一种型砂粘接剂、型砂以及制备方法与流程

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1.本发明属于粘接剂制备技术领域，具体来讲，涉及一种型砂粘接剂、型砂以及制备方法。

背景技术：

2.铸造用型砂原料由石英砂、附加物、粘结剂等构成，使用性能主要取决于粘结剂和附加物的物料体系。在使用有机粘结剂时对于环境污染大且生产成本高，无机化合物粘结剂则存在比强度低、耐湿性差等缺点，而黏土粘结剂通常为膨润土，具有溃散性好、成本低和可重复使用等优点，被广大铸造工业所青睐。膨润土的粘结性能好、易脱模且高温状态下性能较稳定，普遍用于黏土湿型砂中的粘结剂。
3.传统的铸造湿型砂中往往需要加入煤粉，这是为了防止铸件表面粘砂、抑制膨胀缺陷和减少气孔，能有效降低铸铁件表面粗糙度，改善铸件质量。但是湿型砂在生产中存在有污染环境和难以满足高紧实率湿型造型工艺要求等的问题，所以亟需开发新型的煤粉代用材料。
4.在铸造生产中，由型砂铸造生产的铸件占到铸件总生产量的90％，黏土型砂工艺又占型砂铸造的85％左右。据统计，每生产1吨铸件就要产生1～1.2吨废砂，所以黏土旧砂的再生利用是铸造行业亟需解决的一大问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明目的之一在于提供了一种型砂粘接剂的制备方法。本发明的另一目的在于提供了一种型砂粘接剂。本发明的又一目的在于提供了一种型砂的制备方法。本发明的再一目的在于提供了一种型砂。
6.为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种型砂粘接剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，得到改性膨润土；将改性膨润土、辅料混合均匀，得到型砂粘接剂。其中，辅料包括辅助粘土和脱模剂，所述阳离子交换改性处理采用碱金属离子改性剂。
7.在本发明的一个示例性实施例中，所述改性膨润土和辅料的质量比可为7.5～8.5：1.5～3；所述碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量可为1～2.5：100；所述碱金属离子改性剂的质量百分比浓度可为0.3～1.0％。
8.在本发明的一个示例性实施例中，所述膨润土矿粉可包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石；所述碱金属离子改性剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化锂、碳酸锂、磷酸钠和硅酸钠水溶液中的一种或多种；所述脱模剂可包括金云母粉、绢云母粉、滑石粉和石墨粉的一种或多种；所述辅助粘土可包括伊利石黏土、海泡石黏土、坡缕石黏土、煤矸石和高岭土中的一种或多种。
9.在本发明的一个示例性实施例中，所述膨润土矿粉可包括按照质量分数计的如下
成分：50％～60％的sio2、20％～30％的al2o3、10％～15％的na2o、1％～5％的mgo和5％～10％的cao；所述辅助粘土可包括按照质量分数计的如下成分：50％～55％的sio2、10％～15％的k2o和30％～40％的al2o3。
10.在本发明的一个示例性实施例中，所述改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的粒径可为200～350目。
11.本发明另一方面提供了一种型砂粘接剂，所述型砂粘接剂由上述任意一项所述的制备方法制得。
12.本发明又一方面提供了一种型砂的制备方法，所述型砂的制备方法利用上述所述的型砂粘接剂、石英砂和工业用水配制制备型砂。
13.在本发明的一个示例性实施例中，所述制备方法可包括以下步骤：将型砂粘结剂和石英砂混合后加水进行均化处理，使型砂粘结剂充分包裹在石英砂表面，得到砂型。其中，所述型砂粘结剂和石英砂质量比为0.8～1.2：20。
14.在本发明的一个示例性实施例中，所述制备方法可还包括：将型砂进行压制成型。其中，成型后的砂型湿压强度为130～170kpa。
15.本发明再一方面提供了一种型砂，所述型砂由上述任意一项所述的型砂制备方法制得，成型后的砂型用于铜、锌、铅、生铁、铸铁、铝、合金钢铸件的浇铸。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下中的至少一项：
17.1)本发明具有与传统型砂粘结剂完全不同设计理念的配方设计，除使用改性膨润土外，通过添加辅助粘土增加粘结性能，通过添加脱模剂降低铸件粘砂的不足，通过粘结剂主体都为层状矿物实现型砂的复用性，实现资源化利用，同时减少环境的污染；
