硅酸鈉）。鑄造工藝中添加某種的表面活性劑而形成流態(tài)化自硬水玻璃砂。水玻璃砂鑄造工藝在鑄鋼、鑄鐵、有色金屬鑄造中廣泛應(yīng)用。

硅酸鈉本身是一種弱酸強(qiáng)堿的生成物，在水解時(shí)與H+結(jié)合成離解度小的H2SiO3、H2Si2O5等分子，使溶液中出現(xiàn)多余的OH-離子，使之呈堿性。

水玻璃的堿度大小與其模數(shù)有關(guān)，常用水玻璃的pH 值在10～13 之間。

水玻璃舊砂回用宜采用濕法處理比較實(shí)用。濕法再生就是將舊砂用水浴沖洗，使水玻璃薄膜中的堿和硅膠在水浴中溶解、分解。如果適當(dāng)提高水溫、或帶弱酸性，其再生效果更好。

由于水玻璃舊砂的再生性能與原砂還存在一定差距，必須對回用量進(jìn)行控制，一般不超過50%[2，3]。

2 水玻璃砂舊砂處理方法

水玻璃砂舊砂，如果采用干法再生處理，再生效果不好，膠質(zhì)狀的水玻璃不宜脫膜，不是合理的再生方法；如果采用熱法再生處理，焙燒爐的焙燒溫度需要很高，成本太大，后續(xù)處理工藝復(fù)雜，不是理想的再生方法；而采用濕法再生處理，針對它的性狀通過水浴搓磨達(dá)到水玻璃溶解、松散、脫膜，凈化而實(shí)現(xiàn)砂再生，工藝不是很復(fù)雜，處理規(guī)模較大時(shí)，是比較理想的再生方法[3]。濕法再生的三個(gè)重點(diǎn)要素：水浴沖洗、脫水烘干、污水處理，而污水處理是一個(gè)難題（環(huán)保要求、不宜直接排放）。

3 工藝方案與核心設(shè)備

水玻璃舊砂的再生，采用獨(dú)立的、離線濕法再生處理工藝，并考慮舊砂來源的復(fù)雜性。通過濕法、烘干的綜合再生處理，使再生砂應(yīng)用指標(biāo)達(dá)到品質(zhì)合格的常規(guī)要求。

3.1 工藝流程

再生處理的工藝流程：對水玻璃舊砂先進(jìn)行破碎、磁選、篩選（控制顆粒度、去鐵雜物），再經(jīng)滾筒水浴浸泡、搓磨水洗（水解、脫膜、控制pH 值），脫水烘干（控制含水率）和凈化、冷卻的過程。

水浴浸泡的作用，是便于水玻璃溶解，不是單純的水洗。

設(shè)計(jì)產(chǎn)能20t/h 舊砂濕法再生工藝單元，其工藝流程設(shè)計(jì)：舊砂預(yù)處理（破碎機(jī)、輸送機(jī)、磁選機(jī)、提升機(jī)）進(jìn)入滾筒搓磨水洗機(jī)，經(jīng)搓磨水洗后負(fù)壓脫水，再進(jìn)入快速立式烘干爐（電加熱），再經(jīng)冷卻處理和第二道磁選機(jī)后提升入庫。單元的核心設(shè)備是滾筒搓磨水洗機(jī)。

整個(gè)工藝流程配置組合布袋除塵系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的離線再生單元。水洗過程排放的污水通過污水處理池進(jìn)行集中化學(xué)中和處理，形成循環(huán)水回用，避免二次水污染[4]。

3.2 滾筒搓磨水洗機(jī)

滾筒搓磨水洗機(jī)是一種臥式滾筒體配置、軸向葉片攪拌的水洗設(shè)備（水浴功能），是集搓磨攪拌、定向輸送和冷卻（需要冷卻時(shí)）多道工序?yàn)橐惑w的砂再生設(shè)備。更適合水玻璃舊砂的水洗再生處理。

滾筒搓磨水洗機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，其動力驅(qū)動穩(wěn)定性好。在實(shí)際應(yīng)用中，滾筒搓磨水洗機(jī)空載時(shí)的噪音低于80dB（A）（樣機(jī)檢測結(jié)果）。

滾筒與攪拌主軸的轉(zhuǎn)動方向相反，可有效利用主軸上導(dǎo)向葉片（弧形）對砂料的搓磨攪拌，螺旋形導(dǎo)向，達(dá)到輸送、清洗的效果。砂料進(jìn)入筒體后、同時(shí)進(jìn)入大量循環(huán)水水浴浸泡沖洗。并實(shí)現(xiàn)對砂料的切向?qū)α骱痛昴嚢瑁傲虾械男☆w粒團(tuán)塊不影響水洗過程。

