1.本技术涉及一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂及其制备方法，属于铸造造型材料技术领域。


背景技术：

2.我国铸件产量约占世界铸件产量的50％以上，其中80％铸件采用砂型铸造生产。铸件生产成本的70％左右、铸件质量问题的50％以上，都与造型材料有关。目前国内外广泛使用的煤粉黏土砂铸造，在旧砂中添加一部分新砂，然后与膨润土、煤粉混制而成，直接使用膨润土、煤粉与原砂配制的型砂强度低、韧性差，并且新砂、膨润土和煤粉的加入量大，旧砂回用率低，废砂排放量大。虽然这种铸造方法的材料成本低、防粘砂效果较好、生产效率高，但消耗量大、黑色污染严重。煤粉质量稳定性差，易扬尘，严重恶化劳动条件和环境卫生；煤粉在浇注时会发出难闻的气味，冒出大量浓烟，烟气中含有大量二噁英等有害气体，对人体的危害很大。铸造作为工业发展的基础产业，能源消耗和环境污染也是国家治理的重点。环保部制定《铸造工业大气污染物排放标准》详细规定了铸造工业大气污染物排放限值、监测和监督管理要求。中国铸造协会已经制定颁布了团体标准《铸造行业大气污染物排放限值》，对破坏资源、高污染、高能耗的铸造企业实施关闭。传统铸造材料很难满足排放节能要求，导致大量铸造企业被限产、停产。
3.随着铸造领域的迅速发展，煤粉黏土砂已经不适应铸造工业科学发展的需要和当前降耗减排的环境保护政策。所以，近些年，为了减少煤粉黏土砂对环境的污染，铸造工作者一直设法寻找合适的代用品。经过长期的探索和大量的试验，本技术提出了一种既能提高型砂性能又能降低铸造过程中废砂、废气排放的型砂配方。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂及其制备方法，该型砂中不添加煤粉，钠基膨润土和电炉熔炼粉尘协同作用，提高黏土胶体的粘附能力，废旧轮胎胶粉的加入提高了型砂的强度，铸造过程减少了废砂、废气排放，符合节能减排要求。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土5-7wt％，α
–
淀粉0.2-1wt％，活性炭1-2wt％，兰炭0.2-1wt％，电炉熔炼粉尘0.1-0.4wt％，废旧轮胎胶粉1-4wt％，水2.8-4.0wt％，其余为硅砂。
7.优选地，该型砂包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土6wt％，α
–
淀粉0.6wt％，活性炭1.5wt％，兰炭0.6wt％，电炉熔炼粉尘0.3wt％，废旧轮胎胶粉3wt％，水3.4wt％，其余为硅砂。
8.优选地，所述钠基膨润土质量的95wt％以上通过200目筛孔，胶质价大于99ml/15g。
9.优选地，所述α
–
淀粉质量的95wt％以上通过100目筛孔，糊化度大于96％。
10.优选地，所述活性炭质量的95wt％以上通过200目筛孔，活性炭中固定碳含量大于75wt％。
11.优选地，所述兰炭质量的95wt％以上通过140目筛孔，兰炭中固定碳含量大于75wt％。
12.优选地，所述电炉熔炼粉尘包括以下质量百分比的组分：fe3o
4 15-30wt％，zr3o 5-10wt％，zno 20-30wt％，zncutio
4 10-20wt％和fe2zno
4 10-20wt％。
13.优选地，所述废旧轮胎胶粉质量的95wt％以上通过140目筛孔，所述废旧轮胎胶粉包括以下质量百分比的组分：30-40wt％炭黑和60-70wt％橡胶。
14.根据本技术的另一个方面，提供了一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂的制备方法，包括如下步骤：
15.(1)将硅砂投入混砂机，加水预混5-10s；
16.(2)在所述混砂机中加入活性炭、兰炭、电炉熔炼粉尘、废旧轮胎胶粉混制5-10s；
17.(3)再在所述混砂机中加入钠基膨润土、α
–
淀粉充分混制，即得所述降低污染排放的湿型铸造黏土型砂。
18.根据本技术的又一个方面，提供了一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂的制备方法，包括如下步骤：
