水玻璃砂理论研究的六大成果

近年来, 水玻璃砂理论研究的成果主要体现在以下六个方面的进展和贡献: ①水玻璃中硅酸的聚合过程、族组成的定量测定和它的主要成分; ②水玻璃的老化和物理改性机理; ③化学添加剂的作用和分类; ④水玻璃砂硬化过程的机理; ⑤硬化水玻璃膜的力学性能与内部结构的关系; ⑥水玻璃旧砂“化学再生法”的开发及其原理。文中还论述了改善水玻璃砂溃散性和回用性, 使之达到或接近树脂砂水平的期望, 以适应21 世纪生产的各种要求。     

水玻璃化学硬化机理的探索

水玻璃用有机酯和ＣＯ２硬化时，模数升高到接近４．０，远没有达到析出游离硅酸的程度，因此水玻璃化学硬化依赖于硅凝胶生成的传统观点是不确切的。     

烧结剥离型铸钢涂料的研制和应用

为提高大型铸钢件的表面质量,研制了一系列烧结剥离型铸钢涂料,即刚玉粉涂料、锆英粉、铝矾土和石英粉涂料。按性质它们均属松软胶型、屈服一假塑性、准触变性流体,是无公害的水基悬浊体系。按照新发展起来的“可剥离粘砂层理论”,提出了一种崭新的概念——浇注气氛决定论,并为浇注体系设计了适宜的浇注气氛,使涂料层在浇注钢液后轻度烧结和自动剥离。最后,还介绍了涂料的组成和应用实例。     

水玻璃族组成的测定

用三甲基硅烷法将硅羟基转变成硅醚键,并用气相色谱法将醚化产物分离出来。得知水玻璃的基本成分中存在着正硅酸、二硅酸,三硅酸、四硅酸、环四硅酸、立方八硅酸、和立方八硅酸缩聚物(硅酸胶粒)间的平衡。因此,水玻璃的族组成可以用~(29)Si-核磁共振谱法定量地测定。立方八硅酸既是硅酸聚合的归宿,又是形成硅酸胶粒的起始,而且它在永玻璃中的含量超过50%,所以立方八硅酸是水玻璃的主要组成。     

水玻璃砂的环保优势

成功开发了多重变性水玻璃,并提出物理一体化联合再生法,从而很好解决了水玻璃砂因溃散性差而引起的“硅尘污染”和因砂再生困难而导致的“碱性污染”,水玻璃砂将率先实现无公害化和清洁生产,相反,湿型砂和树脂砂除了已知的黑色污染和化学污染,发现它们还是二恶英和呋喃的污染源,在21世纪初,从环境保护的角度来说,水玻璃砂应是首选的型砂。     

水玻璃砂的发展

越恶霸虎严格的环保法规要求,必将给污染最少的水玻璃砂带来大发展的机遇,水玻璃砂理论和技术的进步,使得CO2法的水玻璃加入量有可能降低到2.5%-3.0%,有机酯法为2.0%-2.5%,微波法为0.5%-0.8%,再加上水玻璃旧砂化学再生法的发明,在不久几年内,水玻璃砂的溃散性和旧砂回用将接近或达到树脂砂的水平,水玻璃砂第三次大发展的条件日趋成熟。     

进一步改善水玻璃砂溃散性刍议

在回顾水玻璃砂应用历史并分析了水玻璃砂硬化机理的基础上,提出ＣＯ２硬化法所使用的水玻璃若能采用有机和无机多元复合水玻璃,根据强脱水、少反应的原则调整通气规范,并选用适宜的溃散剂,它的溃散性可能改善到相当于水玻璃加入量２５％的水平;采用多元复合水玻璃,并用有机酯、ＶＲＨ或微波等硬化工艺,溃散性可望降至水玻璃加入量２５％～１５％的水平。     

水玻璃砂基础研究的最新进展

水玻璃基础理论研究的进展，为解决水玻璃砂扩大应用的３个障碍提供了有力的指导：①研究和分析测定了水玻璃砂中硅酸聚合的全过程、族组成和基本成分。从Ｎａ＾＋对硅凝胶结构和强度的影响证明了合适的硬化工艺应是“强脱水，少反应”；②水玻璃的改性、复合和硬化工艺的改进改善了水玻璃砂渍散性。测定了改性剂和复合剂的选用原则和作用机理，从而有可能使水玻璃的加入量降低到相当于２．０％的水平，溃散性问题便迎刃而解；③水玻     

水玻璃砂的化学再生

液体水玻璃可以通过失碱和失水而固化，固化的水玻璃也可以复碱和复水而恢复到液体状态，根据水玻璃这种可逆性，利用水玻璃旧砂中部分Ｎａ２Ｏ的可溶性，进行化学再生水玻璃砂。在旧砂回用之际，调节好ＳｉＯ２·Ｎａ２Ｏ和Ｈ２Ｏ的比例，使废水玻璃溶解在新加入成分中，而得出的反应混合物处在临界值以下，回用砂就具有足够的可使用时间进行混砂和造型，并使废水玻璃恢复部分粘结力。     

湿型砂的污染性

在铸造生产中，湿型砂除了存在严重的黑色污染、粉尘污染外，还有一氧化碳污染，芳香烃污染等。特别是芳香烃污染，对人类危害极大，应引起铸造工作者的重视并努力加以改善。