生型廃砂の再生方法及び鋳型用骨材
【課題】砂粒表面の清浄化を可能にし、発生する廃棄物及び廃液を減少しうる生型廃砂の再生方法を低コストで提供することを課題とする。
【解決手段】シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法により上記課題を解決する。
【解決手段】シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生型廃砂の再生方法及び鋳型用骨材に関する。更に詳しくは、本発明は、廃棄物及び廃液の量が少なく、ダイオキシンのような有害物質を発生させず、極めて安価に生型廃砂を再生する方法及びその方法により得られた鋳型用骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シェルモールド法のような鋳造法に使用されている骨材は、用途によってけい砂を始め様々なものがある。この内、骨材は、量的には圧倒的に再生けい砂が多い。再生けい砂を用いる傾向は、１９７３年のオイルショック以降活発となり、最近では、資源枯渇や産廃物規制の問題からよりいっそう顕著になっている。
【０００３】
シェルモールド法が我が国に導入された頃は、ダンプボックス造型法のようなオールシェルプロセスが主流であった。一方、現在では、シェルモールド法が、生型ラインにおける中子形成法として一般的に使用されている。シェルモールド法が、生型ラインにおける中子の形成に使われると、その中子が注湯後崩壊した後、炭化砂として生型ライン用の砂（以下、ライン砂）に混入していくこととなる。そのため、中子量に比例して、ライン砂は過剰となり、過剰分が余剰砂として廃棄される。廃棄された砂は、産廃として処理される。そこでこの廃棄砂（生型廃砂）を再生し、シェルモールド用再生骨材として使用する方法が提案されている。
【０００４】
生型廃砂を再生する方法は、シェルモールド法に由来する炭化砂が多く混入していることから、流動焙焼及び乾式再生の併用方法が最も多い（例えば、「シェルモールド中子造型に係る技術・技能」の第１−１７〜１−２２頁、発行者：中小企業総合事業団：非特許文献１）。具体的には、生型ラインから回収された生型廃砂は、鉄片等を除去し、乾燥してからダマやガラを破砕して一旦貯蔵される。この砂を流動焙焼炉に投入し、流動エアーにて砂粒を流動させながらバーナーで焙焼して有機粘結剤等を燃焼させる。冷却した後、乾式再生により表面付着物を剥離する。そのあと微粉分離・粒度調整を経て、シェルモールド用の骨材として再生される。乾式再生は、その再生原理により、衝撃式、摩擦式、研磨式に分類される。従来は衝撃式が主流であったが、最近では摩擦式や研磨式の方が多い。
【０００５】
なお、回収された砂が炭化していないシェルモールド法による鋳型の廃砂（以下、シェル殻）主体の場合は、流動焙焼方式だけ実施しているケースもあるが、極希である。
【０００６】
また最近は、焙焼方式のコストが高いため、乾式再生だけで生型廃砂を再生している例もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、生型廃砂は鋳肌の凹凸を改善し且つ鋳型の崩壊性を向上するために使用される石炭粉を含むことが多く、炭化砂は主に有機物からなる粘結剤に由来するカーボンを含むため、上記再生方法の場合、黒色の原因である石炭粉やカーボンの除去が不十分である。そのため得られた再生砂の色が黒く、それを原料としたレジンコーテッドサンドは、焼成して鋳型を形成する際に、焼成程度により変化するレジンの色（黄色から茶色）の判定がしにくいという問題がある。
【０００８】
昨今の傾向として、生型ラインの中子砂プロセスを一部シェルモールドからイソキュアコールドボックス（以下、ＣＢとする）法に移行するケースが増えている。その際、ＣＢ法に使用する骨材に生型廃砂を原料とする再生砂を採用できれば問題はないが、性能的な問題で新砂との混合もしくは新砂だけで中子造型している場合がほとんどである。そうなると、生型ラインで回収される生型廃砂が、中子砂として利用できないため、再生砂自体が余剰状態となってくる。
【０００９】
また、生型廃砂の砂粒表面には、くり返し使用されることによってオーリティック層が生成される。このオーリティック層は、焙焼再生の際にもベントナイトのような無機物が焼結することによって生成される。
【００１０】
焙焼再生時の温度が、６００〜７００℃程度であれば、オーリティック層の生成は少ない。ところが、昨今ダイオキシン類排出規制の関係で廃棄物焼却炉に対する行政側の指導が厳しくなり、８００℃以上での焙焼を余儀なくされている。このような高温では、オーリティック層が生成されやすい。
【００１１】
オーリティック層は、けい砂よりも耐熱性が低いため、注湯時の焼付きや崩壊不良の原因になっている。また、オーリティック層には微細な気孔が多く空いており、ＣＢ法のように液状の粘結剤を用いる鋳造法では、粘結剤が気孔に吸収されるため鋳型の強度が発現しにくいという問題がある。
【００１２】
オーリティック層は、その硬度が高いので後工程での除去が困難である。このような理由から、焙焼後の乾式再生において、過剰に磨くことも考えられるが、そうすることによって、再生砂の歩留まりが悪くなり、かつ廃棄物も増加することとなり、その結果コストアップすることとなる。
【００１３】
加えて、乾式再生により砂粒表面に静電気が発生し、乾式再生で発生した微粉が再び再生砂の表面に付着して、この再生砂をＣＢ法のような鋳造法に使用した場合、液状粘結材を消費し鋳型の強度発現を妨げるという問題もある。
