再生砂檢測：從樣品特性到全面質量控制

再生砂，作為鑄造、建筑等行業中資源循環利用的關鍵一環，其品質直接影響終產品的性能與生產成本。要確保再生砂符合使用要求，一套科學、規范的檢測流程必不可少。本文將系統介紹再生砂檢測的核心內容，重點關注樣品特性及檢測方法與指標。

一、 認識再生砂樣品

再生砂并非均一物質，其特性高度依賴于其“前世今生”。深入了解樣品本身是檢測的前提：

1. 來源與工藝：

   • 母材類型： 樣品源自哪種鑄造工藝（如粘土砂、樹脂砂、水玻璃砂等）？這對殘留粘結劑、灼燒減量等指標影響巨大。
   • 再生工藝： 樣品經過何種再生處理（如機械摩擦再生、熱法再生、聯合再生等）？不同工藝去除粘結劑殘留、微粉和鐵豆的效率差異顯著。
   • 循環次數： 砂粒經過了多少次鑄造-再生循環？循環次數增加通常意味著砂粒細化、角形系數改變、雜質積累。

2. 外觀與初步特性：

   • 顏色： 相比新砂，再生砂常呈現更深（如灰黑、褐黃），源于殘留碳、金屬氧化物或高溫燒結。
   • 氣味： 可能殘留微弱的有機物氣味（如樹脂砂再生砂）。
   • 手感： 初步判斷顆粒粗細、均勻度及是否存在明顯結塊、粉塵過多或濕黏現象。
   • 雜質可視性： 肉眼或放大鏡觀察是否存在明顯的鐵豆、芯骨碎片、未再生砂團、木屑等大塊雜質。

3. 取樣代表性：

   • 關鍵原則： 檢測結果的有效性首先取決于樣品的代表性。需采用標準取樣方法（如錐形四分法、分層隨機取樣法）。
   • 取樣點： 應在再生砂處理流程的關鍵節點（如再生設備出口、砂庫不同位置、混砂機入口）及不同時間段取樣，覆蓋批次內可能的不均勻性。
   • 樣品量： 滿足各項檢測所需的足夠量，并預留備份。

二、 再生砂核心檢測內容與方法

再生砂檢測旨在全方位評估其物理性能、化學組成及工藝適用性，確保其能滿足特定生產的質量要求。

1. 粒度分析與顆粒特性：

   • 檢測目的： 評估砂粒尺寸分布（AFS細度數或平均細度）、均勻性（粒度集中度）、顆粒形狀（角形系數），直接影響型砂緊實率、透氣性、強度及鑄件表面光潔度。
   • 主要方法： 標準篩分法（干篩或濕篩），使用標準套篩（如6目-270目）及振篩機。
   • 關鍵指標解讀：
     • AFS細度數： 數值越高表示砂粒越細。再生砂細度可能因破碎而變細。
     • 粒度分布： 觀察主峰位置及集中度，過寬分布或雙峰可能預示再生不均或混砂問題。
     • 含泥量/微粉含量： 通過水洗法或專用儀器測定小于特定目數（如200目或270目）的細粉含量。再生砂微粉含量是關鍵控制指標，過高導致透氣性差、強度低、鑄件氣孔風險增加。
     • 角形系數： 通過專用儀器（如流動時間法、圖像分析法）評估顆粒棱角多少。再生過程可能使砂粒棱角增加（角形系數增大），影響需水量和流動性。

2. 灼燒減量：

   • 檢測目的： 量化再生砂中殘留的有機物（樹脂、碳分、淀粉等）和結晶水含量。高LOI導致發氣量大，易引起鑄件氣孔、表面缺陷。
   • 主要方法： 將烘干砂樣在高溫爐（如950-1000°C）中灼燒至恒重，計算質量損失百分比（%LOI）。這是再生砂關鍵的化學指標之一。

