Рециклинг в литье по выплавляемым моделям

Применение технологии наливных самотвер-деющих смесей на цементном связующем становится перспективным с позиции дальнейшей утилизации отходов отработанных материалов. Преимущество цементной смеси перед другими способами изготовления точных отливок является возможность ее повторного использования после выбивки – замкнутый цикл использования формовочных материалов (рециклирование).

Возможность рециклинга отработанной цементной формовочной смеси подтверждается результатами проведенного рентгенофазового анализа на дифрактометре «Дрон-3М». Рентгенограммы показали, что при температуре 1100 °C система полностью теряет воду в связанном виде. Основу материала составляет трехкальциевый силикат

3СаО ⋅ SiO 2 и двукальциевый силикат β -2СаО ⋅ SiO 2 , которые могут снова взаимодействовать с водой. Имеются интенсивные лини и извести CaO. На основании этого можно сдела т ь вывод, что цемент сохранил минералогический состав и способен гидратировать повторно.

Также были проведены и с следования н а растровом электронном микроскоп е JEOL JSM-6460 LV (см. рисунок). Они показали, что на поверхности частиц рециклированной смеси имеются остатки гидратированного цемента, которые могут сыграть рол ь микровключений в матричном материале, образовать каркас и помочь быстрее соз д ать прочную структуру.

Согласно теории Байкова о процессе твердения вяжущих веществ транс ф ормация цементного

Рециклированная песчано-цементная смесь

геля в твердое тело обусловливается образованием новых фаз (кристаллогидратных комплексов) в результате взаимодействия цемента с водой. Этот сложный процесс начинается с образования пересыщенного раствора, в котором затем возникают кристаллические зародыши (центры кристаллизации). Продолжительность кристаллизационного периода зависит от степени пересыщения, природы кристаллизующегося вещества и растворителя, содержания в растворе различных твердых частиц. После дробления и измельчения отработанная смесь содержит значительную часть пылевидной фракции, которая образуется в результате термодеструкции и механической деформации. При добавлении рециклированных материалов в песчаноцементную смесь можно ускорить процесс твердения формы за счет введения тонкодисперсных частиц, обладающих свойством адсорбировать на своей поверхности кристаллогидраты цемента. Таким образом, при затворении водой формовочной смеси с добавкой рециклированных материалов процесс кристаллизации ускоряется за счет присутствия твердых частиц кварца с развитой поверхностью. Возникновение и рост кристаллогидратов цемента происходит легче и быстрее в присутствии на ранней стадии гидратации самостоятельно существующих зародышей, играющих роль центров кристаллизации. Это позволяет более чем в два раза уменьшить в предлагаемой смеси содержание наиболее дорогостоящего компонента – ускорителя схватывания – нитрата алюминия, по сравнению со смесью из свежих материалов, и при этом увеличить производительность изготовления качественных цементных форм. Перед использованием отработанную смесь необходимо подвергнуть дроблению до зернистости свежего диспергированного наполнителя (мелкодисперсного кварцевого песка).

Экспериментально подобран количественный состав ингредиентов формовочной смеси на основе рециклированных отходов, мас. %: мелкодисперсный кварцевый песок – 28,9–44,1; рециклированная цементная смесь – 11,0–32,4; портландцемент – 10,8–18,2; нитрат алюминия девятиводный – 0,6–1,5; вода – остальное.

Формовочная смесь на основе рециклированных материалов обеспечивает получение высококачественных отливок, преимущественно сложнопрофильных за счет оптимальных технологических и физико-механических свойств форм и стержней и стабильности техпроцесса их изготовления. Технологический процесс на основе рециклированных материалов является высокопроизводительным и ресурсосберегающим, себестоимость изготовления изделий ниже, чем при аналогичных способах.