18.2)本发明由于粘结剂复配过程中添加了高温稳定性好、以片状矿物为主的脱模剂，该脱模剂与膨润土中的蒙脱石具有相近的层状结构特点，但耐高温性能更好，使其具备较高脱膜特性，制备出的铸件不宜粘砂；
19.3)本发明由于不添加煤粉，因而理论上粘结剂中不释放一氧化碳、二氧化碳和氧化硫等有害气体，大大改善生产环境和保护工人身体健康；
20.4)采用石墨粉代替热稳定性差、易燃烧的煤粉，并可起到光亮碳的作用；
21.5)本发明的粘结剂采用天然矿物原料，价廉易得，普适性强。
附图说明
22.图1示出了本发明的示例1的改性膨润土的xrd图；
23.图2示出了本发明的示例1的辅助粘土的xrd图；
24.图3示出了本发明的示例1的脱模剂粉的xrd图；
25.图4示出了本发明的应用例1的铸件图；
26.图5示出了本发明的应用例2的铸件图；
27.图6示出了本发明的应用例3的铸件图。
具体实施方式
28.在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的一种型砂粘接剂、型砂以及制备方法。
29.第一示例性实施例
30.在本发明的第一示例性实施例中，提供了一种型砂粘接剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
31.s1、将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，得到改性膨润土。
32.可选地，膨润土矿粉可包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石。膨润土矿粉可包括可以按照质量分数计的如下成分：
33.50％～60％的sio2，例如，53％、55％、57％；
34.20％～30％的al2o3，例如，23％、25％、27％、29％；
35.10％～15％的na2o，例如，12％、14％；
36.1％～5％的mgo，例如，2％、4％；
37.5％～10％的cao，例如，6％、7％、9％。
38.可选地，碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量为1～2.5：100。具体来讲，阳离子交换改性处理是采用碱金属离子改性剂，碱金属离子改性剂可包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化锂、碳酸锂、磷酸钠、硅酸钠的水溶液中一种或多种。这里，碱金属离子改性剂喷入膨润土矿粉中，加入量为膨润土矿粉的质量百分比为1％～2.5％，改性剂水溶液的质量百分比浓度可为0.3～1.0％，喷入后混合均匀进行陈化反应。
39.s2、将改性膨润土、辅料混合均匀，得到型砂粘接剂。
40.具体来讲，将改性膨润土、辅料配比并混合后采用搅拌机进行混匀，获得型砂粘接剂。
41.其中，辅料包括辅助粘土和脱模剂，改性膨润土和辅料的质量比为7.5～8.5：1.5～3，例如，7.8：2、8：2、8.3：2.9。辅料中辅助粘土和脱模剂的比例为1～1.5：1～1.5，例如，1：1、1：1.2、1.2：1。这里，以改性膨润土为主料，当改性膨润土质量比达到7.5以上，型砂的湿压强度就可以满足标准。
42.可选地，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂方便获得。这里，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂等原料化学成分中基本不含硫、挥分硫或者含硫量低。
43.可选地，辅助粘土可包括伊利石黏土、海泡石黏土、坡缕石黏土、煤矸石和高岭土中的一种或多种。辅助粘土可包括可以按照质量分数计的如下成分：
44.50％～55％的sio2，例如，53％、54％；
45.10％～15％的k2o，例如，12％、14％；
46.30％～40％的al2o3，例如，32％、35％、37％、39％。
47.可选地，脱模剂可包括金云母粉、绢云母粉、滑石粉和石墨粉的一种或多种。脱模剂可包括可以按照质量分数计的如下成分：
48.50％～60％的sio2，例如，53％、54％；
49.10％～15％的k2o，例如，12％、14％；
50.30％～40％的al2o3。例如，32％、35％、37％、39％。
51.可选地，改性膨润土中钙蒙脱石质量百分含量可以大于70wt％，例如，75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％；辅助粘土中粘土矿物质量百分含量可以大于70wt％，例如，75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％；脱模剂中片状矿物的质量百分含量或石墨粉中的含碳量可以大于70wt％，例如，75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％。改性膨润土中
