1.3.3 實(shí)現(xiàn)水玻璃砂綠色鑄造的關(guān)鍵技術(shù)

綠色的含義較多，它包括綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色能源、綠色產(chǎn)品等。其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，廢棄資源和有害排放物最少（即對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，對(duì)人的健康無(wú)害，資源利用效率最好）。綠色鑄造可定義為：對(duì)環(huán)境無(wú)害（或危害很小）、合理使用和節(jié)約鑄造的自然資源、依靠先進(jìn)的鑄造技術(shù)得到最大的產(chǎn)出和效益。

綠色鑄造是21世紀(jì)鑄造工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，而水玻璃砂是最有可能實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的型砂種類，但就目前的水玻璃砂工藝技術(shù)水平來(lái)看，離綠色鑄造的要求還有不小的距離。要實(shí)現(xiàn)真正意義上的基于水玻璃砂的綠色鑄造，還有待于如下關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破或重大進(jìn)展。

1.新型高性能水玻璃黏結(jié)劑及其改性技術(shù)

通過(guò)選用高質(zhì)量的原材料來(lái)生產(chǎn)高品質(zhì)的水玻璃黏結(jié)劑（純度高、雜質(zhì)少），并對(duì)水玻璃黏結(jié)劑進(jìn)行物理或化學(xué)改性（物理改性包括電磁場(chǎng)改性、超聲波改性、加熱改性、微波改性等；化學(xué)改性包括無(wú)機(jī)材料改性，如多聚磷酸鹽、多聚鋁酸鹽、有機(jī)材料改性，如黏多糖、聚丙烯酰胺、硅酸復(fù)鹽改性，如硅酸鉀、硅酸鋰、復(fù)合材料改性，如有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合材料，納米材料改性，如納米SiO₂等），開發(fā)出強(qiáng)度更高、性能更好且穩(wěn)定（抗?jié)裥院谩⑸靶偷谋砻娣€(wěn)定性高、不易老化等）的新型環(huán)保水玻璃黏結(jié)劑是實(shí)現(xiàn)水玻璃砂綠色鑄造的基礎(chǔ)。新型高性能水玻璃的采用可大大降低水玻璃黏結(jié)劑的加入量，提高澆注后型砂的潰散性及其舊砂的可再生性，并進(jìn)一步改善水玻璃砂的生產(chǎn)操作性及型（芯）硬化后的表面穩(wěn)定性。

除了開展高性能的新型水玻璃黏結(jié)劑研究開發(fā)外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水玻璃的固化劑（如有機(jī)酯等）及其固化機(jī)理的深入研究，這也是目前水玻璃砂工藝亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。以酯硬化水玻璃砂為例，型砂的硬化速度受環(huán)境溫度的影響較大，往往使用戶感覺(jué)到較難控制；一些大、中型的鑄型（芯），其硬化過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)一定程度的蠕變現(xiàn)象。這些除了從工藝裝備上采取措施解決外（如冬天采取加熱恒溫措施等），研發(fā)并采用新型有機(jī)酯固化劑（對(duì)環(huán)境溫度敏感性小、硬透性能好）是有效的方法之一。因此，開發(fā)出強(qiáng)度高、成本低、硬透性能好、易操作控制的新型水玻璃有機(jī)酯固化劑是水玻璃砂用戶所期盼的事。

2.水玻璃砂的新型硬化工藝技術(shù)

酯硬化水玻璃砂工藝的優(yōu)點(diǎn)是黏結(jié)強(qiáng)度高、水玻璃加入量少、舊砂的潰散性能好，但其工藝控制不太穩(wěn)定、操作性能較差；而CO₂硬化水玻璃砂的性能特點(diǎn)與上相反，其水玻璃加入量較多、舊砂的潰散性能差，但其工藝操作性好。如能將兩者的優(yōu)點(diǎn)綜合起來(lái)，將是水玻璃砂工藝追求的目標(biāo)。