【００１４】
また、オーリティック層によって砂粒表面の性状が塩基性となるため、フラン法のような酸硬化型自硬性鋳造法には再生砂を使用することが困難であり、一方ＣＢ法のようにアルカリ側で硬化反応する鋳造法では可使時間が短くなり、再生砂単体で使用することは困難である。
【００１５】
また、焙焼された砂は、ベントナイト分をほとんど有していないため土壌改良材（例えば、特許第３００６６２０号：特許文献１）の原料としての再利用はできず、産廃として処理されているのが現状である。
【００１６】
更に、乾式処理に代えて、湿式磨鉱装置を用いた湿式処理による再生方式（特開昭６２−２２７５４９号公報：特許文献２）も報告されているが、処理時に発生する真っ黒な廃液の処理が更に必要となるという問題がある。
【００１７】
そこで、多大なコストをかけず砂粒表面の不純物を可能な限り除去することで砂粒表面の清浄化を可能にし、更に処理を施したときに発生する廃棄物及び廃液を減少しうる生型廃砂の再生方法の実現が望まれている。
【００１８】
【特許文献１】特許第３００６６２０号
【特許文献２】特開昭６２−２２７５４９号公報
【非特許文献１】「シェルモールド中子造型に係る技術・技能」の第１−１７〜１−２２頁、発行者：中小企業総合事業団
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の発明者等は、このような問題を鑑み、新しい再生方法の開発に取り組んだ結果、焙焼せずに乾式磨鉱と湿式磨鉱を併用することにより、これまでの処理方法よりも廃棄物及び廃液の減少と処理コストの低減を実現し、かつ得られる再生砂は砂粒表面が清浄で、液状の粘結材にも最適であることを以外にも見い出し本発明に至った。
【００２０】
かくして本発明によれば、シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法が提供される。
更に、本発明によれば、上記再生方法により得られる鋳型用骨材が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の再生方法は、生型廃砂を乾式磨鉱に付した後、湿式磨鉱に付している。そのため、乾式磨鉱のみの場合に比べて、廃棄物量を低減でき、その結果、回収率を向上できる。また、湿式磨鉱のみの場合に比べて、廃液量を低減できる。また、本発明の方法で生じた廃棄物は、焙焼を行う場合に比べて、ベントナイト量が多いため、再利用が可能である。よって、本発明の方法は、処理コスト（例えば、使用電気量等）を顕著に低減でき、かつ廃棄物及び廃液量も少ないので、環境にやさしい再生方法である。
【００２２】
また、本発明の方法で得られた再生砂は、鋳物用砂（特に、シェルモールドやＣＢ法用の砂）として、他の再生方法により得られたどの再生砂よりも、鋳型として使用した場合にその成形強度の向上が期待できる。
更に、本発明の方法で得られた再生砂の色は、乾式再生のみを行った際の再生砂の色に比べて白みがかっている。よって、本発明の再生砂を原料としたレジンコーテッドサンドを使用して鋳型を焼成すれば、レジンの発色による焼成程度の判定しやすさの改善が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、本発明で処理する生型廃砂は、シェル殻を０〜４０重量％含んでいる。これはシェル殻を４０重量％より多く含むとシェル殻以外の成分に由来する粘土分が少なくなり、焙焼処理してもオーリティック量がわずかとなるため、焙焼方式でも再生砂を得ることが可能なためである。
【００２４】
なお、本発明において、生型廃砂は、通常、鋳物工場から回収された廃砂が使用可能である。
【００２５】
シェル殻は、焙焼方式で除去可能な硬化剤を使用した鋳造法による廃砂を意味する。このような廃砂は、一般に粘土分が少ないため、焙焼によるオーリティック層の生成も少ない。具体的な廃砂としては、フラン鋳造法、フェノール鋳造法、オイルウレタン鋳造法、フェノールウレタン鋳造法、フェノールエステル鋳造法等の自硬性鋳造法、シェル鋳造法、ウォームボックス鋳造法、油鋳造法等の熱硬化性鋳造法、アミンコールドボックス鋳造法、フランＳＯ2鋳造法、フェノールギ酸メチル鋳造法、フェノールＣＯ2鋳造法等のガス硬化性鋳造法に由来する廃砂が挙げられる。特に、中子の鋳造に使用されるシェル鋳造法、アミンコールドボックス鋳造法（イソキュアコールドボックス鋳造法）に由来する廃砂を含む生型廃砂が好適に使用できる。
【００２６】
生型廃砂（シェル殻を含まない廃砂）としては、特に限定されず、当該分野で公知の鋳造法に由来する廃砂を使用できる。生型廃砂は、通常粘土（ベントナイトとも称される）分を鋳型の粘結材として使用しているため、生型廃砂には粘土分を主成分として含む不純物が存在している。ここで、主成分とは、不純物全量に対して、少なくとも９０重量％以上を意味し、９５重量％以上であることが好ましい。なお、生型廃砂中の粘土分の量は、通常８重量％以上であることが多い。好ましい粘土分の量は、７〜１５重量％であり、より好ましくは８〜１３重量％である。
また、粘土分以外の不純物としては、カーボン（主に有機物からなる粘結剤に由来する）や石炭粉（鋳肌の凹凸を改善し且つ鋳型の崩壊性を向上するために使用される）等が挙げられる。
【００２７】
生型廃砂（シェル殻も含む）は、特に限定されず、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、及びこれら砂の混合砂等の骨材を用いた鋳造法による発生した廃砂のいずれも使用できる。この内、ケイ砂を骨材とする廃砂に本発明の再生方法を使用することが好ましい。
