再生砂檢測技術詳解：原理、流程、分析與問題解決

引言
再生砂作為鑄造、建筑等領域循環經濟的核心材料，其性能穩定性直接影響終產品質量。系統的檢測是確保再生砂滿足復用標準的唯一途徑。本文將深入解析再生砂檢測的關鍵技術與實踐要點。

一、 檢測原理

再生砂檢測基于其關鍵性能參數，通過物理和化學方法評估其復用可靠性：

1. 顆粒組成分析：
   • 原理： 基于不同粒徑砂粒在重力、機械振動或氣流中的分離行為差異。
   • 目標： 量化原砂殘留率、再生砂生成率、細粉含量（<75μm或<20μm）、粒度分布（AFS細度數、平均粒徑）。粒度直接影響砂型的透氣性、強度和表面光潔度。
2. 灼燒減量：
   • 原理： 高溫灼燒（通常約1000°C）下，再生砂中殘留的有機粘結劑、碳化物、揮發分等可燃物質氧化分解并逸出。
   • 目標： 測定殘留可燃物總量（LOI%），是判斷再生砂純凈度的核心指標，直接影響新粘結劑的效能和鑄件氣孔缺陷。
3. 微粉含量測定：
   • 原理： 利用氣流或水力分級法，或精密篩分法，分離并定量極細小顆粒（通常<20μm或<75μm）。
   • 目標： 評估包裹砂粒、堵塞孔隙、降低透氣性和強度的惰性微粉含量。
4. 酸耗值：
   • 原理： 再生砂中堿性殘留物（如舊粘結劑分解產物、金屬氧化物CaO/MgO）與標準酸溶液反應消耗的酸量。
   • 目標： 量化再生砂殘留堿性物質，預測其對新粘結劑（尤其酸固化樹脂）固化速度、強度及鑄件表面質量的影響。
5. 強度檢測：
   • 原理： 將再生砂按標準配比與粘結劑混碾制成標準試樣，測定其抗壓、抗拉或抗剪強度。
   • 目標： 直接評估再生砂與新粘結劑結合后的粘結效能，判斷其復用后能否達到工藝要求的型砂強度。
6. 含水量：
   • 原理： 紅外干燥法或烘箱干燥法，精確測量砂樣中自由水和部分結合水的質量損失。
   • 目標： 控制再生砂水分含量（通常在標準混砂工藝下），過高會導致粘結劑失效、強度下降、氣孔缺陷。

二、 實驗步驟（通用參考流程，嚴格遵循相應標準）

1. 取樣：
   • 在再生砂處理系統關鍵節點（如再生后、冷卻后、入倉前）多點、定時取樣。
   • 使用專用取樣器，保證樣品代表性。按四分法或旋轉分樣器充分混合縮分，得到檢測所需量（通常數公斤）。
2. 樣品制備：
   • 將樣品置于干燥、清潔環境中冷卻至室溫。
   • 去除可見雜質（如金屬豆、大塊雜物）。測定含水量樣品需立即密封保存。
3. 檢測項目執行：
   • 粒度分析：
     1. 稱取定量砂樣。
     2. 按標準篩序（如主篩+底盤）組裝套篩。
     3. 在標準篩分機上振篩規定時間。
     4. 稱量各級篩上砂粒質量，計算百分比、AFS細度數、平均粒徑等。
   • 灼燒減量：
     1. 將空坩堝在高溫爐中灼燒至恒重，冷卻稱重。
     2. 稱取定量砂樣放入坩堝。
     3. 將裝有樣品的坩堝放入高溫爐，在指定溫度下灼燒指定時間。
     4. 取出坩堝，在干燥器中冷卻至室溫，稱重。
     5. 計算質量損失百分比（LOI%）。
   • 微粉含量：
     1. 氣流分級法： 使用專用氣流分級儀，設定特定氣流速度和時間分離微粉。
     2. 水洗法: 砂樣與水混合攪拌，靜置沉降，虹吸或過濾分離懸浮微粉，烘干稱重。
     3. 精密篩分法： 使用微孔篩進行濕法或干法篩分。
   • 酸耗值：
     1. 稱取定量砂樣放入錐形瓶。
     2. 加入定量標準鹽酸溶液。
     3. 振蕩或攪拌規定時間使反應充分。
     4. 加入指示劑，用標準氫氧化鈉溶液滴定至終點。
     5. 計算消耗的酸量（通常以中和50g砂所需0.1mol/L NaOH的毫升數表示）。
   • 強度檢測：
     1. 按標準比例稱取再生砂、粘結劑及其他添加劑。
     2. 使用標準混砂裝置混碾至均勻。
     3. 用制樣機制備標準尺寸試樣。
     4. 在規定溫濕度下存放規定時間養護。
     5. 使用型砂強度試驗機測定抗壓、抗拉或抗剪強度。
   • 含水量：
     1. 稱取定量濕砂樣。
     2. 放入紅外水分測定儀快速干燥或置于烘箱中在指定溫度下烘至恒重。
     3. 冷卻后稱重。
     4. 計算水分含量（質量百分比）。

三、 結果分析

1. 對比標準/控制限： 將檢測結果與再生砂內控標準、行業標準或特定工藝要求進行嚴格對比。
2. 關鍵指標解讀：
   • LOI%： ≤0.5-1.5%（根據工藝要求，樹脂砂通常要求更低）。LOI過高表明再生不徹底，需調整再生工藝（如提高摩擦強度、延長高溫焙燒時間）。
   • 酸耗值： ≤3-8 mL（同樣高度依賴工藝）。過高表明堿性殘留多，會干擾酸固化樹脂砂反應，需加強再生或考慮中和處理。
   • 微粉含量： ≤0.5-1.5%。過高會顯著降低透氣性和強度，需加強除塵或風選。
   • 粒度分布： 關注細粉累積含量和粒度集中度（AFS細度數）。與原砂對比，判斷過度破碎程度。粒度偏差大需調整再生設備參數或補充新砂。
   • 強度： 需達到新砂混制同等配比強度的特定百分比（如≥85%）。過低表明再生砂表面受損或被污染，與新粘結劑結合能力差。
   • 含水量： 通常要求≤0.3%。過高不僅直接影響粘結劑固化，還會誘發氣孔缺陷。
3. 趨勢分析： 建立數據監控圖表，觀察各項指標隨時間變化趨勢，預判潛在問題或再生系統穩定性。
4. 綜合判斷： 單一指標超標可能指示特定問題（如高LOI指向有機物殘留），多個指標異常則需系統性分析再生工藝和原料穩定性。

四、 常見問題解決方案

結語
嚴謹科學的再生砂檢測是保障循環砂質量穩定、鑄件品質可靠和降低生產成本的核心環節。深入理解檢測原理，嚴格執行標準化操作規程，解讀檢測數據，并快速響應解決檢測中發現的問題，是實現再生砂、高質、穩定復用的關鍵。持續優化檢測流程與再生工藝的協同，方能大化再生砂的經濟效益與環境價值。