蒙脱石质量百分含量、辅助粘土中粘土矿物质量百分含量和脱模剂中片状矿物的质量百分含量或对于石墨粉的含碳量高于70％时，压制的样品的湿压强度高；含量低于70％，压制样品的湿压强度就会低于国标中的值。
52.可选地，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂所含吸附水的量可不大于3％，例如，0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％。将改性膨润土、辅助粘土和脱模剂通过干燥，调整烘干机温度、时间等参数，使烘干后的改性膨润土、辅助粘土、脱模剂所含的吸附水的量可不大于3％，以便于获得干燥的粉料。这里，烘干机温度110℃～150℃，烘干时间2h～5h。例如，温度可为120℃、130℃、140℃，时间为2.5h、4h、4.5h。
53.在本示例性实施例中，将改性膨润土、辅料均匀化处理的步骤中，混合均匀可使用搅拌机进行搅拌混匀，搅拌时间可为20～50min。例如，搅拌时间可为25min、30min、40min、45min。
54.可选地，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的粒径可为200～350目，例如250目、260目、280目、300目、325目。这里，粒径在200～350目是便于在混料的时候混匀，该粒径范围在工业实验中易获得，且价格较便宜。
55.其中，通过添加辅助粘土增加粘结性能，通过添加脱模剂降低铸件粘砂的不足，通过型砂粘结剂主体都为层状矿物实现型砂的复用性。
56.第二示例性实施例
57.在本发明的第二示例性实施例中，提供了一种型砂粘接剂，所述型砂粘接剂由上述所述的制备方法制得。
58.第三示例性实施例
59.在本发明的第三示例性实施例中，提供了一种型砂的制备方法，所述型砂的制备方法利用上述所述的型砂粘接剂、石英砂和工业用水配制制备型砂。
60.在本示例性实施例中，所述制备方法可包括以下步骤：将型砂粘结剂和石英砂混合后加水进行均化处理，使型砂粘结剂充分包裹在石英砂表面，获得型砂。
61.其中，所述型砂粘结剂和石英砂质量比为0.8～1.2：20。例如，质量比可为0.9：20、1：20、1.1：20。
62.在本示例性实施例中，将型砂粘接剂和石英砂进行均匀化的步骤中，石英砂按照国标进行添加。石英砂的粒度可为50～100目、70～140目。
63.可选地，加水进行均化处理是指工业用水与型砂粘结剂和石英砂的混合物的质量百分比可为5～10％，并在混砂机中混碾均匀。这里，在均匀化的步骤中，可使用混砂机搅拌混碾，使得型砂粘接剂包裹在石英砂表面，搅拌时间可为20～50min。为了型砂含水率为所占型砂质量百分比的5～10％，可以在混合过程中加入工业用水。例如，含水率可为所占型砂质量百分比的6％、7％、8％、9％。
64.在本示例性实施例中，制备方法可还可包括：将型砂进行压制。可选地，样品进行压样实验，压样使用的机器可为锤式压样机，将上一步砂型样品放入圆柱形的模具中，放置于锤式压样机上，摆动3～5下，脱下模具取出试样。量取样品的高度，使之保持在5.00cm
±
0.1cm。其中，样品是圆柱状，直径5cm，高度5cm。这里，样品是从模具中出来的，形状不会改变，只要在湿度范围内就可成型。
65.其中，成型后的型砂湿压强度为130～170kpa，例如，140kpa、150kpa、160kpa。湿压
强度在130～170kpa的范围内符合标准，将符合标准的型砂样品留样备用，进行下一步的浇筑实验。
66.第四示例性实施例
67.在本发明的第四示例性实施例中，提供了一种型砂，所述型砂由上述所述的型砂制备方法制得，成型后的砂型可用于铜、锌、铅、生铁、铸铁、铝、合金钢铸件的浇铸。
68.可选地，浇筑铸件的应用可为将标准的型砂样品进行铝件浇筑。浇筑铸件的步骤可包括：将混合好的砂型样品放入样槽内，烧好的铝液倒入到样槽内，待铝件成型后，脱膜放入水槽内降温，最后铝件冷却后取出。
69.可选地，制备出的铸件不宜粘砂原因在于粘结剂复配过程中添加了高温稳定性好的以片状矿物为主的脱模剂，该脱模剂与膨润土中的蒙脱石具有相近的层状结构特点，但耐高温性能更好。
70.为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例来说明一种型砂粘接剂、型砂以及制备方法。
71.示例1
72.本示例型砂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