ケイ砂は、ＳｉＯ2を主成分（例えば８０重量％以上）とするが、これ以外に、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯ2、ＭｇＯ等の他の成分が含まれていてもよい。
【００２８】
上記生型廃砂は、乾式磨鉱（乾式再生）に先立って、再生効率を上げるために、大型砂及び微小砂を篩により除去してもよい。特に、本発明の再生方法に付す生型廃砂には、粒度分布が５０〜１０００μｍの範囲の廃砂を使用することが好ましい。
【００２９】
次に、上記生型廃砂は、乾式磨鉱に付される。この磨鉱により生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物が８０重量％以上除去される。不純物の除去率が８０重量％より少ない場合、次の湿式磨鉱に付しても不純物を十分に除去することが困難となり、所望の性質の再生砂が得難いので好ましくない。より好ましい不純物の除去率は、９０重量％以上である。
【００３０】
更に、乾式磨鉱後の総粘土分は、３重量％以下であることが好ましく、２重量％以下であることが特に好ましい。
【００３１】
乾式磨鉱に使用できる磨鉱装置としては、特に限定されず、当該分野で使用される磨鉱装置をいずれも使用できる。特に、砂自体の破砕がより少ない、ロータリーリクレーマーが適している。ロータリーリクレーマーとしては、例えば特開昭５４−９３６２９号公報に記載された装置を使用できる。また、ロータリーリクレーマーの具体例としては、日本鋳造社製や新東工業社製のロータリーリクレーマーが挙げられる。なお、他の磨鉱装置でも条件を適宜変更することで本発明に使用できる。
【００３２】
ロータリーリクレーマーは、一般的に、上部に砂供給口、中央内部に回転ドラム、下部に砂排出口を有する容器と、砂供給口から供給される砂を回転ドラムに均一に供給するための分配器と、磨鉱により生じる微粉を除去するためのファンとからなる。このようなロータリーリクレーマーでは、回転ドラムに供給された砂が、遠心力により互いに衝突することで、磨鉱される。
【００３３】
乾式磨鉱は、不純物を８０重量％以上除去することができれば、その条件は特に限定されないが、以下の条件であることが好ましい。
【００３４】
すなわち、乾式磨鉱装置にロータリーリクレーマーを使用した場合、処理回数を１〜５パスとすることが好ましい。ここで、１パスは、４〜１０ｔ／時の処理量（例えば、４．５ｔ／時）、３０〜４０Ａの負荷の条件であることが好ましい。
【００３５】
なお、６パス以上乾式磨鉱に付した場合、砂自体が破砕されることが多くなり、廃棄物が増えると共に、粒度分布が変化することで、砂自体の特性が変わるおそれがあるため好ましくない。更に、この乾式磨鉱時に発生する不純物を主成分とする廃棄物は、従来のように焙焼処理を施していないためベントナイト分が多く含まれる。そのため土壌改良剤のような他の用途に再利用が可能である。
【００３６】
次に、乾式磨鉱後の砂は、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱（湿式再生）に付される。その結果、粘土分と共に、砂表面に付着している不純物（主に微粉末）をほぼ除去できるため、生型廃砂を鋳型用骨材に再生することができる。加えて、生型廃砂を湿式磨鉱前に乾式磨鉱に付しているため、湿式磨鉱のみに付す場合と比較して、廃液量を約１／５に減少できる。総粘土分が０．３重量％より多い場合、所望の性質の再生砂が得難いので好ましくない。より好ましい総粘土分は、０．２重量％以下である。
【００３７】
湿式磨鉱に使用できる磨鉱装置としては、特に限定されず、当該分野で使用される磨鉱装置をいずれも使用できる。特に、不純物除去効率及びコスト面で優れているトラフ式磨鉱装置が適している。トラフ式磨鉱装置としては、例えば特許第１７７１７２１号に記載された装置を使用できる。
【００３８】
具体的には、内面が円筒状で、その両端部に投入口と排出口とをそれぞれ設けた円筒容器と、この円筒容器の投入口側壁から容器内部へ、その円筒容器の中心線に沿って片持ちで延設され、外部から回転駆動力を受ける回転軸と、この回転軸の周囲に設けられた羽根群と、排出口を閉塞する蓋と、この蓋が円筒容器の内部から予め設定される圧力以上の圧力を受けると、その蓋を圧力の大きさに対応する開放度にて開放し被磨鉱物を排出し得るよう蓋を閉塞付勢する付勢手段とを備えている。そして、羽根群は、筒体とこの筒体の周囲に等角度の間隔で、投入口から円筒容器内に投入される被磨鉱物を排出口の方向に移送させるべく傾斜させて固定されたＮ（２枚以上）枚の概略扇形の羽根とからなる羽根ユニットの複数個が各筒体を交互に１８０°／Ｎずつ位相をずらせて前記回転軸に嵌着して一連に接続されている。更に、互いに隣接する２個の羽根ユニットの計２Ｎ枚の羽根が、回転軸方向視において、隙間のない円板状投影面を呈するよう構成を有している。
なお、他の磨鉱装置でも条件を適宜変更することで本発明に使用できる。
【００３９】
湿式磨鉱は、総粘土分が０．３重量％以下にできれば、その条件は特に限定されないが、以下の条件であることが好ましい。
すなわち、湿式磨鉱装置にトラフ式磨鉱装置を使用した場合、処理回数を１〜５パスとすることが好ましい。ここで、１パスは、１０〜２０ｔ／時の処理量（例えば、１５ｔ／時）、７０〜１１０Ａの負荷、９０〜９６重量％のバルブ濃度（生型廃砂の含有量：例えば９５重量％）の条件であることが好ましい。
