摘要：對4種產地石英砂的發氣性能、容重、粒度、抗拉強度及其受熱再生作用的影響規律進行實驗研究，證實石英砂的上述工藝性能因產地不同而不同，且隨熱再生次數的增加，上述工藝性能具有一定的變化規律。這些規律表明熱再生對石英砂的主要工藝性能不僅不會產生負面影響，且會更有利于提高產品品質, 為熱法再生技術的應用提供可靠的技術依據。
舊砂再生是舊砂的再利用。熱再生后的石英砂各種工藝性能與原砂相比會有哪些不同？舊砂多次熱再生和循環使用，是否可以保證其各種性能滿足工藝要求。通過大量的實驗，就熱法再生對石英砂工藝性能的影響進行了較系統的研究。從而為熱再生石英砂的應用提供了科學依據。
1 幾種實驗用石英砂的選擇和熱再生
在研究過程中，考慮到研究對象應具有一定的代表性和廣泛的地域分布，取大林石英砂、平潭石英砂、圍場石英砂和牟平石英砂作為研究對象。將以上4產地的石英砂分別以其原砂、一次至六次熱再生砂為實驗樣砂。其中，原砂為各不同產地的市場銷售商品石英砂，未經任何其他處理。一次至六次熱再生砂是將各種原砂在800℃下進行熱再生，經過一至六次工作循環而分別獲得。
2 試驗方法及測試結果分析
2.1 發氣性研究
分別取上述4種產地石英砂的原砂以及各次熱再生砂測試其發氣性，其發氣性——熱再生次數關系曲線見圖1 。分析曲線可以看出：
(1) 經過熱再生后的石英砂發氣性明顯降低；而從一次熱再生到六次熱再生的過程中，砂子發氣性基本穩定在一個較低的水平，熱再生砂的發氣性基本不再受熱再生次數的影響。
(2) 不同產地石英砂的發氣性能與熱再生次數的關系具有相同的變化趨勢。其中，同屬風積砂的大林砂和圍場砂經過熱再生后的發氣量仍然高于1mL/g，而同屬海砂的平潭砂和牟平砂熱再生后的發氣性能均低于1mL/g。說明石英砂的原始生成環境對其熱再生砂的發氣性有一定的影響。
(3) 4產地石英砂原砂的發氣量均在2.8～3.6mL/g之間。而各類型砂的發氣量見表1。將兩者對比可以看出，新砂發氣性占相應型砂發氣性的14%～34%，是影響型砂發氣性不可忽視的因素。
表1 各種石英砂型砂的發氣量（經驗值）
| 型砂種類 | 覆膜砂 | 合脂砂 | 樹脂砂 | 粘土砂 |
| 發氣量/(mL·g-1) | 18-20 | 20 | 13-14 | ＜10 |
2.2 容重研究
分別取大林砂、平潭砂、圍場砂和牟平砂的原砂、及一次至六次熱再生砂，考察其容重。用測得的實驗數值，作出各砂樣的容重與熱再生次數關系曲線見圖2。由曲線圖可以看出：
(1) 4種砂樣的容重有明顯的不同。其中同屬于風積砂的大林砂和圍場砂，其容重較大；而同屬海砂的平潭砂和牟平砂的容重數值較小，牟平砂的容重小。
(2) 隨著熱再生次數的增加，4種產地石英砂的容重都略有上升。并且，新砂在經過第一熱再生后容重的增加幅度大，而一次熱再生到六次熱再生之間的砂樣容重增加幅度變小，曲線趨于平緩。
分析認為，以上現象產生的主要原因是：形狀不規則的砂粒在熱再生過程中，尖角部位逐漸磨失，砂粒形狀變得更加圓整。顯微鏡下的觀察結果支持了這一分析。這樣，自然堆積狀態下，原先由于尖角相互支撐而形成的間隙就會減少，容重得以提高。容重的增加標志著砂子的角形系數有所降低，表面積減小，鑄造工藝性能得到了改善。
2.3 粒度研究
分別稱取50g經過烘干后的新砂、一次熱再生砂和六次熱再生砂進行粒度實驗，結果分別見表2、圖3、圖4。
(1) 表2中看出：各砂樣的四篩重量百分比隨熱再生次數的增加沒有表現出明顯的變化趨勢。
表2 4篩百分比 ω（%）
| 砂樣 | 大林砂 | 平潭砂 | 圍場砂 | 牟平砂 | ||||
| 粒度分布 | 4篩百分比 | 粒度分布 | 4篩百分比 | 粒度分布 | 4篩百分比 | 粒度分布 | 4篩百分比 | |
| 新砂 | 50/140 | 95.5 | 50/140 | 94.6 | 50/140 | 89.6 | 40/100 | 95.7 |
| 一次熱再生砂 | 50/140 | 95.4 | 40/140 | 97.8 | 50/140 | 89.5 | 40/100 | 96.3 |
| 六次熱再生砂 | 50/140 | 96.1 | 50/140 | 93.5 | 70/200 | 89.1 | 40/100 | 97.1 |
(2) 由圖3～圖4看出，熱再生對石英砂的粒度沒有產生明顯的影響，由于在熱再生過程中的圓整作用，砂子較大顆粒群的質量稍有降低。
3 抗拉強度研究
按樹脂占砂重的1.2%、固化劑占樹脂重量的50%的比例，用各種砂樣混制呋喃自硬樹脂砂，制成標準八字試樣，放置24h后，在SWY型液壓萬能強度試驗儀上進行拉伸，每一種試樣分別做了14次拉斷實驗。將實驗所測得的各次拉應力的平均值，繪制成抗拉強度與再生次數的關系曲線見圖5。
(1)同樣的配方下，3產地石英砂原砂的抗拉強度存在明顯的差別，其大小順序依次為大林砂、圍場砂、牟平砂。
(2)3種石英砂經過反復熱再生后，其抗拉強度普遍有所提高。
分析認為，熱再生后樹脂砂的抗拉強度提高的主要原因是：各種石英砂在開采、加工、運輸和儲存的過程中，因受到無機物或有機物的污染，砂粒表面會附著一層與其機體物理化學性質不同的吸附膜，而吸附膜中的Na、K、Mg等含量較高。在熱再生過程中，高溫作用會將他們牢固地燒結在砂粒表面，相應增強了吸附膜的內聚力及其與砂粒機體的結合強度。從而改善了砂粒表層物質與粘結劑的相互作用關系，使得抗拉強度得到了提高。圖6示意兩砂粒之間的結合結構由4個層次構成：砂粒機體一包覆膜一粘結劑—包覆膜一砂粒機體間的結合。熱再生改變了包覆膜物理化學性質，使得圖中1號和2號位置的結合力得到了加強。從而增加了砂粒間的結合強度。
4 結論
(1)石英砂原砂的發氣性占型砂發氣性的14%~34%，是影響型砂發氣性的重要因素之一。
(2)熱再生對石英砂的發氣性和容重有明顯的影響。熱再生石英砂的發氣性能降低，容重增加，有利于提高石英砂的鑄造工藝性能。
(3)熱再生對石英砂的粒度稍有影響，但不影響其鑄造工藝性能。
(4)熱再生砂和新砂相比其抗拉強度提高明顯，但隨再生次數的增加，變化趨緩。
