(57)【要約】【課題】  簡便な方法により、回収された鋳物砂を再生処理することが可能な鋳物砂の再生処理方法を提供すること。【解決手段】  回収された鋳物砂型を細かく砕いて、鋳物砂の粉砕物とする粉砕工程、  得られた鋳物砂の粉砕物を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌することにより、該鋳物砂より、それに付着したバインダーを分離する混合工程、  バインダーが分離された鋳物砂を回収し、加熱乾燥する工程を含む、鋳物砂の再生処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収された鋳物砂型を細かく砕いて、鋳物砂の粉砕物とする粉砕工程、
得られた鋳物砂の粉砕物を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌することにより、該鋳物砂より、それに付着したバインダーを分離する混合工程、
バインダーが分離された鋳物砂を回収し、加熱乾燥する工程
を含む、鋳物砂の再生処理方法。
【請求項２】
前記バインダーが無機バインダーである、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記無機バインダーが珪酸ソーダである、請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記珪酸ソーダが一般式：Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（ｎは０．５乃至４．０を表す。）で表される、請求項３に記載された方法。
【請求項５】
前記無機バインダーが、一般式：ｘＳｉＯ2・ｙＭ2Ｏ・ｚＨ2Ｏ（ＭはＬｉ+、Ｋ+またはＮａ+のアルカリイオン）で表されるアルカリ珪酸塩水溶液からなる水ガラスベースのバインダーであって、該バインダーには吸湿剤としてナトリウム含有物が、ナトリウム含有物と前記アルカリ珪酸塩水溶液との比が１：４乃至１：６となるよう加えられ、バインダーにはさらに２５０℃以上の沸騰点を有するシリコンオイルが界面活性剤としてエマルションの型で添加され、該エマルション中におけるシリコンオイルの含有量はバインダーの質量の８％乃至１０％である、請求項２に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物砂の再生処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造後の鋳物砂を回収し、該鋳物砂の表面に付着したバインダーを除去する再生処理を行った上で、再生鋳物砂として再度鋳造に使用することは公知であり、例えば、湿式再生法、加熱式再生法、及び乾式再生法が提案されている。
しかし、上記湿式再生法では、汚水処理装置を必要とし、そのために設備費がかかり、又再生費もかさむ。また再生処理後は砂を乾燥させる必要もある。また、上記加熱式再生法では、燃焼設備、空冷設備を必要とし、またダイオキシン類などを含む排ガスの揮散が問題となる。さらに、乾式再生法では、遠心力を利用して砂粒間に摩擦を与え砂粒表面に付着しているバインダー等を除く方法が一般的に普及している。しかし、この方法では、再生効率を高めようとすると、砂の破砕、細粒化などにより歩留まりが低下し、回収した鋳物砂１トン当たりの動力原単位も大きくなる。また細粒骨材に対しては再生処理が困難で、更には最近多用されるようになってきた耐火性粒状人工骨材に対しては、再生処理後も鋳型強度が向上しない場合があった。
そこで、上記事情から、鋳物砂の再生方法の改善について種々の提案がなされており、例えば、１００℃以上に加熱された水と接触させる工程を有する回収鋳物砂の再生方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７８１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された再生方法は、不純物の除去率が高く鋳物品質及び鋳型強度の向上させることができるが、回収した鋳物砂を高温・高圧処理するため、操作面及び設備面の観点から、該方法を工業的に利用するのは難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特別な操作及び設備を必要とせずに、簡便な方法により、回収された鋳物砂を再生処理することが可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、鋳物砂を特定温度の水中で混合撹拌し、該鋳物砂に付着したバインダーを分離することにより、鋳物砂を再生することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
［１］回収された鋳物砂型を細かく砕いて、鋳物砂の粉砕物とする粉砕工程、