為了達(dá)到上述目的，需要進(jìn)行如下幾方面的研究工作：在普通酯硬化水玻璃砂工藝的基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)新型酯硬化水玻璃砂工藝技術(shù)（如有機(jī)酯氣霧硬化等），以較大地提高酯硬化水玻璃砂的生產(chǎn)操作性能；在新型CO₂硬化水玻璃砂工藝的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)基于CO₂硬化的新型工藝及材料技術(shù)（如CO₂真空脈沖吹氣法、稀釋CO₂硬化法等），使CO₂硬化的水玻璃砂的強(qiáng)度接近酯硬化水玻璃砂的強(qiáng)度水平；深入研究水玻璃黏結(jié)劑的硬化機(jī)理（包括單一硬化劑硬化及復(fù)合硬化劑硬化）及特點(diǎn)。

新型水玻璃砂硬化工藝技術(shù)，應(yīng)綜合酯硬化和CO₂硬化的優(yōu)勢(shì)，在保持酯硬化水玻璃砂性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低成本，提高工藝的可操作性能，使水玻璃砂的工藝技術(shù)水平向前邁進(jìn)一大步。

3.新型水玻璃舊砂再生工藝技術(shù)

實(shí)現(xiàn)水玻璃舊砂的完全再生回用是實(shí)現(xiàn)水玻璃砂綠色鑄造的核心。在現(xiàn)有“水玻璃舊砂的干法回用與濕法再生”的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究環(huán)境溫度（或受熱溫度）和濕度對(duì)水玻璃舊砂粒上殘留黏結(jié)劑的影響，對(duì)開發(fā)新的水玻璃舊砂再生技術(shù)具有重要意義。

舊砂的干法再生簡(jiǎn)單而易于實(shí)現(xiàn)，但水玻璃舊砂干法再生砂的黏結(jié)強(qiáng)度低，可使用時(shí)間短，目前的技術(shù)條件下通常只能做背砂（或填充砂）使用。但如能使干法再生水玻璃砂的性能提高至做面砂或單一砂的水平，將是水玻璃舊砂再生研究及應(yīng)用的巨大進(jìn)步。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：將水玻璃舊砂進(jìn)行120～200℃的加熱可去除舊砂粒上殘留黏結(jié)劑中的水分，提升干法再生水玻璃舊砂的脫膜效果；而將水玻璃舊砂進(jìn)行320～350℃的加熱，可去除殘留酯及殘留有機(jī)物的影響，增加水玻璃再生砂的可使用時(shí)間及再黏結(jié)強(qiáng)度。

進(jìn)一步深入研究水玻璃舊砂表面殘留物的組成、性能及特征；研究水玻璃舊砂在低溫冰凍（-50～-20℃）及高溫焙燒（600～800℃）等條件下，殘留水玻璃黏結(jié)膜的行為，探討水玻璃舊砂的“冰凍-干法再生”及“熱法-干法再生”的可能性，并在現(xiàn)有“干法-濕法”復(fù)合再生工藝及裝備的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)水玻璃舊砂的“熱法-干法”復(fù)合再生、“低溫度冰凍-干法”再生新工藝技術(shù)及其裝備，以進(jìn)一步降低水玻璃舊砂的再生成本，減少或消除灰塵、污泥等的二次污染物，對(duì)實(shí)現(xiàn)水玻璃砂綠色鑄造具有重大意義。

4.原材料的合理配置及其表面處理技術(shù)

應(yīng)該像對(duì)待樹脂砂一樣來(lái)對(duì)待水玻璃砂的原材料（原砂、水玻璃、有機(jī)酯、CO₂等）的選用。從總體上看，選用好的原砂和其他原材料不僅不會(huì)增加生產(chǎn)成本，還會(huì)較大地提高水玻璃砂的使用性能。

我們最新的研究表明，原砂的種類及品質(zhì)對(duì)水玻璃砂的性能（黏結(jié)強(qiáng)度、潰散性等）具有很大影響。通過(guò)對(duì)原砂的種類及粒度等的合理配置，以及對(duì)原砂表面進(jìn)行活性處理，可以大大改善型砂的性能。因此，研究原砂表面的改性技術(shù)及改性材料，對(duì)提高水玻璃砂的常溫強(qiáng)度和高溫潰散性具有重大意義。