19.(1)将活性炭、兰炭、电炉熔炼粉尘、废旧轮胎胶粉、钠基膨润土、α
–
淀粉加入混砂机搅拌均匀；
20.(2)再将硅砂加入所述混砂机混合；
21.(3)在所述混砂机加水预混5-10s即得所述降低污染排放的湿型铸造黏土型砂。
22.本技术的有益效果包括但不限于：
23.1.本技术的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂中不添加煤粉，铸造过程降低了废砂、废气排放，绿色环保，节能减排；钠基膨润土和电炉熔炼粉尘协同作用，提高黏土胶体的粘附能力；废旧轮胎胶粉的加入提高了型砂的强度，节约资源，降低了铸造成本；通过各组分合理的配比，使得制备的型砂性能优异，采用该型砂生产的铸件表面光洁度和成品率均较高。
24.2.本技术的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂中，α
–
淀粉不仅可以提高型砂的热湿拉强度，铸型表面的α
–
淀粉燃烧后产生空隙，可以缓冲硅砂受热膨胀，大大提高型砂的抗夹砂能力；α
–
淀粉能够降低型砂与模样之间摩擦，提高型砂的起模性；α
–
淀粉明显降低湿型砂对水份的敏感性，减少型砂的含水量和提高型砂的紧实率，提高型砂的抗风干能力，减少铸件冲砂缺陷。
25.3.本技术的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂中含有活性炭，将活性炭混入型砂，可以改善型砂性能，并在浇注时吸收铸造废气，活性炭强大的吸附性可以在铸造废气排出铸型前就将其吸收，彻底解决工厂废气污染的的问题；活性炭还具有良好耐酸碱、耐热性和化学稳定性，孔隙结构发达，加入型砂后提升型砂的透气性，从而降低铸件表面粗糙和粘砂缺陷。兰炭和活性炭配合使用，可以吸附铸造过程中产生的所有烟尘。
26.4.本技术的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，电炉熔炼粉尘中的主要成分fe3o4能够进入活性碳和兰炭层中，提高其吸附性能；纳米四氧化三铁颗粒和膨润土颗粒之间协
同作用，增加了膨润土胶团的接触面，大幅度提高了黏土胶体的粘附能力；纳米四氧化三铁颗粒还能够提高α
–
淀粉的分散性能，增加型砂的强度均匀性；纳米zr3o颗粒不但能够提高膨润土的颗粒分散度和粘结性能，还能够提高型砂的高温强度和热湿拉强度。少量的氧化锌粉不但可以提高膨润土的活性，还可以吸附浇注时产生的二氧化硫；纳米zncutio4和fe2zno4能够促进烟气中甲醛、酚类、co等氧化，产生无害气体。
27.5、本技术的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，废旧轮胎胶粉中炭黑在400℃以上加热发生分解时，产生气体可以防止铸件粘砂，提高铸件表面光洁度，分解吸热，提高铸型的冷却速度；炭黑粒子间聚成链状或葡萄状，具有微晶结构，容易形成空间网络通道，不但可以吸附湿型黏土砂加热过程产生的有机油状物质，还能提高型砂的导热性，使铸件冷却速度加快；另外，炭黑与高聚物组成共混体系，极性大，能够提高型砂的强度。
具体实施方式
28.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
29.下述实施例和对比例中，钠基膨润土质量的95wt％以上通过200目筛孔，胶质价大于99ml/15g；α
–
淀粉质量的95wt％以上通过100目筛孔，糊化度大于96％；活性炭质量的95wt％以上通过200目筛孔，活性炭中固定碳含量大于75wt％；兰炭质量的95wt％以上通过140目筛孔，兰炭中固定碳含量大于75wt％；电炉熔炼粉尘包括以下质量百分比的组分：fe3o
4 23wt％，zr3o 8wt％，zno 25wt％，zncutio
4 15wt％和fe2zno
4 15wt％。
30.实施例1
31.一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土5wt％，α