【００４０】
なお、６パス以上湿式磨鉱に付した場合、処理の必要な廃液量が湿式磨鉱のみの場合と同程度に多くなり、廃液の処理費用がかさむため好ましくない。
【００４１】
上記再生方法により得られた再生砂は、砂粒表面に付着している不純物が少ないため、表面が清浄である。そのため、シェルモールドやＣＢ法等の鋳造用途において、他の再生処理を施したどの砂よりも鋳型強度を向上できる（例えば、シェルモールド法では約５倍、ＣＢ法では約２倍）。
【００４２】
なお、乾式磨鉱及び／又は湿式磨鉱後に、必要に応じて、砂を水洗してもよい。水洗することで、より不純物の少ない再生砂を得ることができる。
【００４３】
得られた再生砂の粒度分布は、鋳造法や鋳造物により異なるが、通常５０〜８５０μｍの範囲であることが好ましい。更に、再生砂の粒形係数は１．３以下であることが好ましい。
【００４４】
また、再生砂は、オーリティック層が少なく、該層由来の課題が少ないため、鋳造用の骨材として使用することが好ましい。再生砂を使用しうる鋳造法は、生型や中子の鋳造法等、特に限定されないが、シェルモールドやＣＢ法に使用した場合、他の再生処理に付したどの砂よりも成形強度を向上できるため好ましい。
【００４５】
シェルモールド法では、再生砂とフェノール樹脂を１３０〜１６０℃で混練してレジンコーティッドサンド（ＲＣＳ）とし、ＲＣＳを硬化剤（例えば、ヘキサメチレンテトラミン）と混合した後、加熱硬化させて鋳型を得ることができる。
【００４６】
一方、ＣＢ法では、フェノール樹脂を混合した再生砂にポリイソシアネートを添加し、得られた砂に硬化剤（例えば、トリエチルアミン）を通ガスさせることで硬化させて鋳型を得ることができる。
更に、本発明の方法で得られた再生砂の色は、乾式再生のみを行った際の再生砂の色に比べて白みがかっている。ここで、白みがかるとは、鋳型の形成に使用される前のいわゆる新砂の色に近い色になることを意味する。白みがかる原因は、廃砂中に存在するカーボン（主に有機物からなる粘結剤に由来する）や石炭粉（鋳肌の凹凸の改善や鋳型の崩壊性の向上のために使用される）等の黒色成分が、主に湿式再生により除去されるためであると考えられる。また、湿式再生の回数が同一であれば、湿式再生のみを行った際の再生砂より、本発明の方法で得られた再生砂の方が、その色が白みがかっていることが予想される。
上記から、本発明の再生砂を原料としたレジンコーテッドサンドを使用して鋳型を焼成すれば、色による焼成程度の判定しやすさの改善が期待できる。なお、従来は、焼成程度の判定を容易にするために、新砂のみ（再生砂を使用しない）又は再生砂に新砂を混合した混合砂が使用されてきたが、本発明の再生砂は、従来より白みがかっているため、新砂の使用量を削減することができる。
【実施例】
【００４７】
以下実施例により本発明を更に詳細に説明するが、以下の実施例は単なる例示であり、これら実施例により本発明は限定されることはない。
【００４８】
実施例１
実施例１で使用する生型廃砂の総粘土分量と有機粘結剤のような有機成分の付着物量の比較を表１に、焙焼・乾式磨鉱と本発明の再生方法に付した際のオーリティック量と総粘土分の比較を表２に示す。
【００４９】
再生方法の条件は、本発明は、乾式磨鉱３パス／湿式磨鉱１パスとし、
焙焼・乾式磨鉱処理は、焙焼処理（８００℃）／乾式磨鉱８パスとした。
【００５０】
ここで、乾式磨鉱装置には、ロータリーリクレーマー（日本鋳造社製ロータリーリクレーマーＭ）を使用し、１パスは、４．５ｔ／時の処理量、３０〜４０Ａの負荷、３分間の処理時間の条件とした。一方、湿式磨鉱装置には、トラフ式磨鉱装置（山川産業社製トラフ式磨鉱機）を使用し、１パスは、１５ｔ／時の処理量、７０〜１１０Ａの負荷、３０秒間の処理時間、９５重量％のバルブ濃度の条件とした。
【００５１】
なお、総粘土分はＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。有機成分の付着物量は、赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製の赤外線吸収測定器使用）により測定されたＣ含有量で表した。オーリティック量はＴＪＦＳ−２１０（日本鋳造工学会：シリカプログラム試験）に準じて測定した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記表１から、シェル殻が増えるに従い、生型廃砂に由来する総粘土分が減少し、シェル殻に由来する有機成分が増加することがわかる。
【００５４】
【表２】
【００５５】
上記表２から、本発明方式の方が得られた再生砂の総粘土分が少なく、その結果、オーリティック量も少ないことがわかる。
【００５６】
実施例２〜４及び比較例１〜４
本発明の再生方法（実施例２〜４）と他の再生方法（比較例１〜４）を施した場合の廃液量を比較した。
【００５７】
某鋳物工場から回収された生型廃砂（シェル殻０％）を原料として、乾式・湿式磨鉱を併用して処理を施した本発明の再生砂と、従来の再生方法である乾式磨鉱法、湿式磨鉱法及び流動焙焼・乾式磨鉱法のそれぞれの処理を施した再生砂に対して比較を行った。乾式磨鉱及び湿式磨鉱に使用した磨鉱機は、実施例１と同じものを使用し、磨鉱条件も実施例１と同様とした。焙焼温度は約８００℃とした。
廃液量を表３に示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
