水玻璃再生砂的性能特征分析

再生砂与新砂的主要区别在于，再生砂粒上带有残留的黏结剂。由于再生原理及去膜效果的不同，水玻璃旧砂经干法再生或湿法再生后，所获得的干法再生砂或湿法再生砂，其砂粒上残留黏结剂含量有较大的不同，从而使得不同再生砂的性能特征与新砂有很大的不同。下面以酯硬化水玻璃再生砂为例，介绍其干法再生砂、湿法再生砂与新砂性能的区别。

1.吸湿性

将浇注后的酯硬化水玻璃旧砂块振动破碎成砂粒，然后经干法再生设备或湿法再生设备的再生分别获得干法再生砂样与湿法再生砂样，砂样中的（可溶性）残留Na₂O及不同再生方法的除膜率如表3-8所示。

将表3-8中的砂样在恒湿瓶中（相对湿度为98％～100％）测其吸湿率，结果如图3-24所示。吸湿率＝［（存放后砂样重量－存放前砂样重量）／存放前砂样重量］×100％。

表3-8 砂样的残留Na₂O及不同再生方法的除膜率

　　从图3-24可知，砂样的吸湿率与其中残留Na₂O含量的多少有直接关系。新砂中没有残留Na₂O，所以吸湿率很低；湿法再生砂中的残留Na₂O较少，其吸湿率较低；旧砂和干法再生砂中的残留Na₂O含量较高，故它们的吸湿率较高。

在潮湿的气候条件下，水玻璃旧砂的吸湿性对旧砂的干法再生的效果具有很大的影响，这也是干法再生水玻璃旧砂前，通常要对旧砂进行加热脱湿的主要原因。

图3-24 几种砂样的吸湿率

1—新砂 2—湿法再生砂3—干法再生砂 4—旧砂

2.可使用时间

由于残留酯和残留水玻璃的影响，酯硬化水玻璃再生砂的可使用时间缩短（硬化速度加快），且与新砂和湿法再生砂相比，干法再生砂的可使用时间较大地缩短，如表3-9所示。降低再黏结水玻璃的模数可以提高干法再生砂的可使用时间如表3-10所示。降低有机酯的加入量，使用慢硬化酯等也有延长干法再生砂可使用时间的作用。

表3-9 几种砂样的可使用时间

表3-10 水玻璃模数对干法再生砂可使用时间的影响

注：温度24℃，相对湿度92％，质量分数为4％的水玻璃，质量分数为0.4％的1＃酯

除采用低模数水玻璃外，干法再生前对水玻璃旧砂进行320℃以上的加热可以较大地提高干法再生砂的可使用时间，如表3-11所示。其主要原因是，水玻璃旧砂受热温度大于300℃以后，旧砂中残留酯受热分解，残留水玻璃中的结晶水也受热挥发，从而大大降低了残留酯和残留水玻璃对干法再生砂可使用时间的影响，使得干法再生砂的可使用时间较大地提高。

表3-11 不同受热温度的旧砂，其干法再生砂的可使用时间变化

注：温度27℃，相对湿度87％，质量分数为4％的水玻璃（m＝2.5，波美度＝46°Be′），质量分数为0.4％的1＃酯。(www.xing528.com)

酯硬化水玻璃干法再生砂可使用时间的缩短，还可以从酯硬化水玻璃砂的硬化机理上得到解释。因为酯硬化水玻璃砂的硬化反应通常被认为分两步进行首先有机酯在水玻璃的碱性作用下水解成相应的酸或醇；然后有机酯水解生成的酸与水玻璃作用，析出硅胶，硅胶失水而形成凝胶。其中硬化速度更多地取决于有机酯的水解速度。而干法再生砂中的残留黏结剂含量较多，且具有较强的吸湿性和强碱性，故有利于有机酯的水解过程，甚至在新的有机酯和水玻璃加入前，干法再生砂中的残留酯已经完成了硬化反应的第一步（水解反应），故较大地提高了干法再生水玻璃砂的酯硬化速度。

3.再生砂的黏结强度

再生砂的黏结（抗压）强度与所采用的水玻璃的模数有很大关系，如图3-25、图3-26所示。水玻璃的模数越高，其强度越低。

图3-25 模数m＝2.83、波美度＝42°Be时的几种砂样的硬化曲线

1—新砂 2—湿法再生砂 3—干法再生砂

图3-26 模数m＝2.25、波美度＝50°Be时的几种砂样的硬化曲线

1—新砂 2—湿法再生砂 3—干法再生砂

　　干法再生前对水玻璃旧砂进行320℃以上的加热，不仅可以较大地延长干法再生砂的可使用时间，还可以较大地提高干法再生砂的黏结（抗压）强度，如图3-27所示。

4.再生砂循环使用后的溃散性

虽然受热温度大于320℃的干法再生砂，可以满足可使用时间和黏结强度的要求，但实践和研究的结果都表明，随着循环次数的增加，再生砂的溃散性有恶化的趋势，如图3-28所示（再生前，旧砂的加热温度为320℃；每次再生循环中，加入20％的新砂；试验条件为温度27℃、相对湿度89％、水玻璃加入量4％（质量分数，m＝2.5，波美度＝46°Be′）、有机酯加入量0.4％（质量分数1＃酯）。

图3-27 不同受热温度再生砂的硬化曲线

1—新砂 2—320℃再生砂 3—220℃再生砂 4—120℃再生砂

图3-28 几种砂样的残留强度曲线

1—新砂 2—一次再生砂3—三次再生砂

　　从图3-28中可以看出，除常温强度外，200℃、300℃、400℃、600℃800℃下的残留强度均是一次再生砂大于新砂，三次再生砂又大于一次再生砂三次再生砂（200～800℃）的残留强度是新砂同温度下的2.0～2.5倍。

再生砂随着循环使用次数的增加，其溃散性变差的主要原因是残留水玻璃的积累重熔。这一现象不利水玻璃干法再生砂的循环使用，有待于进一步研究解决方法。