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铸造用膨润土复合粘结剂调控技术与环保功能研究

秦亚婷  
【摘要】:基于膨润土和煤粉及煤粉代用材料在铸造生产中的应用缺陷和对环境造成的危害,结合铸造湿型砂的发展趋势,以安徽芜湖、河南信阳和四川三台三个矿区的膨润土为研究对象,采用微晶石墨、煤气化渣和提钛渣中的“碳”作为煤粉代用材料,研究了膨润土复合粘结剂在铸造过程中的应用效果,揭示该膨润土复合粘结剂的作用机理。对安徽芜湖(WH)、河南信阳(XY)和四川三台(ST)膨润土的矿物学属性研究表明,三个矿区膨润土样品中的吸蓝量均能满足国标(GBT 20973-2007膨润土)铸造用膨润土的一级质量要求,XY和ST样品的湿压强度指标达到国标二级质量要求,WH样品达到国标三级质量要求;三个矿区膨润土样品中,ST样品的铸造性能最差。以WH、XY和ST三个矿区膨润土样品为原料,以Na_2CO_3为钠化剂,采用挤压钠化的方法对三个样品进行钠化改性,得到三个样品的优化钠化工艺条件,在优化钠化条件下,XY-G样品的湿压强度指标达到国标(GBT20973-2007膨润土)一级质量要求,WH-G和ST-G样品的湿压强度指标均达到二级质量要求。对微晶石墨(G)、煤气化渣(M)和提钛渣中的“碳”(T)的物理化学属性研究表明,G、M和T三个样品中,样品G的灰分最低,但固定碳含量最高;G、M、T和MF四个样品,经750?C高温处理后,物相变化均较小,但当温度升高至1000?C时,只有样品G仍保持稳定。此外,G、M和T三个样品在1000?C热解产生的气体相较MF样品少了酚类及部分多环芳烃(PAHs),且G、M和T三个样品产生的有害气体总量分别为MF样品的10.09%、5.82%和6.99%。采用三阶单纯形重心设计方法对所选煤粉代用材料进行优化组合,最终确定煤粉代用材料的优化配比为G:T=4:1(质量比);样品GT的灰分为19.57%,挥发分为4.16%,固定碳含量为76.24%,在1200?C时的热膨胀率为1.442%,且高温热稳定性优于MF样品。依据各膨润土样品的综合性能,对钠化后膨润土样品进行混配最终确定混配膨润土的优化配比为WH-G:XY-G=1:1(质量比);在混配膨润土样品(HB)加入量为8%(占石英砂质量比)时样品湿压强度可达117.69 k Pa;对混配膨润土样品(HB)和煤粉代用材料(GT)进行复配研究,最终确定膨润土复合粘结剂的优化配比为HB:GT=8:5(质量比),此时样品的湿压强度为133.93 k Pa(煤粉为126.95 k Pa);以膨润土复合粘结剂进行混砂造型,浇铸铝制铸件,得到的铸件表面光滑,且在重复使用五次时,浇铸得到的铸件质量仍保持较高水平,此时混砂样品的湿压强度仍152.78 k Pa。采用碱激发的方法对铸造废砂进行激活试验,探索了激发剂种类和激发时间对激发效果的影响,研究表明,碱激发剂Na_2Si O_3的激发效果优于Na OH,当Na_2Si O_3浓度为3.0 mol/L时,样品的湿压强度为39.17 k Pa;以Na_2Si O_3为碱激发剂时,激发时间为24 h,样品的湿压强度可高达41.35 k Pa。


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