表３から、実施例２〜４の再生方法は、乾式磨鉱のみの場合と比べて廃液量は多いが、従来の湿式磨鉱のみの場合と比べて廃液量を少なくすることができる。
【００６０】
実施例５〜１０及び比較例５〜１６
本発明の再生方法（実施例５〜１０）と他の再生方法（比較例５〜１６）を施した場合の再生砂の粒度分布及び回収率を比較した。生型廃砂は実施例２と同じ砂を使用した。乾式磨鉱及び湿式磨鉱に使用した磨鉱機は、実施例１と同じものを使用し、磨鉱条件も実施例１と同様とした。焙焼温度は約８００℃とした。
【００６１】
なお、粒度分布はＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。また、ＡＦＳ指数は、値が大きいほど粒度が細かいことを表すアメリカの規格であり、Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｓａｎｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｓｉｘｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３６（１９５２）に記載された方法に準じて測定した。また、回収率は磨鉱処理前の原砂の重量に対する処理後の再生砂の重量の比率を意味する。
【００６２】
再生砂の粒度分布及び回収率を表４に示す。表４中、粒度分布の測定値は、重量％を意味する。また、ｔｒは痕跡量を、Ｐａｎは５３μｍ以下の微粉末を意味する。
【００６３】
【表４】
【００６４】
上記表４から、乾式磨鉱及び湿式磨鉱のいずれも回数を増やすことで、原砂と比較して、ＡＦＳ指数が大きくなり、かつ回収率が下がることがわかる。特に乾式磨鉱を６パス以上行うことで、ＡＦＳ指数が顕著に大きくなり、回収率が大きく下がることがわかる。
【００６５】
次に、表４に示す再生砂の粒形係数、酸消費量、ｐＨ、総粘土分、Ｉｇ−Ｌｏｓｓ、オーリティック量及び化学成分を表５に示す。
【００６６】
なお、粒径係数は、砂表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社（スイス製））を用いて測定した。酸消費量は、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−４（鋳物砂の酸消費量試験法）に準拠し、終点をｐＨ５として測定した。ｐＨは、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−３（鋳物砂のｐＨ試験法）に準拠し、測定温度２５．２℃、ｐＨ５．８９の精製水を使用した測定した。総粘土分は、ＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。Ｉｇ−Ｌｏｓｓは、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−２に準じて測定した。オーリティック量は、ＴＪＦＳ−２１０（日本鋳造工学会シリカプログラム試験）に準じて測定した。化学成分は、蛍光Ｘ線分析装置（リガク社製）を用いて測定した。
【００６７】
【表５】
【００６８】
表５から、実施例５〜１０の再生方法は、比較例７〜１２の乾式磨鉱のみの再生方法と比較して、粒形係数が小さいため、より球に近く、酸消費量及び総粘土分が少ないことがわかる。更に、比較例１２の乾式磨鉱を１２パス行うことで得られるｐＨ及びオーリティック量を、実施例５に示すように１パスの乾式及び１パスの湿式で実現することができ、回収率も高く（表４参照）、本発明の再生方法が極めて少ない磨鉱回数で効率的に再生砂を製造できることがわかる。
【００６９】
また、実施例５〜１０の再生方法は、比較例１３〜１５の湿式磨鉱のみの再生方法と比較して、粒形係数が小さいため、より球に近く、オーリティック量が少ないことがわかる。
【００７０】
更に、実施例５〜１０の再生方法は、比較例１６の焙焼・乾式磨鉱の再生方法と比較して、粒形係数、酸消費量、ｐＨ、総粘土分、オーリティック量において優れていることがわかる。
【００７１】
なお、比較例５と６は、表５に示す値においては、実施例５〜１０の再生方法と比較して遜色はないが、表４に示されているように回収率が劣っている。
【００７２】
また、実施例５〜１０の再生方法は、化学成分の内、ＳｉＯ2の割合が、原砂のＳｉＯ2量より高くなっていることから、不純物が除去されていることがわかる。
【００７３】
次に、実施例５〜１０及び比較例５〜１６の再生砂をシェルモールド法及びＣＢ法で鋳型を造型し、それぞれの抗折力を測定した。具体的な造型方法及び抗折力測定方法を下記する。
【００７４】
（シェルモールド法）
造型用原料の組成
骨材（再生砂） ：５ｋｇ／バッチ
フェノール樹脂（旭有機材工業社製ＳＰ６１５Ｕ）：２．０重量％／骨材
ヘキサメチレンテトラミン ：１５．０重量％／骨材
水 ：１．５重量％／骨材
ステアリン酸カルシウム ：０．０６重量％／骨材
造型方法は、まず、骨材とフェノール樹脂とを１３０〜１６０℃で混合して、樹脂被覆砂とし、この砂にヘキサメチレンテトラミン、水及びステアリン酸カルシウムを混練し、混練物を所定の形に２５０℃に加熱しつつ造型することで鋳型を得た。
【００７５】
得られた鋳型にＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１に準じて３点曲げ強さ試験を実施することで抗折力を測定した。測定結果を図１に示す。
【００７６】
（ＣＢ法）
造型用原料の組成
骨材(再生砂) ：２．５ｋｇ／バッチ
フェノール樹脂（旭有機材工業社製ＣＢ−ＰＴＳ） ：１．０重量％／骨材
