CN107824743B - 一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置 - Google Patents

一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置，本发明的方法包括以下步骤：1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建培养池；2、向培养池内注入水，并向水内添加氮盐、磷盐、钾盐和镁盐等得到培养基；3、将微藻群落投放到培养基内并进行微藻培养；4、对水玻璃旧砂进行取样并对水玻璃旧砂的脱膜率进行检测，当水玻璃旧砂的脱膜率超过90％且培养池内的水体的pH值低于9时，停止培养；5、排出培养池内的培养基，对培养池内的脱膜后的水玻璃旧砂进行干燥后得到原位再生砂。本发明实现了水玻璃和旧砂再生的“双回收”、污水循环利用，而且由于原位再生砂没有经历擦洗过程中的机械摩擦碰撞，因而保持了和新砂基本一致的形貌、级配和成分分布。

Description

一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置
技术领域
本发明涉及金属铸造材料回收再生领域，具体涉及一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置。
背景技术
水玻璃(硅酸钠)是目前最成功的无机化学粘结剂，长期使用对人体无害。用水玻璃砂造型，价格便宜、流动性好、硬化快，型(芯)的尺寸精度高，在混砂、造型、浇注和落砂过程中均无刺激性气味或有毒气体产生，也无黑色污染。水玻璃砂工艺自20世纪60年代经苏联传入我国后，得到了广泛的应用，目前中国约有70％的铸钢件采用了水玻璃砂铸造工艺。
然而，水玻璃在铸造方面的运用存在着以这重要缺陷：水玻璃旧砂再生回用率低。我国每年有上千万吨的水玻璃旧砂被废弃掉，铸造水玻璃废弃砂堆积如山。许多科技实力较差的工厂直接将废砂丢弃在河川、山谷和大海中，导致植被受到破坏，而且旧砂中的可溶性碱性水玻璃等物质会污染地表水和地下水，从而造成严重的环境污染，致使本来极具环保优势的水玻璃砂技术反倒成了污染环境的一个因素，因此水玻璃的使用成了环境保护的一把双刃剑。随着我国一系列矿山开采法律的完善以及对环境保护的要求，优质硅砂越来越成为稀缺资源。本发明就是针对那些废弃于山谷等地的水玻璃旧砂进行原地回收，既可以创造出优质硅砂资源，也可对水玻璃进行有效利用，并且解决了废弃旧砂对于环境的污染，工厂也可使用本方法回收水玻璃旧砂。水玻璃旧砂原位再生工艺的最大特点是利用硅藻来“生物促溶、降解”附着在旧砂上的可溶性水玻璃。与常规技术相比，无需耗能较大的擦洗等工艺即可获得高品位的再生硅砂。原位再生工艺的另一产物为体内富集了大量钠离子、硅酸离子的水华硅藻，开发基于水华硅藻的干料或者焚烧物的水玻璃制备工艺，也能开发水华硅藻制备白炭黑、名优水产品开口饵料、硅肥、硅藻泥等其他高附加值产品的新方法，最终目的是使旧砂中的残留粘结剂得到再生，实现水玻璃砂型铸造的可持续发展。重要的是，硅藻生长过程中能消耗二氧化碳，能在一定的程度上改善温室效应。纺织、印染等行业都需要使用水玻璃无机粘结剂，同样也可采用此方法回收富含水玻璃的废液。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法，包括以下步骤：
步骤S1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建培养池；
步骤S2、向培养池内注入水，并向水内添加氮盐、磷盐和钾盐得到培养基；
步骤S3、将微藻群落投放到培养基内并进行微藻培养；
步骤S4、对水玻璃旧砂进行取样并对水玻璃旧砂的脱膜率进行检测，当水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且培养池内的水体的pH值低于9时，停止培养；
步骤S5、对培养池内的脱膜后的水玻璃旧砂进行干燥后得到原位再生砂。
本发明的有益效果为：本发明的方法无需转移旧砂和用湿法擦洗旧砂，再生动力来源于太阳光能量，节约了大量能源；且不需要移动旧砂，在旧砂原位构建培养池进行再生处理，由于原位再生砂没有经历移动过程和擦洗过程中的机械摩擦碰撞，因而保持了和新砂基本一致的形貌、级配和成分分布，并且利用易于水华的悬浮微藻藻种大量消耗水玻璃旧砂表面的残留粘结剂，通过生物促溶实现水玻璃的“降解”和“转移”，可实现水玻璃和旧砂的双回收。
进一步的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建池塘；