3. 酸耗值或pH值：

   • 檢測目的： 評估再生砂的堿性或酸性殘留。尤其對樹脂砂（特別是酸固化呋喃樹脂砂）至關重要，影響樹脂固化速度和終強度。
   • 主要方法：
     • 酸耗值： 中和一定量砂樣所需的標準酸（如0.1N HCl）體積（ml），常用滴定法。
     • pH值： 測定砂樣與水混合后懸濁液的上清液pH值（需標準化水砂比和攪拌時間）。

4. 金屬雜質含量：

   • 檢測目的： 定量檢測殘留的鐵豆、鐵釘、芯骨碎片等金屬磁性雜質。這些雜質破壞砂粒均勻性，磨損設備，影響鑄件質量。
   • 主要方法：
     • 磁選法： 使用磁選設備（如磁力分選儀）分離磁性雜質，稱重計算百分比。
     • 化學分析法或光譜法： 測定砂樣中總鐵含量（Fe%），作為輔助指標。

5. 耐火度與燒結點：

   • 檢測目的： 評估砂粒在高溫下的抗燒結、抗變形能力，影響高溫強度、潰散性和鑄件尺寸精度（尤其厚大件）。
   • 主要方法： 標準高溫試驗爐，觀察砂粒在一定溫度和時間內燒結成塊的程度或測定其開始變形/燒結的溫度（燒結點）。

6. 含水量：

   • 檢測目的： 控制再生砂的干濕程度。過高水分影響粘結劑加入量和混砂效果；過低可能增加粉塵。
   • 主要方法： 烘干失重法（如105-110°C烘干至恒重）。

7. 強度測試（視終用途）：

   • 檢測目的： 當再生砂用于制備粘結型砂（如粘土砂）時，需測試其制備的標準試樣的濕態強度（抗壓、抗拉、抗剪）和干態強度，評估其復用潛力。
   • 主要方法： 使用標準型砂強度試驗機。

8. 檢測方案設計：

   • 再生砂的檢測項目并非一成不變，需根據其來源工藝、再生方式、循環次數以及終用途進行定制。
   • 核心必檢項： 粒度分布（含微粉）、灼燒減量（LOI）是幾乎所有再生砂都需要監控的核心指標。
   • 按需選檢項：
     • 樹脂砂再生：重點關注LOI、酸耗值/pH值、微粉含量。
     • 粘土砂再生：除粒度和微粉外，需關注有效膨潤土含量、含水量及復用后的濕壓強度。
     • 需要優異高溫性能的場合：檢測耐火度/燒結點。
     • 對雜質要求嚴格的場合：加強金屬雜質檢測。

三、 質量控制與應用

建立再生砂的內控標準（嚴于國標/行標），根據檢測結果及時調整再生工藝參數（如再生設備強度、風量、除塵效率、熱法再生溫度等），是保障再生砂品質穩定的關鍵。合格的再生砂應滿足：

• 物理性能穩定： 粒度分布合理，微粉含量低，顆粒形狀可控。
• 化學惰性高： LOI 低，酸耗值/pH值符合要求（特別是在樹脂砂中）。
• 雜質含量少： 金屬雜質、未再生團塊等得到有效清除。
• 滿足工藝需求： 具備足夠的耐火度、合適的需水量（反映在制備型砂時）和流動性。

結論：

再生砂檢測是實現其、高品質資源化利用的核心保障。深入理解樣品特性是檢測的基礎，系統化的物理、化學性能檢測則是科學評價其質量的依據。通過粒度分析、灼燒減量、酸耗值、微粉含量、金屬雜質等關鍵指標的把控，結合科學的取樣和針對性的檢測方案設計，鑄造及建材企業能夠有效監控再生砂性能，優化再生工藝，降低生產成本，提升產品質量，終推動循環經濟的可持續發展。

附錄：常見再生砂與天然砂關鍵指標對比示意表

*(注：具體合格范圍需根據再生砂來源工藝、終用途制定嚴格的內部標準。)