ポリイソシアネート（旭有機材工業社製ＣＢ−ＭＴＳ）：１．０重量％／骨材
【００７７】
造型方法は、ＪＡＣＴ試験法ＧＭ−２に準じる。具体的には、まず、骨材、フェノール樹脂及びポリイソシアネートとをケンウッドミキサーを使用して混練し（ミキサー回転数１００ｒｐｍ、混練時間４５秒）、得られた混練物を１．５ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で３秒間空気を吹き付けることで所定の形に造型し（ブロー工程）、次いでトリエチルアミンをバブリングしガス化させた後、ガス化したトリエチルアミンを０．３ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で０．３秒間通ガスさせること（ガッシング工程）で、フェノール樹脂及びポリイソシアネートとのウレタン反応により硬化させ、０．７ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で１０秒間空気を吹き付けてトリエチルアミンを除去することで鋳型を得た（パージ工程）。なお、混練及び通ガス時の雰囲気温度及び再生砂の温度を２０℃とし、湿度を５０％とした。得られた鋳型を混練後２４時間放置した後、抗折力を測定する。
【００７８】
得られた鋳型にＪＡＣＴ試験法ＳＭ−４に準じて３点曲げ強さ試験を実施することで抗折力を測定した。測定結果を図２に示す。
図１及び２から以下のことがわかる。
【００７９】
実施例５〜１０の再生方法は、比較例７〜１１の乾式磨鉱（９パス以内）のみの再生方法及び比較例１３と１４の湿式磨鉱（２パス以内）の再生方法よりも極めて優れた抗折力の鋳型を得ることができている。これは、実施例５〜１０による再生砂は、比較例７〜１１及び１３と１４による再生砂よりも、鋳型の硬化を阻害するオーリティック分の量が少ないことによるものと考えられる。
【００８０】
比較例１２の乾式磨鉱のみの再生方法は、実施例５〜１０と同程度の抗折力が得られているが、表４に示すように、回収率が低いという問題がある。
【００８１】
比較例１６の焙焼・乾式磨鉱による再生方法では、オーリティック量が多いため、実施例５〜１０よりも抗折力が劣っている。
【００８２】
比較例１５の湿式磨鉱３パスによる再生方法では、再生砂の性質は、比較的高いが、該砂を得るための歩留りや、生じる廃液量が多く、再生にコストがかかるという課題を有している。
【００８３】
上記のように実施例５〜１０の再生方法によれば、砂表面の不純物のほとんどが除去されており、シェルモールド法及びＣＢ法に適した鋳物砂を得ることができる。
【００８４】
表１〜５及び図１と２より、実施例１〜５の再生方法は、比較例に示す他の方法と比較して、低コストで充分な処理効果を得ることができ、かつ廃棄物量も低減できる。つまり、実施例１〜５では、相反する効果を同時に実現しているもので他に類をみないものである。また、実施例１〜５で得られる再生砂は、鋳物砂に要求される条件を十分満足している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例及び比較例による再生砂の抗折力を示すグラフである（シェルモールド法）。
【図２】実施例及び比較例による再生砂の抗折力を示すグラフである（ＣＢ法）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生型廃砂の再生方法及び鋳型用骨材に関する。更に詳しくは、本発明は、廃棄物及び廃液の量が少なく、ダイオキシンのような有害物質を発生させず、極めて安価に生型廃砂を再生する方法及びその方法により得られた鋳型用骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シェルモールド法のような鋳造法に使用されている骨材は、用途によってけい砂を始め様々なものがある。この内、骨材は、量的には圧倒的に再生けい砂が多い。再生けい砂を用いる傾向は、１９７３年のオイルショック以降活発となり、最近では、資源枯渇や産廃物規制の問題からよりいっそう顕著になっている。
【０００３】
シェルモールド法が我が国に導入された頃は、ダンプボックス造型法のようなオールシェルプロセスが主流であった。一方、現在では、シェルモールド法が、生型ラインにおける中子形成法として一般的に使用されている。シェルモールド法が、生型ラインにおける中子の形成に使われると、その中子が注湯後崩壊した後、炭化砂として生型ライン用の砂（以下、ライン砂）に混入していくこととなる。そのため、中子量に比例して、ライン砂は過剰となり、過剰分が余剰砂として廃棄される。廃棄された砂は、産廃として処理される。そこでこの廃棄砂（生型廃砂）を再生し、シェルモールド用再生骨材として使用する方法が提案されている。
【０００４】
生型廃砂を再生する方法は、シェルモールド法に由来する炭化砂が多く混入していることから、流動焙焼及び乾式再生の併用方法が最も多い（例えば、「シェルモールド中子造型に係る技術・技能」の第１−１７〜１−２２頁、発行者：中小企業総合事業団：非特許文献１）。具体的には、生型ラインから回収された生型廃砂は、鉄片等を除去し、乾燥してからダマやガラを破砕して一旦貯蔵される。この砂を流動焙焼炉に投入し、流動エアーにて砂粒を流動させながらバーナーで焙焼して有機粘結剤等を燃焼させる。冷却した後、乾式再生により表面付着物を剥離する。そのあと微粉分離・粒度調整を経て、シェルモールド用の骨材として再生される。乾式再生は、その再生原理により、衝撃式、摩擦式、研磨式に分類される。従来は衝撃式が主流であったが、最近では摩擦式や研磨式の方が多い。