73.(1)将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，获得改性膨润土。再将改性膨润土、辅助粘土和脱模剂分别进行烘干，烘干时间3h，烘干后的改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的所吸附水的量分别为3％、1％、1％。再将烘干的样品加入搅拌机中搅拌混匀，得到型砂粘接剂，其中，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的质量比为8：1：1，改性膨润土中蒙脱石的质量百分含量为70％，辅助粘土中粘土矿物质量百分含量为70％，脱模剂中片层矿物的质量百分含量或石墨粉中含碳量为70％，改性膨润土的粒径200目，辅助粘土的粒径200目，脱模剂的粒径325目。
74.(2)将步骤(1)所获得的型砂粘接剂样品加入石英砂进行均匀化处理，放入混砂机中搅拌混碾，加入适量水，使水分保持在占砂型质量百分比的7％，得到砂型。其中，石英砂和型砂粘接剂的比例为20：0.8。将型砂样品进行压制，测试湿压强度，测得样品的湿压强度为145kpa。
75.其中，膨润土矿粉包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石，碱金属离子改性剂为碳酸钠水溶液，碱金属离子改性剂浓度为0.3％，辅助粘土为海泡石粘土，脱模剂为滑石。碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量为100：1。
76.图1示出了本发明的示例1的改性膨润土的xrd图；图2示出了本发明的示例1的辅助粘土的xrd图；图3示出了本发明的示例1的脱模剂的xrd图。如图1～图3所示，所使用样品纯度可以满足上述的纯度要求，改性膨润土中蒙脱石的质量百分含量为70％，辅助粘土中粘土矿物的质量百分含量为70％，脱模剂中片层矿物的质量百分含量或煤石墨粉中含碳量为70％。
77.应用例1
78.利用示例1得到的型砂进行倒模铸件，浇筑完成后，样品脱模，放入水槽中冷却降温，获得铸件。
79.图4示出了本发明的应用例1的铸件图。如图4所示，铸件表面光泽度高，表面光滑，粘砂量较低。
80.示例2
81.本示例型砂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
82.(1)将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，获得改性膨润土。再将改性膨润土、辅助粘土和脱膜剂分别进行烘干，烘干时间3h，烘干后的改性膨润土、辅助粘土和脱膜剂的所含吸附水的量分别为2％、1％、1％。再将烘干的样品加入搅拌机中搅拌混匀，得到型砂粘接剂，其中，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的质量比为7.8：1.2：1，改性膨润土中蒙脱石的质量百分含量为70％，辅助粘土中粘土矿物的质量百分含量为70％，脱模剂中片层矿物的质量百分含量或石墨粉中的含碳量为70％，改性膨润土的粒径250目，辅助粘土的粒径200目，脱模剂的粒径325目。
83.(2)将步骤(1)所获得的型砂粘接剂样品加入石英砂进行均匀化处理，放入混砂机中搅拌混碾，加入适量水，使水分保持在占砂型质量百分比的7％，得到砂型。其中，石英砂和型砂粘接剂的比例为20：1.0。将砂型样品进行压制，测试湿压强度。测得样品的湿压强度为147kpa。
84.其中，膨润土矿粉包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石，碱金属离子改性剂为硅酸钠水溶液，碱金属离子改性剂浓度为0.8％，辅助粘土为高岭土，脱模剂为金云母。碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量为100：1.5。
85.应用例2
86.利用示例2得到的型砂进行倒模铸件，浇筑完成后，样品脱模，放入水槽中冷却降温，获得铸件。
87.图5示出了本发明的应用例2的铸件图。如图5所示，铸件表面光泽度高，表面光滑，粘砂量较低。
88.示例3
89.本示例型砂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
90.(1)将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，获得改性膨润土。再将改性膨润土、辅助粘土和脱模剂分别进行烘干，烘干时间3h，烘干后的膨润土、粘土和滑脱模剂的所含吸附水的量分别为3％、1％、1％。再将烘干的样品加入搅拌机中搅拌混匀，得到型砂粘接剂，其中，改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的质量比为7.8：1：1.2，改性膨润土中蒙脱石的质量百分含量为70％，辅助粘土中粘土矿物的质量百分含量为70％，脱模剂中片层矿物的质量百分含量或石墨粉中的含碳量为70％，改性膨润土的粒径325目，辅助粘土的粒径200目，脱模剂的粒径325目。