步骤S1.2、在池塘中心区域预埋一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管；
步骤S1.3、在水玻璃旧砂上表面和池塘侧壁铺设塑料膜，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂上表面的塑料膜上还设置有多个孔洞。
采用上述进一步方案的有益效果为：空心管可以方便的进行旧砂取样，塑料膜可以对泥土使池塘内壁形成整体防水的表面，培养基可通过孔洞渗透进入水玻璃旧砂内，将水玻璃旧砂浸泡，同时水玻璃旧砂上表面的塑料膜可以防止微藻群落混入水玻璃旧砂中。
进一步的，所述孔洞的直径为0.01-1mm且设置在水玻璃旧砂上表面的塑料膜靠近池塘侧壁的区域。
进一步的，所述步骤S2中的培养基中含有0.01～0.1g/L的尿素，0.02～0.08g/L的K2HPO4，0.03～0.14g/L的MgSO4，0.01g～0.04g/L的CaCl2和0.04～0.16g/L的KH2PO4。
采用上述进一步方案的有益效果为：通过添加营养盐，可以为微藻群落的生长提供了适宜的营养环境，有利于微藻群落更好的生长与繁殖。
进一步的，所述步骤S3中的微藻群落中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种。
采用上述进一步方案的有益效果为：一次培养多种微藻，增加了不同种微藻间的相互竞争，加速了微藻群落的生长与繁殖。而选择添加一定的初始量的微藻群落，使得水体呈一定程度的水华状态，缩减了微藻群落的培养时间。
进一步的，所述步骤S3中培养基内的微藻群落含量为1.0×107～1×109个/L。
采用上述进一步方案的有益效果为：通过对水体流速以及温度进行控制，使微藻群落处在一定的适宜的生长环境中，有利于微藻群落的生长与繁殖，从而提高了水玻璃的吸收速率。
一种水玻璃铸造旧砂原位再生装置，包括培养池和水玻璃旧砂，所述水玻璃旧砂位于培养池底部，所述培养池内放置有培养基，所述培养基内放置有微藻群落。
进一步的，所述培养池为水玻璃旧砂堆放地的旧砂为底构建的池塘，且在池塘中心区域预埋有一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管；在水玻璃旧砂上表面和池塘侧壁铺设有塑料膜，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂上表面的塑料膜上还设置有多个孔洞。
进一步的，所述微藻群落中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种。
进一步的，所述培养池内还设置有排灌及加热***，所述排灌及加热***用于向培养池内放水或抽水，向培养池充气或抽气，以及对培养基进行加热。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、培养池；2、水玻璃旧砂；3、培养基；4、微藻群落；5、空心管；6、塑料膜；7、孔洞；8、排灌及加热***；9、死亡或悬浮性差的藻
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法，包括以下步骤：
步骤S1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建培养池；
所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建池塘；
步骤S1.2、在池塘中心区域预埋一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管；
步骤S1.3、在水玻璃旧砂上表面和池塘侧壁铺设塑料膜，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂上表面的塑料膜上还设置有多个孔洞。
所述孔洞的直径为0.01-1mm且设置在水玻璃旧砂上表面的塑料膜靠近池塘侧壁的区域。
步骤S2、向培养池内注入水，并向水内添加氮盐、磷盐和钾盐得到培养基；
所述步骤S2中的培养基中含有0.01～0.1g/L的尿素，0.02～0.08g/L的K2HPO4，0.03～0.14g/L的MgSO4，0.01g～0.04g/L的CaCl2和0.04～0.16g/L的KH2PO4。
步骤S3、将微藻群落投放到培养基内并进行微藻培养；
所述步骤S3中的微藻群落中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种。
所述步骤S3中培养基内的微藻群落含量为1.0×107～1×109个/L。