采用常溫循環(huán)水在筒體內(nèi)攪拌水洗，對熱舊砂有冷卻的作用。蒸發(fā)熱氣流隨除塵系統(tǒng)排放（設(shè)置除塵罩），不影響生產(chǎn)環(huán)境。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)：

滾筒體直徑：?1400 mm；滾筒轉(zhuǎn)動速度：9.11 r/min；滾筒驅(qū)動功率：11kW；攪拌筒體直徑：?1200 mm；攪拌筒轉(zhuǎn)動速度：27.71r/min；攪拌驅(qū)動功率：15kW；生產(chǎn)能力：10～20t/h。

4 再生砂的脫水

在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，滾筒搓磨水洗機(jī)是必須的常用設(shè)備，經(jīng)搓磨水洗的濕砂首先進(jìn)行脫水（砂水分離），然后是烘干。

圖1 滾筒搓磨水洗機(jī)

脫水的方法通常采用：

（1）脫水池自然環(huán)境脫水（自然沉降法）：在現(xiàn)場設(shè)置一個(gè)脫水池，底部采用過濾網(wǎng)板重力降水過濾。其工藝簡單、成本低，但消耗時(shí)間比較長，脫水率不是很高。（2）脫水桶離心脫水：采用離心機(jī)離心脫水，間斷性工作，其脫水能力有限，小規(guī)模生產(chǎn)可以采用（一般在選礦洗礦中應(yīng)用）。（3）真空脫水：利用真空原理，進(jìn)行負(fù)壓脫水。

例如，設(shè)計(jì)應(yīng)用的一種振動輸送機(jī)，利用振動輸送過程進(jìn)行負(fù)壓脫水，輸送槽面局部采用過濾篩網(wǎng)（高密度），底部真空負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫水輸送的工作狀態(tài)。砂脫水后即進(jìn)入舊砂烘干流程，而水（污水）引流到沉淀池，工藝上并不復(fù)雜。

還有一種真空皮帶輸送機(jī)的脫水工藝，砂脫水后即進(jìn)入烘干工藝。

5 污水處理與水循環(huán)系統(tǒng)

應(yīng)用滾筒搓磨水洗機(jī)的供水壓力選擇150～250kPa，可滿足滾筒水浴的應(yīng)用要求（有浸泡時(shí)間）。連接水循環(huán)處理系統(tǒng)（含有冷卻塔和補(bǔ)水管路）充分利用循環(huán)水回用。

5.1 污水沉淀與回用

水洗后的污水沉淀、回用是利用四個(gè)相連的沉淀池（設(shè)計(jì)二個(gè)沉淀池、一個(gè)凈化池、一個(gè)清水池）。污水進(jìn)入第一沉淀池，比重較大的泥沙先沉淀，而溢流到第二沉淀池的泥砂大部分在池中沉淀。由于沉淀污水是堿性水溶液，必須進(jìn)行凈化檢測和化學(xué)中和處理（模數(shù)不同的水玻璃，酸堿度不同，注意檢測）。

沉淀池的沉淀物一般以細(xì)砂為主，還有未溶解的惰性膜成分以及其他雜物，應(yīng)進(jìn)行有效的環(huán)保處理。

5.2 水循環(huán)系統(tǒng)

圖2 水循環(huán)污水處理沉淀池

二道沉淀池（水容量約18m3/個(gè)）為污水二次溢流過渡的泥砂在池中沉淀、并處理浮沫（膠質(zhì)物）。可以設(shè)置污水?dāng)嚢柩b置，達(dá)到快速沉淀的目的。當(dāng)過程回流到凈化池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行pH 值檢測，控制酸堿平衡。

水冷卻不是重點(diǎn)，可以在冷卻塔循環(huán)過程中實(shí)現(xiàn)。

凈化池為化學(xué)中和處理池，檢測調(diào)整水質(zhì)的酸堿度（pH 值）。凈化后補(bǔ)水，溢流到清水池提升進(jìn)入冷卻水塔，并回用。

在自然環(huán)境下，陽光和雨水的外來?xiàng)l件是污水凈化的有利因素。雨水可以補(bǔ)充清水池水源，陽光可以進(jìn)一步凈化水質(zhì)。清水池的溢流水可以向地溝排放（可以檢測pH 值、符合排放標(biāo)準(zhǔn)，即可排放）。

6 結(jié)束語

由于環(huán)保要求和原砂資源問題的突顯，直接影響鑄造產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展的前景。所以，必須重視舊砂再生的重要性、必要性。重視綠色環(huán)保、資源再利用的創(chuàng)新發(fā)展理念。舊砂再生永遠(yuǎn)是鑄造業(yè)的研究課題。上述水玻璃舊砂的濕法再生工藝設(shè)計(jì)供鑄造企業(yè)參考。