得られた鋳物砂の粉砕物を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌することにより、該鋳物砂より、それに付着したバインダーを分離する混合工程、
バインダーが分離された鋳物砂を回収し、加熱乾燥する工程
を含む、鋳物砂の再生処理方法、
［２］前記バインダーが無機バインダーである、［１］に記載された方法、
［３］前記無機バインダーが珪酸ソーダである、［２］に記載された方法、
［４］前記珪酸ソーダが一般式：Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（ｎは０．５乃至４．０を表す。）
で表される、［３］に記載された方法、
［５］前記無機バインダーが、一般式：ｘＳｉＯ2・ｙＭ2Ｏ・ｚＨ2Ｏ（ＭはＬｉ+、Ｋ+またはＮａ+のアルカリイオン）で表されるアルカリ珪酸塩水溶液からなる水ガラスベースのバインダーであって、該バインダーには吸湿剤としてナトリウム含有物が、ナトリウム含有物と前記アルカリ珪酸塩水溶液との比が１：４乃至１：６となるよう加えられ、バインダーにはさらに２５０℃以上の沸騰点を有するシリコンオイルが界面活性剤としてエマルションの型で添加され、該エマルション中におけるシリコンオイルの含有量はバインダーの質量の８％乃至１０％である、［２］に記載された方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法により再生された鋳物砂は、未使用の新しい鋳物砂（本明細書では、「新砂」とも記載する。）と同程度若しくはこれに匹敵する曲げ強度を有し、有利に再利用することができる。例えば、再利用において、再生された鋳物砂と新砂との混合物だけでなく、再生された鋳物砂それ単独でも、通常の鋳物砂と同様に再使用することができる。
また、本発明の方法により再生された鋳物砂は、曲げ強度のばらつきが少ないため、本発明の方法は回収された鋳物砂を品質が安定した鋳物砂に再生することができる。
さらに、本発明の方法は、回収した鋳物砂を高温・高圧処理する、従来の再生プロセスと比較して、操作が簡便であり、また特別な設備を必要としないため、コストも低減することができ、環境に優しい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、曲げ強度測定に用いた抗折力試験機の曲げ試験治具の写真である。
【図２】図２は、曲げ強度測定の模式図である。
【図３】図３は、曲げ強度測定において、新砂と各水温で再生処理された砂との強度関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、回収された鋳物砂型を細かく砕いて、鋳物砂の粉砕物とする粉砕工程、得られた鋳物砂の粉砕物を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌することにより、該鋳物砂より、それに付着したバインダーを分離する混合工程、バインダーが分離された鋳物砂を回収し、加熱乾燥する工程を含む、鋳物砂の再生処理方法に関する。
【００１０】
［粉砕工程］
本発明の方法の粉砕工程では、回収された鋳物砂型を細かく砕いて、鋳物砂の粉砕物とする。
＜鋳物砂＞
上記工程に用いられる鋳物砂としては、従来から鋳型用に用いられている耐火性粒状材料を特に制限なく使用することができ、例えば、ケイ砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、合成ムライト砂、及びアルミナ系骨材粒子を挙げることができる。これらの鋳物砂は単独であってもよいし、二種以上の組合せであってもよい。その中でも、アルミナ系骨材粒子が好ましい。
【００１１】
また、上記工程に用いられる鋳物砂は、鋳物砂として鋳型の造型に一回或いは複数回使用して再生された鋳物砂であっても、更には、そのような再生された鋳物砂と新砂との混合物であってもよい。鋳物砂が、再生された鋳物砂と新砂との混合物である場合、再生された鋳物砂と新砂との割合は、再生された鋳物砂の質量に対して、新砂は０．０１乃至１０倍量であり、好ましくは０．１乃至１０倍量であり、より好ましくは１乃至１０倍量である。
【００１２】
＜粉砕方法＞
鋳物砂型を粉砕する方法としては、該鋳物砂型を粉砕することができれば、特に制限はなく、公知の鋳物砂型の粉砕方法を用いることができる。そのような粉砕方法としては、例えば、粉砕機による粉砕が挙げられる。
【００１３】
［混合工程］
本発明の方法の混合工程では、得られた鋳物砂の粉砕物を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌することにより、該鋳物砂より、それに付着したバインダーを分離する。
＜特定温度の水＞
上記工程において用いられる水の温度としては、通常、５℃乃至７０℃であり、本発明の方法により再生された鋳物砂が、新砂と同程度若しくはこれに匹敵する曲げ強度を十分に有するものとする観点、及び回収された鋳物砂を品質がより安定した鋳物砂に再生するとする観点から、好ましくは１０℃乃至５０℃であり、より好ましくは１０℃乃至４０℃である。