步骤S4、对水玻璃旧砂进行取样并对水玻璃旧砂的脱膜率进行检测，当水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且培养池内的水体的pH值低于9时，停止培养；
步骤S5、对培养池内的脱膜后的水玻璃旧砂进行干燥后得到原位再生砂。
如图1所示，一种水玻璃铸造旧砂原位再生装置，包括培养池1和水玻璃旧砂2，所述水玻璃旧砂2位于培养池1底部，所述培养池1内放置有培养基3，所述培养基内放置有微藻群落4。
所述培养池1为水玻璃旧砂堆放地的旧砂为底构建的池塘，且在池塘中心区域预埋有一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管5；在水玻璃旧砂2上表面和池塘侧壁铺设有塑料膜6，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂2上表面的塑料膜上还设置有多个孔洞7。
所述微藻群落4中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种，微藻群落漂浮在培养基上层，部分死亡或悬浮性差的藻沉淀在培养基下层，图中9为死亡或悬浮性差的藻。
所述培养池1内还设置有排灌及加热***8，所述排灌及加热***用于向培养池内放水或抽水，向培养池充气或抽气，以及对培养基3进行加热。
实施例1：
在春夏秋季节，以旧砂堆放地的旧砂为底构建池塘；池塘中心区域预埋一根空心管用于旧砂脱膜率测试取样，塑管的直径为80mm；旧砂上表面、池壁铺一层完整塑料膜，预埋管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，靠近池壁部分的塑料膜上用细针扎洞，孔洞直径为0.05mm，形成培养池；向塑料膜组成的培养池中注入地下水，水可通过孔洞渗透进入水玻璃旧砂内，将水玻璃旧砂浸泡，水体深度为1m，并投入营养盐：尿素为0.05g/L，K2HPO4为0.04g/L，MgSO4为0.07g/L，CaCl2为0.02g/L，KH2PO4为0.08g/L；将微藻群落(针杆藻，直链藻，舟形藻，星杆藻)投放到培养池内，微藻群落的投放量为2×107个/L，并大规模培养微藻；对水玻璃旧砂进行多次取样，待水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且水体的pH值低于9时，停止培养；缓慢排出培养池内的水，获得微藻与再生砂，微藻经过干燥后可用作饵料、硅肥等。
实例2：
在冬季，以旧砂堆放地的旧砂为底构建池塘；池塘中心区域预埋一根空心管用于旧砂脱膜率测试取样，塑管的直径为80mm；旧砂上表面、池壁铺一层完整塑料膜，预埋管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，靠近池壁部分的塑料膜上用细针扎洞，孔洞直径为0.05mm，形成培养池；向塑料膜组成的培养池中注入地下水，水可通过孔洞渗透进入水玻璃旧砂内，将水玻璃旧砂浸泡，水体深度为1.5m，并投入营养盐：尿素为0.05g/L，K2HPO4为0.04g/L，MgSO4为0.07g/L，CaCl2为0.02g/L，KH2PO4为0.08g/L；将微藻群落(针杆藻，直链藻，舟形藻，星杆藻)投放到培养池内，微藻群落的投放量为5×108个/L，打开热泵，保持水温在15℃左右，并大规模培养微藻；对水玻璃旧砂进行多次取样，待水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且水体的pH值低于9时，停止培养；缓慢排出培养池内的水，获得微藻与再生砂，微藻经过干燥后可用作饵料、硅肥等。
实例3：
在多雨时期，以旧砂堆放地的旧砂为底构建池塘；池塘中心区域预埋一根空心管用于旧砂脱膜率测试取样，塑管的直径为80mm；旧砂上表面、池壁铺一层完整塑料膜，预埋管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，靠近池壁部分的塑料膜上用细针扎洞，孔洞直径为0.05mm，形成培养池；向塑料膜组成的培养池中注入地下水，水可通过孔洞渗透进入水玻璃旧砂内，将水玻璃旧砂浸泡，水体深度为1m，并投入营养盐：尿素为0.05g/L，K2HPO4为0.04g/L，MgSO4为0.07g/L，CaCl2为0.02g/L，KH2PO4为0.08g/L；将微藻群落(针杆藻，直链藻，舟形藻，星杆藻)投放到培养池内，微藻群落的投放量为2×107个/L，并大规模培养微藻；当水位上升到1.5m时，开启排灌水***，维持水位在1.6m以内，对水玻璃旧砂进行多次取样，待水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且水体的pH值低于9时，停止培养；缓慢排出培养池内的水，获得微藻与再生砂，微藻经过干燥后可用作饵料、硅肥等。
