铸造湿型砂、环保型碳质添加剂及其制备工艺制造技术

本公开提供了一种铸造湿型砂、环保型碳质添加剂及其制备工艺。所述环保型添加剂包括微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣，所述微晶石墨按质量占比60～80％，提钛渣提取物按质量占比0～20％，煤气化渣按质量占比0～20％，所述提钛渣提取物由提钛渣浮选得到且含有的固定碳质量百分含量为40～60％。所述铸造湿型砂包括100质量份的石英砂、8～10质量份的钠基膨润土以及3～7质量份的环保型碳质添加剂。本公开的原料包含提钛渣提取物和煤气化渣，能够实现废物回收利用，成本低廉；在高温下释放的有害气体显著减少，环境危害降低；具有较低的热膨胀率，能够有效减少铸件变形；可显著提高粘结剂与石英砂之间的结合力，提高湿压强度。

【技术实现步骤摘要】
铸造湿型砂、环保型碳质添加剂及其制备工艺
本公开涉及碳材料和环境保护领域，特别地，涉及一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂、该铸造湿型砂用环保型碳质添加剂的制备工艺、包括该铸造湿型砂用环保型碳质添加剂的铸造湿型砂以及铸造湿型砂试样的制备方法。
技术介绍
碳质添加剂，是铸造湿型砂的重要组成部分，其作用是防止铸件表面粘砂和产生气孔，使铸件表面光滑。在传统的湿型砂铸造中，一般会加入煤粉来改善的铸件的质量。但是煤粉存在如下的缺陷：(1)由于煤粉是由工业用煤加工而来，而工业用煤是一种很重要的能源材料，且煤粉对于材料的要求比较高，必须是优质煤，如果继续大量使用煤粉，将会对能源造成很大的浪费；(2)煤粉的光亮碳生成率较低，在铸造生产中为了得到优质的铸件，需要加入大量的煤粉，会导致型砂透气性降低，对工艺及铸件造成影响；(3)一般铸造用煤粉成分复杂，在高温浇铸时，煤粉会热解释放大量有毒有害气体，对人体和环境造成严重的污染。因此，亟需开发性能优异且环境友好型的碳质添加剂。
技术实现思路
本公开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，本公开的目的之一在于提供一种环保型碳质添加剂，以解决采用现有的碳质添加剂进行铸造的成本高昂、危害环境及人体的问题。为了实现上述目的，本公开的一方面提供了一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，所述环保型添加剂包括微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣，其中，所述微晶石墨按质量百分比计占60～80％，提钛渣提取物按质量百分比计占0～20％，煤气化渣按质量百分比计占0～20％，所述提钛渣提取物由提钛渣浮选得到，所述提钛渣提取物中的固定碳质量百分含量为40～60％。在本公开的一个示例性实施例中，所述环保型碳质添加剂的固定碳的质量百分含量可以为65～83％，所述微晶石墨的固定碳质量百分含量可以为78～83％，所述提钛渣提取物的固定碳质量百分含量可以为45～55％，所述煤气化渣的固定碳质量百分含量可以为6～15％。在本公开的一个示例性实施例中，所述铸造湿型砂用环保型碳质添加剂中的矿物相可包括结晶相和非结晶相，结晶相的质量百分含量可以为85～92％，非结晶相的质量百分含量可以为8～15％，其中，主晶相可以为石墨相碳，副晶相可包括类石墨相碳。在本公开的一个示例性实施例中，所述微晶石墨中的石墨相碳质量百分含量可以为98～100％；所述提钛渣提取物和煤气化渣可均包括结晶相和非结晶相，所述提钛渣提取物中的结晶相的质量百分含量可以为75～85％，所述煤气化渣中的结晶相的质量百分含量可以为15～25％。在本公开的一个示例性实施例中，所述微晶石墨包含石墨相碳，石墨化度可以为93～98％；所述提钛渣提取物包含类石墨相碳，类石墨化度可以为38～53％；所述煤气化渣包含类石墨相碳，类石墨化度可以为47～52％。在本公开的一个示例性实施例中，所述环保型碳质添加剂与铸造用石英砂和膨润土成型后在0～1200℃温度范围内的热膨胀率可不高于1.5％。在本公开的一个示例性实施例中，所述环保型碳质添加剂在1000℃下释放的有害气体可仅含有少量苯、取代苯和多环芳烃。本公开的另一方面提供了一种制备如上所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂的方法，所述方法包括：将含有微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣的原料磨细，得到粒径<75μm的粉体；将微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣粉料按质量比为60～80：0～20：0～20混合均匀，得到铸造湿型砂用环保型碳质添加剂。本公开的又一方面提供了一种铸造湿型砂，所述铸造湿型砂包括100质量份的石英砂、8～10质量份的钠基膨润土以及3～7质量份的环保型碳质添加剂，其中，所述环保型碳质添加剂为如上所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，所述石英砂为70～140目。本公开的再一方面提供了一种铸造湿型砂试样的制备方法，所述制备方法包括：将100质量份的石英砂、8～10质量份的钠基膨润土以及3～7质量份的环保型碳质添加剂投入混砂机中进行混砂，用锤击式制样机制成50mm±1％的圆柱型试样，30mm±1％条形试样，其中，试样紧实率控制为45±2％，所述环保型碳质添加剂为如上所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂。与现有技术相比，本公开的有益效果包括：(1)本公开包含提钛渣提取物和煤气化渣，能够实现废物回收利用，成本低廉。(2)本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂在高温下释放的气体总量仅为煤粉的10％左右，其中，有害气体仅含有少量的苯、取代苯和多环芳烃(PAHs)，且不包含苊烯、芴、蒽以及酚类等，环境危害显著降低。(3)本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂具有较低的热膨胀率，能够有效提升铸件质量，防止铸件变形。(4)本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂可显著提高粘结剂与石英砂之间的结合力，提高湿压强度。附图说明图1为本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂的X射线衍射图。图2为本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂的热膨胀率随温度变化曲线图。图3为本公开的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂用于铸造铝制铸件效果图。具体实施方式在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本公开的一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂及其制备工艺。根据本公开一方面的示例性实施例，提供了一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，该环保型碳质添加剂主要由三种原料混合而成，具体地，以微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣为主要原料。其中，按质量百分比计，微晶石占60～80％，提钛渣提取物占0～20％，煤气化渣按占0～20％，且各组分之和为百分之百。例如，按质量百分比计，微晶石占61％～79％，提钛渣提取物占1～19％，煤气化渣按占1～19％。例如，按质量百分比计，微晶石占65％～75％，提钛渣提取物占5～15％，煤气化渣按占5～15％。其中，微晶石墨是由微小的天然石墨晶体构成的致密状集合体，可具有碳含量高(例如，碳含量可高达83％)、润滑性好、高温状态下物理化学性能稳定以及硫含量低等优点。微晶石墨在浇铸过程中，经高温加热仅产生少量还原性气体，因而散发污染气体少，对环境的危害小。此外，由于微晶石墨具有良好的自润滑作用，可提高型砂的紧实流动性，改善型砂起模性能，因此可以作为理想的煤粉代用材料。提钛渣是由含钛高炉渣经“高温碳化-低温选择性氯化”提钛工艺处理后得到的一种二次高炉渣，可含有一定比例(例如，质量百分含量为5～8％)的碳。例如，采用浮选的工艺可得到提钛渣提取物。提钛渣提取物中的固定碳质量百分含量可以达到40～60％。提钛渣提取物所含的碳主要为类石墨相碳(具有一定的石墨化度，如41.51％)，且热膨胀率低，因此可作为型砂中替代煤粉的材料。煤气化渣为煤气化过程中的副产物，主要由非晶态玻璃相及少量结晶矿物质组成，其中结晶相含量可以达到67％以上，由于原煤种类复杂多变以及煤气化工艺的差异，造成煤气化渣成分较为复杂，但该副产物中含有质量百分含量为5～20％的类石墨相碳(具有较高的石墨化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述环保型添加剂包括微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣，其中，所述微晶石墨按质量百分比计占60～80％，提钛渣提取物按质量百分比计占0～20％，煤气化渣按质量百分比计占0～20％，所述提钛渣提取物由提钛渣浮选得到，所述提钛渣提取物中的固定碳质量百分含量为40～60％。/n

