铸造废砂再生利用技术实现高效资源回收

我国铸造生产过程的废砂，除了很少部分不经再生而直接用于背砂外，大部分作为废弃物排放，而发达国家基本上全部回收利用。废砂的大量排放，一方面造成大量有限优质原砂资源的浪费，不得不大规模地开采砂矿来补充铸造所用的新砂的需求，直接造成山体、海滩、河道等自然生态环境不同程度破坏；而另一方面，废砂中含有大量的二英、呋喃、甲醛、苯酚、水玻璃等有害物质，不仅造成土壤、水质、大气的严重污染，也对人的工作环境和生活环境构成严重威胁。随着国家对环境保护治理力度的日益加大，旧砂再生循环利用已成为铸造生产中迫切要求发展的技术。铸造废砂表面包覆着粘结剂膜，废砂再生就是要有效地去除包覆在砂粒表面的粘结剂膜，废砂再生的基本方法主要有干法再生、湿法再生和热法再生，以及上述三种方法的组合。

干法再生就是通过撞击与摩擦将砂粒表面粘结剂膜去除。砂粒的粘结剂膜去除过程有两种形式：破裂和剥离。同时由于砂粒之间存在碰撞和搓擦，还可能磨掉砂粒表面的突出部分，实现砂粒圆整。当在外力的作用下，砂粒表面粘结剂膜受到的能量足以克服其附着能及内能之和时，将导致粘结剂膜破裂，使其从砂粒表面去除。干法再生主要通过碰撞和搓擦两种方式完成。碰撞再生是砂粒通过多次与撞击板撞击破坏砂粒和粘结剂膜之间的附着力，将粘结剂膜去除，一般用于粘结剂和砂粒之间的粘结力相对较低的脆性膜。搓擦再生是砂粒与砂粒产生相对滑动，与碰撞单一点的作用不同，而是沿线或面接触，对粘结剂的去除更快，也是以脆性粘结剂膜为宜。在采用干法再生设备进行再生时，一般都是将撞击或搓擦再生运用结合。干法再生设备包括离心式再生机、振动式破碎再生机、螺旋振动再生设备、多功能振动再生机等。

湿法再生是利用水或溶剂将砂粒表面可溶性粘结剂溶解，实现废砂再生，可用于再生黏土砂和水玻璃砂。湿法再生过程包括水洗、擦洗、废砂烘干、废水以及废气的处理等。湿法再生效果受到溶剂的温度、浓度及流动等的影响，而且产生大量废水，造成二次污染，废液的处理也制约了湿法再生的应用。湿法再生设备由储料斗、螺旋给料机、擦洗室、水泵、液力旋流器、振动分水器、离心脱水机以及流态床等组成，废砂通过擦洗、分离、清洗、脱水以及干燥等完成再生，同时再生产生的污水需要处理。

热法再生是通过加热使含氢、碳、硫、氮的有机粘结剂燃烧从而获得废砂再生。由于砂子是固体颗粒物料，使砂子处于流态化状态可以获得最佳传热效果，传热方式包括对流换热、辐射传热和热传导，其中以对流换热为主。热法再生可以降低砂子的急热膨胀性以及发气性，使砂子表面更洁净、粒形更圆整，进一步提高了再生砂的铸造工艺性能。此外，低温加热脆化法是采用低温加热使塑性粘结剂膜变脆，使其适于干法再生去除。加热脆化与热法再生不同，不是通过加热去除粘结膜，而是使粘结膜脆化，所以加热温度低，粘结剂是在脆化后干法再生去除的，目前已广泛应用于黏土砂及水玻璃砂的废砂再生。热法再生设备是在机械再生的基础上通过焙烧炉，将进入的分离杂质后的废砂加热去除残留的有机粘结剂膜。高效流态化焙烧炉能够有效提高废砂热法再生的热利用率。

混合型铸造废砂可以通过上述几种再生方式组合实现废砂的再生循环利用。广西玉柴机器股份有限公司铸造厂每年排放铸造废砂约15万t，随着铸造中心二期项目建成投产，每年废砂排放量将超过25万t。广西玉柴机器股份有限公司采用机械再生和热法再生组合工艺，工艺过程如下：

（1）前处理。废砂在密闭室内进行破碎、筛分、磁选、风选得到预处理废砂，浮尘通过脉冲除尘器收集。(www.xing528.com)

（2）机械再生。预处理废砂经过多缸串联柔性机械擦洗去除表面残留的惰性膜，并在FA型砂除膜剂和CS型砂改良剂辅助作用下恢复其原貌，然后进行砂液分离脱水，脱出水和擦洗用水经絮凝、沉降、分离污泥后过滤循环使用，含水污泥经压滤后和脉冲除尘器收集的细粉通过螺旋混合器混合湿润（以防止细粉搬运扬尘）后进入细粉贮罐，细粉含大量煤粉可供水泥、制砖外掺料及其他铸造厂作代用煤粉使用。

（3）热法再生。脱水后的湿砂进入太阳能、地热能烘干房进行烘干，后进入天然气焙烧系统进行低温焙烧。

（4）冷却、贮存。经焙烧的再生砂进入冷却系统冷却，冷却系统余热回供烘干系统重复利用，经冷却的合格再生砂密闭风送至成品罐贮存、回用。

主要用到的机械设备及设施包括破碎机、筛分机、磁选机、脉冲除尘机组、机械再生擦洗线、回用水处理系统、烘干线、焙烧线、冷却机组、余热回收系统、气体输送系统、带式及斗提输送系统、贮罐等。

广西玉柴机器股份有限公司采用铸造废砂再生循环利用技术以后，不仅能够年处理废砂25万t，年产再生砂20万t；还能年产副产品5万t微细粉污泥（代煤粉）。这种微细粉污泥（代煤粉）富含25%～35%的有效精煤和30%～40%的活性黏土，可被水泥厂、砖厂、小型铸造厂等市场利用，可为他们节约煤及黏土使用量，降低了他们的制造成本，真正做到了变废为宝，使得铸造废砂再生循环利用率达100%。