–
淀粉0.2wt％，活性炭1wt％，兰炭0.2wt％，电炉熔炼粉尘0.1wt％，废旧轮胎胶粉1wt％，水2.8wt％，其余为硅砂。
32.该降低污染排放的湿型铸造黏土型砂通过如下方法制备得到：
33.(1)将活性炭、兰炭、电炉熔炼粉尘、废旧轮胎胶粉、钠基膨润土、α
–
淀粉加入混砂机搅拌均匀；
34.(2)再将硅砂加入混砂机混合；
35.(3)在混砂机加水预混5-10s即得降低污染排放的湿型铸造黏土型砂。
36.实施例2
37.一种降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土5.5wt％，α
–
淀粉0.4wt％，活性炭1.2wt％，兰炭0.4wt％，电炉熔炼粉尘0.2wt％，废旧轮胎胶粉2wt％，水3wt％，其余为硅砂。
38.该降低污染排放的湿型铸造黏土型砂通过如下方法制备得到：
39.(1)将硅砂投入混砂机，加水预混5-10s；
40.(2)在混砂机中加入活性炭、兰炭、电炉熔炼粉尘、废旧轮胎胶粉混制5-10s；
41.(3)再在混砂机中加入钠基膨润土、α
–
淀粉充分混制，即得降低污染排放的湿型铸造黏土型砂。
42.实施例3
43.与实施例1的不同之处在于：该降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土6wt％，α
–
淀粉0.6wt％，活性炭1.5wt％，兰炭0.6wt％，电炉熔炼
粉尘0.3wt％，废旧轮胎胶粉3wt％，水3.4wt％，其余为硅砂。
44.实施例4
45.与实施例2的不同之处在于：该降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土6.5wt％，α
–
淀粉0.8wt％，活性炭1.8wt％，兰炭0.8wt％，电炉熔炼粉尘0.3wt％，废旧轮胎胶粉3wt％，水3.7wt％，其余为硅砂。
46.实施例5
47.与实施例1的不同之处在于：该降低污染排放的湿型铸造黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：钠基膨润土7wt％，α
–
淀粉1wt％，活性炭2wt％，兰炭1wt％，电炉熔炼粉尘0.4wt％，废旧轮胎胶粉4wt％，水4.0wt％，其余为硅砂。
48.对比例1
49.一种煤粉黏土型砂，包括以下质量百分比的组分：硅砂88.4wt％、钠基膨润土5.9wt％、煤粉2.7wt％、水3wt％。
50.该煤粉黏土型砂通过如下方法制备得到：将硅砂、钠基膨润土和煤粉投入混砂机，加水混制10-20s，即得煤粉黏土型砂。
51.对实施例1-5的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂和对比例1的煤粉黏土型砂的性能进行测试，结果如表1所示。
52.表1
53.型砂紧实率/％透气性湿压强度/kpa热湿拉强度/kpa实施例14012012830实施例24312913334实施例34513113535实施例44212513132实施例54112213031对比例13710212025
54.由表1可知，与对比例1的煤粉黏土型砂相比，实施例1-5的降低污染排放的湿型铸造黏土型砂的紧实率、强度、透气性和铸造性能更优，使得该型砂生产的铸件表面光洁度高，在保证型砂强度的前提下增加了透气性，降低了铸件气孔缺陷，增加了成品合格率。
55.应用例
56.采用实施例3的型砂和对比例1的型砂造型后浇注灰铸铁零件，分别测量浇注湿的烟尘排放量。对比例1型砂的铸型，每千克型砂烟尘排放量为1655mg；实施例3型砂的铸型，每千克型砂烟尘排放量为632mg。经6个月反复使用，对比例1型砂中产生大量废砂，并需加入相同质量的新砂，实施例3型砂中没有废砂排放，也不需添加新砂。
57.以上所述，仅为本技术的实施例而已，本技术的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本技术的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。