实例4：
在干旱时期，以旧砂堆放地的旧砂为底构建池塘；池塘中心区域预埋一根空心管用于旧砂脱膜率测试取样，塑管的直径为80mm；旧砂上表面、池壁铺一层完整塑料膜，预埋管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，靠近池壁部分的塑料膜上用细针扎洞，孔洞直径为0.05mm，形成培养池；向塑料膜组成的培养池中注入地下水，水可通过孔洞渗透进入水玻璃旧砂内，将水玻璃旧砂浸泡，水体深度为1.5m，并投入营养盐：尿素为0.05g/L，K2HPO4为0.04g/L，MgSO4为0.07g/L，CaCl2为0.02g/L，KH2PO4为0.08g/L；将微藻群落(针杆藻，直链藻，舟形藻，星杆藻)投放到培养池内，微藻群落的投放量为2×107个/L，并大规模培养微藻；当水位下降到1m时，开启排灌水***，维持水位在0.9m以上，对水玻璃旧砂进行多次取样，待水玻璃旧砂的脱膜率超过80％且水体的pH值低于9时，停止培养；缓慢排出培养池内的水，获得微藻与再生砂，微藻经过干燥后可用作饵料、硅肥等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建培养池；
步骤S2、向培养池内注入水，并向水内添加氮盐、磷盐、钾盐和镁盐得到培养基；
步骤S3、将微藻群落投放到培养基内并进行微藻培养；
步骤S4、对水玻璃旧砂进行取样并对水玻璃旧砂的脱膜率进行检测，当水玻璃旧砂的脱膜率超过90％且培养池内的水体的pH值低于9时，停止培养；
步骤S5、对培养池内的脱膜后的水玻璃旧砂进行干燥后得到原位再生砂。
2.如权利要求1所述的水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、以水玻璃旧砂堆放地为底构建池塘；
步骤S1.2、在池塘中心区域预埋一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管；
步骤S1.3、在水玻璃旧砂上表面和池塘侧壁铺设塑料膜，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂上表面的塑料膜上还设置有多个孔洞。
3.如权利要求2所述的水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于：所述孔洞的直径为0.01-1mm且设置在水玻璃旧砂上表面的塑料膜靠近池塘侧壁的区域。
4.如权利要求1所述的水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于：所述步骤S2中的培养基中含有0.01～0.1g/L的尿素，0.02～0.08g/L的K2HPO4，0.03～0.14g/L的MgSO4，0.01g～0.04g/L的CaCl2和0.04～0.16g/L的KH2PO4。
5.如权利要求1所述的水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于：所述步骤S3中的微藻群落中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的水玻璃铸造旧砂原位再生方法，其特征在于：所述步骤S3中培养基内的微藻群落含量为1.0×107～1×109个/L。
7.一种水玻璃铸造旧砂原位再生装置，其特征在于，包括培养池(1)和水玻璃旧砂(2)，所述水玻璃旧砂(2)位于培养池(1)底部，所述培养池(1)内放置有培养基(3)，所述培养基内放置有微藻群落(4)，所述培养池(1)为以原有水玻璃旧砂堆放地为底构建的池塘，所述培养池(1)用于在原有场地上对旧砂进行原位再生处理。
8.根据权利要求7所述的水玻璃铸造旧砂原位再生装置，其特征在于，所述培养池(1)为以水玻璃旧砂堆放地为底构建的池塘，且在池塘中心区域预埋有一根用于水玻璃旧砂脱膜率的测试取样的空心管(5)；在水玻璃旧砂上表面和池塘侧壁铺设有塑料膜(6)，空心管外壁与塑料膜通过防水胶无缝结合，水玻璃旧砂(2)上表面的塑料膜(6)上还设置有多个孔洞(7)。
9.根据权利要求7所述的水玻璃铸造旧砂原位再生装置，其特征在于，所述微藻群落(4)中的藻类包括针杆藻、舟形藻、羽纹藻、星杆藻、直链藻、小环藻、脆杆藻、根管藻和双菱藻中的一种或多种。
10.根据权利要求7所述的水玻璃铸造旧砂原位再生装置，其特征在于，所述培养池内还设置有排灌及加热***(8)，所述排灌及加热***用于向培养池内放水或抽水，向培养池充气或抽气，以及对培养基(3)进行加热。
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