【技术特征摘要】
1.一种铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述环保型添加剂包括微晶石墨、提钛渣提取物和煤气化渣，其中，所述微晶石墨按质量百分比计占60～80％，提钛渣提取物按质量百分比计占0～20％，煤气化渣按质量百分比计占0～20％，所述提钛渣提取物由提钛渣浮选得到，所述提钛渣提取物中的固定碳质量百分含量为40～60％。


2.根据权利要求1所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述环保型碳质添加剂的固定碳的质量百分含量为65～83％，所述微晶石墨的固定碳质量百分含量为78～83％，所述提钛渣提取物的固定碳质量百分含量为45～55％，所述煤气化渣的固定碳质量百分含量为6～15％。


3.根据权利要求1所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述铸造湿型砂用环保型碳质添加剂中的矿物相包括结晶相和非结晶相，结晶相的质量百分含量为85～92％，非结晶相的质量百分含量为8～15％，其中，主晶相为石墨相碳，副晶相包括类石墨相碳。


4.根据权利要求1所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述微晶石墨中的石墨相碳质量百分含量为98～100％；所述提钛渣提取物和煤气化渣均包括结晶相和非结晶相，所述提钛渣提取物中的结晶相的质量百分含量为75～85％，所述煤气化渣中的结晶相的质量百分含量为15～25％。


5.根据权利要求1所述的铸造湿型砂用环保型碳质添加剂，其特征在于，所述微晶石墨包含石墨相碳，石墨化度为93～98％；所述提钛渣提取物包含类石墨相碳，类石墨化度为38～53％；所述煤气化渣包含类石墨相...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭同江，孙红娟，秦亚婷，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51