また、水の使用量は、鋳物砂に付着したバインダーを十分に除去することができれば、特に制限はなく、鋳物砂の質量に対して、０．５乃至１００倍量であり、好ましくは０．５乃至５０倍量であり、より好ましくは１乃至３０倍量である。
【００１４】
＜撹拌方法＞
粉砕した鋳物砂を水と撹拌する方法としては、鋳物砂に付着したバインダーを除去することができれば、特に制限はなく、公知の撹拌方法を用いることができる。そのような撹拌方法としては、例えば、撹拌機による撹拌が挙げられる。
撹拌条件は、鋳物砂、及び該鋳物砂に付着したバインダーの種類によって変動するため一概に規定することができないが、鋳物砂に付着したバインダーを十分に除去する観点、及び撹拌により鋳物砂の粒径が不均一になることを防止する観点から、撹拌機の回転数は、３０乃至３００ｒｐｍであり、好ましくは４０乃至２５０ｒｐｍであり、より好ましくは５０乃至２００ｒｐｍである。また、撹拌時間は、５分乃至６０分であり、好ましくは１０分乃至５０分であり、より好ましくは１５分乃至４０分間である。撹拌条件は、使用する撹拌機によって、上記撹拌機の回転数及び撹拌時間から適宜選択される。
【００１５】
＜バインダー＞
上記混合工程により、鋳物砂より分離されるバインダーとしては、無機バインダー、及び有機バインダーが挙げられる。
前記無機バインダーとしては、粘土、珪酸ソーダ（水ガラス）、シリカゾル、硫酸塩、リン酸塩、及び硝酸塩を挙げることができる。これらの無機バインダーは単独であってもよいし、二種以上の組合せであってもよい。
【００１６】
その中でも、無機バインダーとしては、珪酸ソーダ（水ガラス）が好ましく、一般式：Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（ｎは０．５乃至４．０を表す。）で表される珪酸ソーダがより好ましい。
このような珪酸ソーダとしては、ナトリウム酸化物と二酸化ケイ素とのモル比（上記一般式におけるｎの値）によって、分類され、オルト珪酸ソーダ［Ｎａ4ＳｉＯ4（Ｎａ2Ｏ・０．５ＳｉＯ2：ｎ＝０．５）］、メタ珪酸ソーダ［Ｎａ2ＳｉＯ3（Ｎａ2Ｏ・ＳｉＯ2：ｎ2＝１）］などが挙げられる。
また、珪酸ソーダとしては、珪酸ソーダ１号［Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5（Ｎａ2Ｏ・２ＳｉＯ2：ｎ＝２）］、珪酸ナトリウム２号［Ｎａ4Ｓｉ5Ｏ12（Ｎａ2Ｏ・２．５ＳｉＯ2：ｎ＝２．５）］、珪酸ソーダ３号［Ｎａ2Ｓｉ3Ｏ7（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2：ｎ＝３）］、及び珪酸ソーダ４号［Ｎａ2Ｓｉ4Ｏ9（Ｎａ2Ｏ・４ＳｉＯ2：ｎ＝４）］なども挙げられる。
【００１７】
また、無機バインダーとしては、一般式：ｘＳｉＯ2・ｙＭ2Ｏ・ｚＨ2Ｏ（ＭはＬｉ+、
Ｋ+またはＮａ+のアルカリイオン）で表されるアルカリ珪酸塩水溶液からなる水ガラスベースのバインダーであって、該バインダーには吸湿剤としてナトリウム含有物が、ナトリウム含有物と前記アルカリ珪酸塩水溶液との比が１：４乃至１：６となるよう加えられ、バインダーにはさらに２５０℃以上の沸騰点を有するシリコンオイルが界面活性剤としてエマルションの型で添加され、該エマルション中におけるシリコンオイルの含有量はバインダーの質量の８％乃至１０％であるバインダーが好ましい。
【００１８】
上記水ガラスベースのバインダーは、一般式、ｘＳｉＯ2・ｙＭ2Ｏ・ｚＨ2Ｏ（ＭはＬｉ+、Ｋ+またはＮａ+のアルカリイオン）で表されるアルカリ珪酸塩水溶液あるいは水性のアルカリ珪酸塩溶液からなり、付加的に吸湿剤（湿気付与剤）を含有することを特徴とする。
【００１９】
吸湿剤はナトリウム含有物であり、アルカリ珪酸塩水溶液からなるバインダーに１：４乃至１：６の割合、すなわち、吸湿剤１に対してバインダー４の割合乃至吸湿剤１に対してバインダー６の割合で加えられる。好ましい実施形態として、アルカリ珪酸塩水溶液あるいは水性のアルカリ珪酸塩溶液中のＮａ2Ｏ／ＳｉＯ2の率（質量比率）が、２．５乃至３．５（固型分：２０％乃至４０％）であれば、ある操業条件の下で、早期に硬化するのを防止することが可能である。好ましい実施形態によれば、ナトリウム含有物の３０％水溶液の吸湿剤を提供することが提案される。
【００２０】
吸湿性（湿気付与性）を制御することができるようにするために、界面活性剤を用いるのが好ましい。界面活性剤が、２５０℃以上の沸騰点を有するシリコンオイルの形でバインダーに添加された場合には、鋳物砂の流動性が顕著に改善される。有効な態様において、バインダーの質量に対して８乃至１０％のシリコンオイルを含むエマルションがバインダーに加えられる。
【００２１】