【０００５】
なお、回収された砂が炭化していないシェルモールド法による鋳型の廃砂（以下、シェル殻）主体の場合は、流動焙焼方式だけ実施しているケースもあるが、極希である。
【０００６】
また最近は、焙焼方式のコストが高いため、乾式再生だけで生型廃砂を再生している例もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、生型廃砂は鋳肌の凹凸を改善し且つ鋳型の崩壊性を向上するために使用される石炭粉を含むことが多く、炭化砂は主に有機物からなる粘結剤に由来するカーボンを含むため、上記再生方法の場合、黒色の原因である石炭粉やカーボンの除去が不十分である。そのため得られた再生砂の色が黒く、それを原料としたレジンコーテッドサンドは、焼成して鋳型を形成する際に、焼成程度により変化するレジンの色（黄色から茶色）の判定がしにくいという問題がある。
【０００８】
昨今の傾向として、生型ラインの中子砂プロセスを一部シェルモールドからイソキュアコールドボックス（以下、ＣＢとする）法に移行するケースが増えている。その際、ＣＢ法に使用する骨材に生型廃砂を原料とする再生砂を採用できれば問題はないが、性能的な問題で新砂との混合もしくは新砂だけで中子造型している場合がほとんどである。そうなると、生型ラインで回収される生型廃砂が、中子砂として利用できないため、再生砂自体が余剰状態となってくる。
【０００９】
また、生型廃砂の砂粒表面には、くり返し使用されることによってオーリティック層が生成される。このオーリティック層は、焙焼再生の際にもベントナイトのような無機物が焼結することによって生成される。
【００１０】
焙焼再生時の温度が、６００〜７００℃程度であれば、オーリティック層の生成は少ない。ところが、昨今ダイオキシン類排出規制の関係で廃棄物焼却炉に対する行政側の指導が厳しくなり、８００℃以上での焙焼を余儀なくされている。このような高温では、オーリティック層が生成されやすい。
【００１１】
オーリティック層は、けい砂よりも耐熱性が低いため、注湯時の焼付きや崩壊不良の原因になっている。また、オーリティック層には微細な気孔が多く空いており、ＣＢ法のように液状の粘結剤を用いる鋳造法では、粘結剤が気孔に吸収されるため鋳型の強度が発現しにくいという問題がある。
【００１２】
オーリティック層は、その硬度が高いので後工程での除去が困難である。このような理由から、焙焼後の乾式再生において、過剰に磨くことも考えられるが、そうすることによって、再生砂の歩留まりが悪くなり、かつ廃棄物も増加することとなり、その結果コストアップすることとなる。
【００１３】
加えて、乾式再生により砂粒表面に静電気が発生し、乾式再生で発生した微粉が再び再生砂の表面に付着して、この再生砂をＣＢ法のような鋳造法に使用した場合、液状粘結材を消費し鋳型の強度発現を妨げるという問題もある。
【００１４】
また、オーリティック層によって砂粒表面の性状が塩基性となるため、フラン法のような酸硬化型自硬性鋳造法には再生砂を使用することが困難であり、一方ＣＢ法のようにアルカリ側で硬化反応する鋳造法では可使時間が短くなり、再生砂単体で使用することは困難である。
【００１５】
また、焙焼された砂は、ベントナイト分をほとんど有していないため土壌改良材（例えば、特許第３００６６２０号：特許文献１）の原料としての再利用はできず、産廃として処理されているのが現状である。
【００１６】
更に、乾式処理に代えて、湿式磨鉱装置を用いた湿式処理による再生方式（特開昭６２−２２７５４９号公報：特許文献２）も報告されているが、処理時に発生する真っ黒な廃液の処理が更に必要となるという問題がある。
【００１７】
そこで、多大なコストをかけず砂粒表面の不純物を可能な限り除去することで砂粒表面の清浄化を可能にし、更に処理を施したときに発生する廃棄物及び廃液を減少しうる生型廃砂の再生方法の実現が望まれている。
【００１８】
【特許文献１】特許第３００６６２０号
【特許文献２】特開昭６２−２２７５４９号公報
【非特許文献１】「シェルモールド中子造型に係る技術・技能」の第１−１７〜１−２２頁、発行者：中小企業総合事業団
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の発明者等は、このような問題を鑑み、新しい再生方法の開発に取り組んだ結果、焙焼せずに乾式磨鉱と湿式磨鉱を併用することにより、これまでの処理方法よりも廃棄物及び廃液の減少と処理コストの低減を実現し、かつ得られる再生砂は砂粒表面が清浄で、液状の粘結材にも最適であることを以外にも見い出し本発明に至った。
【００２０】
かくして本発明によれば、シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法が提供される。
更に、本発明によれば、上記再生方法により得られる鋳型用骨材が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の再生方法は、生型廃砂を乾式磨鉱に付した後、湿式磨鉱に付している。そのため、乾式磨鉱のみの場合に比べて、廃棄物量を低減でき、その結果、回収率を向上できる。また、湿式磨鉱のみの場合に比べて、廃液量を低減できる。また、本発明の方法で生じた廃棄物は、焙焼を行う場合に比べて、ベントナイト量が多いため、再利用が可能である。よって、本発明の方法は、処理コスト（例えば、使用電気量等）を顕著に低減でき、かつ廃棄物及び廃液量も少ないので、環境にやさしい再生方法である。
