摘要：对4种产地石英砂的发气性能、容重、粒度、抗拉强度及其受热再生作用的影响规律进行实验研究，证实石英砂的上述工艺性能因产地不同而不同，且随热再生次数的增加，上述工艺性能具有一定的变化规律。这些规律表明热再生对石英砂的主要工艺性能不仅不会产生负面影响，且会更有利于提高产品品质, 为热法再生技术的应用提供可靠的技术依据。
旧砂再生是旧砂的再利用。热再生后的石英砂各种工艺性能与原砂相比会有哪些不同？旧砂多次热再生和循环使用，是否可以保证其各种性能满足工艺要求。通过大量的实验，就热法再生对石英砂工艺性能的影响进行了较系统的研究。从而为热再生石英砂的应用提供了科学依据。
1 几种实验用石英砂的选择和热再生
在研究过程中，考虑到研究对象应具有一定的代表性和广泛的地域分布，取大林石英砂、平潭石英砂、围场石英砂和牟平石英砂作为研究对象。将以上4产地的石英砂分别以其原砂、一次至六次热再生砂为实验样砂。其中，原砂为各不同产地的市场销售商品石英砂，未经任何其他处理。一次至六次热再生砂是将各种原砂在800℃下进行热再生，经过一至六次工作循环而分别获得。
2 试验方法及测试结果分析
2.1 发气性研究
分别取上述4种产地石英砂的原砂以及各次热再生砂测试其发气性，其发气性——热再生次数关系曲线见图1 。分析曲线可以看出：
(1) 经过热再生后的石英砂发气性明显降低；而从一次热再生到六次热再生的过程中，砂子发气性基本稳定在一个较低的水平，热再生砂的发气性基本不再受热再生次数的影响。
(2) 不同产地石英砂的发气性能与热再生次数的关系具有相同的变化趋势。其中，同属风积砂的大林砂和围场砂经过热再生后的发气量仍然高于1mL/g，而同属海砂的平潭砂和牟平砂热再生后的发气性能均低于1mL/g。说明石英砂的原始生成环境对其热再生砂的发气性有一定的影响。
(3) 4产地石英砂原砂的发气量均在2.8～3.6mL/g之间。而各类型砂的发气量见表1。将两者对比可以看出，新砂发气性占相应型砂发气性的14%～34%，是影响型砂发气性不可忽视的因素。
表1 各种石英砂型砂的发气量（经验值）
| 型砂种类 | 覆膜砂 | 合脂砂 | 树脂砂 | 粘土砂 |
| 发气量/(mL·g-1) | 18-20 | 20 | 13-14 | ＜10 |
2.2 容重研究
分别取大林砂、平潭砂、围场砂和牟平砂的原砂、及一次至六次热再生砂，考察其容重。用测得的实验数值，作出各砂样的容重与热再生次数关系曲线见图2。由曲线图可以看出：
(1) 4种砂样的容重有明显的不同。其中同属于风积砂的大林砂和围场砂，其容重较大；而同属海砂的平潭砂和牟平砂的容重数值较小，牟平砂的容重小。
(2) 随着热再生次数的增加，4种产地石英砂的容重都略有上升。并且，新砂在经过第一热再生后容重的增加幅度大，而一次热再生到六次热再生之间的砂样容重增加幅度变小，曲线趋于平缓。
分析认为，以上现象产生的主要原因是：形状不规则的砂粒在热再生过程中，尖角部位逐渐磨失，砂粒形状变得更加圆整。显微镜下的观察结果支持了这一分析。这样，自然堆积状态下，原先由于尖角相互支撑而形成的间隙就会减少，容重得以提高。容重的增加标志着砂子的角形系数有所降低，表面积减小，铸造工艺性能得到了改善。
2.3 粒度研究
分别称取50g经过烘干后的新砂、一次热再生砂和六次热再生砂进行粒度实验，结果分别见表2、图3、图4。
(1) 表2中看出：各砂样的四筛重量百分比随热再生次数的增加没有表现出明显的变化趋势。
表2 4筛百分比 ω（%）
| 砂样 | 大林砂 | 平潭砂 | 围场砂 | 牟平砂 | ||||
| 粒度分布 | 4筛百分比 | 粒度分布 | 4筛百分比 | 粒度分布 | 4筛百分比 | 粒度分布 | 4筛百分比 | |
| 新砂 | 50/140 | 95.5 | 50/140 | 94.6 | 50/140 | 89.6 | 40/100 | 95.7 |
| 一次热再生砂 | 50/140 | 95.4 | 40/140 | 97.8 | 50/140 | 89.5 | 40/100 | 96.3 |
| 六次热再生砂 | 50/140 | 96.1 | 50/140 | 93.5 | 70/200 | 89.1 | 40/100 | 97.1 |
(2) 由图3～图4看出，热再生对石英砂的粒度没有产生明显的影响，由于在热再生过程中的圆整作用，砂子较大颗粒群的质量稍有降低。
3 抗拉强度研究
按树脂占砂重的1.2%、固化剂占树脂重量的50%的比例，用各种砂样混制呋喃自硬树脂砂，制成标准八字试样，放置24h后，在SWY型液压万能强度试验仪上进行拉伸，每一种试样分别做了14次拉断实验。将实验所测得的各次拉应力的平均值，绘制成抗拉强度与再生次数的关系曲线见图5。
(1)同样的配方下，3产地石英砂原砂的抗拉强度存在明显的差别，其大小顺序依次为大林砂、围场砂、牟平砂。
(2)3种石英砂经过反复热再生后，其抗拉强度普遍有所提高。
分析认为，热再生后树脂砂的抗拉强度提高的主要原因是：各种石英砂在开采、加工、运输和储存的过程中，因受到无机物或有机物的污染，砂粒表面会附着一层与其机体物理化学性质不同的吸附膜，而吸附膜中的Na、K、Mg等含量较高。在热再生过程中，高温作用会将他们牢固地烧结在砂粒表面，相应增强了吸附膜的内聚力及其与砂粒机体的结合强度。从而改善了砂粒表层物质与粘结剂的相互作用关系，使得抗拉强度得到了提高。图6示意两砂粒之间的结合结构由4个层次构成：砂粒机体一包覆膜一粘结剂—包覆膜一砂粒机体间的结合。热再生改变了包覆膜物理化学性质，使得图中1号和2号位置的结合力得到了加强。从而增加了砂粒间的结合强度。
4 结论
(1)石英砂原砂的发气性占型砂发气性的14%~34%，是影响型砂发气性的重要因素之一。
(2)热再生对石英砂的发气性和容重有明显的影响。热再生石英砂的发气性能降低，容重增加，有利于提高石英砂的铸造工艺性能。
(3)热再生对石英砂的粒度稍有影响，但不影响其铸造工艺性能。
(4)热再生砂和新砂相比其抗拉强度提高明显，但随再生次数的增加，变化趋缓。