91.(2)将步骤(1)所获得的型砂粘接剂样品加入石英砂进行均匀化处理，放入混砂机中搅拌混碾，加入适量水，使水分保持在占型砂质量百分比的8％，得到砂型。其中，石英砂和型砂粘接剂的比例为20：1.2。将型砂进行压制，测试湿压强度。测得样品的湿压强度为157kpa。
92.其中，膨润土矿粉包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石，碱金属离子改性剂为磷酸钠水溶液，碱金属离子改性剂浓度为1.0％，辅助粘土为伊利石粘土，脱模剂为绢云母。碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量为100：2.5。
93.应用例3
94.利用示例3得到的型砂进行倒模铸件，浇筑完成后，样品脱模，放入水槽中冷却降
温，获得铸件。
95.图6示出了本发明的应用例3的铸件图。如图6所示，铸件表面光泽度高，表面光滑，粘砂量较低。
96.尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

技术特征：

1.一种型砂粘接剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，得到改性膨润土；将改性膨润土、辅料混合均匀，得到型砂粘接剂；其中，辅料包括辅助粘土和脱模剂，所述阳离子交换改性处理采用碱金属离子改性剂。2.根据权利要求1所述的型砂粘接剂的制备方法，其特征在于，所述改性膨润土和辅料的质量比为7.5～8.5：1.5～3；所述碱金属离子改性剂：膨润土矿粉的质量为1～2.5：100；所述碱金属离子改性剂的质量百分比浓度为0.3～1.0％。3.根据权利要求1所述的型砂粘接剂的制备方法，其特征在于，所述膨润土矿粉包括钙蒙脱石、石英、伊利石和方解石；所述碱金属离子改性剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化锂、碳酸锂、磷酸钠和硅酸钠水溶液中的一种或多种；所述脱模剂包括金云母粉、绢云母粉、滑石粉和石墨粉的一种或多种；所述辅助粘土包括伊利石黏土、海泡石黏土、坡缕石黏土、煤矸石和高岭土中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的型砂粘接剂的制备方法，其特征在于，所述膨润土矿粉包括按照质量分数计的如下成分：50％～60％的sio2、20％～30％的al2o3、10％～15％的na2o、1％～5％的mgo和5％～10％的cao；所述辅助粘土包括按照质量分数计的如下成分：50％～55％的sio2、10％～15％的k2o和30％～40％的al2o3。5.根据权利要求1所述的型砂粘接剂的制备方法，其特征在于，所述改性膨润土、辅助粘土和脱模剂的粒径为100～350目。6.一种型砂粘接剂，其特征在于，所述型砂粘接剂由权利要求1至5中任意一项所述的制备方法制得。7.一种型砂的制备方法，其特征在于，所述型砂的制备方法利用如权利要求6所述的型砂粘接剂、石英砂和工业用水配制制备型砂。8.根据权利要求7所述的型砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将型砂粘结剂和石英砂混合后加水进行均化处理，使型砂粘结剂充分包裹在石英砂表面，得到型砂；其中，所述型砂粘结剂和石英砂质量比为0.8～1.2：20。9.根据权利要求7所述的型砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将型砂进行压制成型，得到成型后的砂型；其中，成型后的砂型湿压强度为130～170kpa。10.一种型砂，其特征在于，所述型砂由权利要求7至9任意一项所述的型砂制备方法制得，成型后的砂型用于铜、锌、铅、生铁、铸铁、铝、合金钢铸件的浇铸。

技术总结

本发明提供了一种型砂粘接剂、型砂以及制备方法。所述型砂粘接剂的制备方法，包括以下步骤：将膨润土矿粉进行阳离子交换改性处理，得到改性膨润土；将改性膨润土、辅料混合均匀，得到型砂粘接剂。所述型砂粘接剂由上述所述的制备方法制得。所述型砂的制备方法利用上述所述的型砂粘接剂来配制型砂。所述型砂由上述所述的型砂制备方法制得。本发明通过添加辅助粘土增加粘结性能，通过添加脱模剂降低铸件粘砂的不足，通过粘结剂主体都为层状矿物实现型砂的复用性，实现资源化利用，同时减少环境的污染。染。染。