上記有機バインダーとしては、例えば、フラン樹脂、フェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂、フェノールウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やメチレンジアクリルアミド等の不飽和基を有する樹脂、澱粉、ゼラチン、及び糖類を挙げることができる。これらの有機バインダーは単独で添加してもよいし、二種以上の組合せで添加することもできる。その中でも、有機バインダーとしては、フラン樹脂、及びフェノール樹脂が好ましい。
【００２２】
上記バインダーの含有量は、鋳物砂に対して、好ましくは０．２乃至１０質量％、より好ましくは０．５乃至５質量％である。
【００２３】
［加熱乾燥工程］
本発明の方法の加熱乾燥工程では、バインダーが分離された鋳物砂を回収し、加熱乾燥させる。
回収された鋳物砂を乾燥する方法としては、鋳物砂を十分に乾燥することができれば、特に制限はなく、公知の乾燥方法を用いることができる。そのような乾燥方法としては、温風、マイクロ波や過熱蒸気による乾燥、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法等が挙げられる。
【実施例】
【００２４】
実施例における各使用試験機及び試験機条件は、以下のとおりである。
［１］水洗機：タケムラテック（株）製ＰＭ−１．５
［２］送風機：トラスコ中山（株）製ＨＪＦ−３００
［３］微粉除去機：日本鋳造（株）製ＨＳＭ１１１５
［４］混練機：大和化工機（株）製ＭＧ−１５０
［５］造型機：浪速製作所（株）製ＪＮＣ−５
造型条件
金型温度：１５０℃
ブロー圧：０．２５ＭＰａ
ブロー時間：３秒
ガッシング温度：１００℃
ガッシング圧：０．１５ＭＰａ
ガッシング時間：７秒
［６］乾燥機：Ｈａｉｅｒ製ＪＭ−１７Ｃ
［７］抗折力試験機：高千穂精機（株）製ＳＣ−２００Ｄ−Ｂ
曲げ試験測定条件
圧縮速度：５［ｍｍ／分］±５［％］（戻り速度  約５０［ｍｍ／分］）
圧縮板間隔：最大５５［ｍｍ］
試料台材質：Ｓ４５Ｃ
曲げ試験治具：スパン  ５０［ｍｍ］、３点曲げ試験用治具
【００２５】
［実施例１］
回収された鋳物砂型を細かく砕いたエスパール［登録商標］＃６０（山川産業(株)製、アルミナ系球状骨材）（熱入り砂：熱無し砂＝約７：約３）１０ｋｇ、及び５℃の水１０Ｌを水洗機に入れ、２０分間撹拌した（６０ｒｐｍ）。水洗後、エスパール［登録商標］＃６０と水を分離し、モルタルミキサーにエスパール［登録商標］＃６０を投入し、撹拌させながら、ポータブル送風機にダクトを繋げ上部から風を送り乾燥させた。次に、微粉乾燥機に乾燥させたエスパール［登録商標］＃６０を投入し、２０分間、該エスパール［登録商標］＃６０（熱無し砂）の再生と微粉除去を行った。
再生が完了したエスパール［登録商標］＃６０  １ｋｇを混練機に入れ、混練機を動かしながら、該エスパール［登録商標］＃６０  １ｋｇに対し、苛性ソーダ３２％を０．１％添加し、６０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。次に珪酸ソーダを１．１％添加し、４０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。最後にヒュームシリカを０．８％添加し、４０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。上記混練によりバインダー[商品名：ＡＷＢ４０（ミネルコ社製）］が付着したエスパール［登録商標］＃６０を造型機を用いて、サンプル[縦１０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍ]に造型した。そして、サンプルを乾燥機に入れ、２００Ｗ、３０秒で乾燥させた。
【００２６】
［実施例２］
５℃の水に替えて、１０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００２７】
［実施例３］
５℃の水に替えて、２０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００２８】
［実施例４］
５℃の水に替えて、３０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００２９】
［実施例５］
５℃の水に替えて、４０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３０】
［実施例６］
５℃の水に替えて、５０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３１】
［実施例７］
５℃の水に替えて、６０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３２】
［実施例８］
５℃の水に替えて、７０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３３】
［比較例１］
５℃の水に替えて、０℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３４】
［比較例２］
５℃の水に替えて、３℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３５】
［比較例３］
５℃の水に替えて、１００℃の水を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行って、サンプルを作製した。
【００３６】
［参考例］
新しいエスパール［登録商標］＃６０  １ｋｇを混練機に入れ、混練機を動かしながら、該エスパール［登録商標］＃６０  １ｋｇに対し、苛性ソーダ３２％を０．１％添加し、６０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。次に珪酸ソーダを１．１％添加し、４０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。最後にヒュームシリカを０．８％添加し、４０秒間混練（回転数：１８５ｒｐｍ）した。上記混練によりバインダー[商品名：ＡＷＢ４０（ミネルコ社製）］が付着したエスパール［登録商標］＃６０を造型機を用いて、サンプル[縦１０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍ]に造型した。そして、サンプルを乾燥機に入れ、２００Ｗ、３０秒で乾燥させた。
【００３７】
［曲げ強度測定］
参考例で作製したサンプルを１５分間放置し、サンプルの温度を室温にした。その後、サンプルをマイクロ波で加熱し、５分間放置した。そしてサンプルを抗折力試験機１の曲げ試験治具２上にセットし、サンプル３の上部からサンプルの中央部に圧子４により荷重をかけて曲げ強度を測定した（図２参照）。
また、実施例１乃至１１、及び比較例１乃至比較例３で作製した各サンプルについても、同様に曲げ強度を測定した。測定結果を下記表１乃至表１３、及び図３に示す。
【００３８】
【表１】
2015051446.tif 000002
【００３９】
【表２】
2015051446.tif 000003
【００４０】
【表３】
2015051446.tif 000004
【００４１】
【表４】
2015051446.tif 000005
【００４２】
【表５】
2015051446.tif 000006
【００４３】
【表６】
2015051446.tif 000007
【００４４】
【表７】
2015051446.tif 000008
【００４５】
【表８】
2015051446.tif 000009
【００４６】
【表９】
2015051446.tif 000010
【００４７】
【表１０】
2015051446.tif 000011
【００４８】
【表１１】
2015051446.tif 000012
【００４９】
【表１２】
2015051446.tif 000013
【００５０】
【表１３】
2015051446.tif 000014
【００５１】
表１乃至表９、表１３及び図３の結果から、本発明に係る鋳物砂の再生処理方法の混合工程において、バインダー[商品名：ＡＷＢ４０（ミネルコ社製）］が付着したエスパール［登録商標］＃６０を５℃乃至７０℃の水中において混合撹拌した場合、再生されたエスパール［登録商標］＃６０は、新砂であるエスパール［登録商標］＃６０（参考例）と同程度若しくはこれに匹敵する曲げ強度を示した。一方、表１、表１０乃至表１３、及び図３の結果から、バインダー[商品名：ＡＷＢ４０（ミネルコ社製）］が付着したエスパール［登録商標］＃６０を５℃未満である０℃（比較例１）及び３℃（比較例２）、並びに水温が７０℃を超える１００℃（比較例３）の水中において混合撹拌した場合、再生されたエスパール［登録商標］＃６０は、新砂であるエスパール［登録商標］＃６０（参考例）より、曲げ強度が劣っていた。
また、表１３より、実施例１乃至実施例８で作製したサンプルの曲げ強度の測定値幅は、比較例１乃至比較例３で作製したサンプルの曲げ強度の測定値幅と比べて、小さいため、曲げ強度のばらつきが小さく、再生処理された鋳物砂の品質が安定していた。一方、比較例１乃至比較例３で作製したサンプルの曲げ強度の測定値幅は大きいため、曲げ強度のばらつきが大きく、再生処理された鋳物砂の品質が不安定だった。
以上の結果より、本発明の方法により再生された鋳物砂は、新砂と同程度若しくはこれに匹敵する曲げ強度を有すること、及び本発明の方法は使用済みの鋳物砂を品質が安定した鋳物砂に再生することができることが明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１  抗折力試験機
２  曲げ試験治具
３  サンプル
４  圧子
５  試料台材質：Ｓ４５Ｃ
【図２】
2015051446.tif 000015
【図３】
2015051446.tif 000016
【図１】
2015051446.tif 000017