【００２２】
また、本発明の方法で得られた再生砂は、鋳物用砂（特に、シェルモールドやＣＢ法用の砂）として、他の再生方法により得られたどの再生砂よりも、鋳型として使用した場合にその成形強度の向上が期待できる。
更に、本発明の方法で得られた再生砂の色は、乾式再生のみを行った際の再生砂の色に比べて白みがかっている。よって、本発明の再生砂を原料としたレジンコーテッドサンドを使用して鋳型を焼成すれば、レジンの発色による焼成程度の判定しやすさの改善が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、本発明で処理する生型廃砂は、シェル殻を０〜４０重量％含んでいる。これはシェル殻を４０重量％より多く含むとシェル殻以外の成分に由来する粘土分が少なくなり、焙焼処理してもオーリティック量がわずかとなるため、焙焼方式でも再生砂を得ることが可能なためである。
【００２４】
なお、本発明において、生型廃砂は、通常、鋳物工場から回収された廃砂が使用可能である。
【００２５】
シェル殻は、焙焼方式で除去可能な硬化剤を使用した鋳造法による廃砂を意味する。このような廃砂は、一般に粘土分が少ないため、焙焼によるオーリティック層の生成も少ない。具体的な廃砂としては、フラン鋳造法、フェノール鋳造法、オイルウレタン鋳造法、フェノールウレタン鋳造法、フェノールエステル鋳造法等の自硬性鋳造法、シェル鋳造法、ウォームボックス鋳造法、油鋳造法等の熱硬化性鋳造法、アミンコールドボックス鋳造法、フランＳＯ2鋳造法、フェノールギ酸メチル鋳造法、フェノールＣＯ2鋳造法等のガス硬化性鋳造法に由来する廃砂が挙げられる。特に、中子の鋳造に使用されるシェル鋳造法、アミンコールドボックス鋳造法（イソキュアコールドボックス鋳造法）に由来する廃砂を含む生型廃砂が好適に使用できる。
【００２６】
生型廃砂（シェル殻を含まない廃砂）としては、特に限定されず、当該分野で公知の鋳造法に由来する廃砂を使用できる。生型廃砂は、通常粘土（ベントナイトとも称される）分を鋳型の粘結材として使用しているため、生型廃砂には粘土分を主成分として含む不純物が存在している。ここで、主成分とは、不純物全量に対して、少なくとも９０重量％以上を意味し、９５重量％以上であることが好ましい。なお、生型廃砂中の粘土分の量は、通常８重量％以上であることが多い。好ましい粘土分の量は、７〜１５重量％であり、より好ましくは８〜１３重量％である。
また、粘土分以外の不純物としては、カーボン（主に有機物からなる粘結剤に由来する）や石炭粉（鋳肌の凹凸を改善し且つ鋳型の崩壊性を向上するために使用される）等が挙げられる。
【００２７】
生型廃砂（シェル殻も含む）は、特に限定されず、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、及びこれら砂の混合砂等の骨材を用いた鋳造法による発生した廃砂のいずれも使用できる。この内、ケイ砂を骨材とする廃砂に本発明の再生方法を使用することが好ましい。
ケイ砂は、ＳｉＯ2を主成分（例えば８０重量％以上）とするが、これ以外に、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯ2、ＭｇＯ等の他の成分が含まれていてもよい。
【００２８】
上記生型廃砂は、乾式磨鉱（乾式再生）に先立って、再生効率を上げるために、大型砂及び微小砂を篩により除去してもよい。特に、本発明の再生方法に付す生型廃砂には、粒度分布が５０〜１０００μｍの範囲の廃砂を使用することが好ましい。
【００２９】
次に、上記生型廃砂は、乾式磨鉱に付される。この磨鉱により生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物が８０重量％以上除去される。不純物の除去率が８０重量％より少ない場合、次の湿式磨鉱に付しても不純物を十分に除去することが困難となり、所望の性質の再生砂が得難いので好ましくない。より好ましい不純物の除去率は、９０重量％以上である。
【００３０】
更に、乾式磨鉱後の総粘土分は、３重量％以下であることが好ましく、２重量％以下であることが特に好ましい。
【００３１】
乾式磨鉱に使用できる磨鉱装置としては、特に限定されず、当該分野で使用される磨鉱装置をいずれも使用できる。特に、砂自体の破砕がより少ない、ロータリーリクレーマーが適している。ロータリーリクレーマーとしては、例えば特開昭５４−９３６２９号公報に記載された装置を使用できる。また、ロータリーリクレーマーの具体例としては、日本鋳造社製や新東工業社製のロータリーリクレーマーが挙げられる。なお、他の磨鉱装置でも条件を適宜変更することで本発明に使用できる。
【００３２】
ロータリーリクレーマーは、一般的に、上部に砂供給口、中央内部に回転ドラム、下部に砂排出口を有する容器と、砂供給口から供給される砂を回転ドラムに均一に供給するための分配器と、磨鉱により生じる微粉を除去するためのファンとからなる。このようなロータリーリクレーマーでは、回転ドラムに供給された砂が、遠心力により互いに衝突することで、磨鉱される。
【００３３】
乾式磨鉱は、不純物を８０重量％以上除去することができれば、その条件は特に限定されないが、以下の条件であることが好ましい。
【００３４】
すなわち、乾式磨鉱装置にロータリーリクレーマーを使用した場合、処理回数を１〜５パスとすることが好ましい。ここで、１パスは、４〜１０ｔ／時の処理量（例えば、４．５ｔ／時）、３０〜４０Ａの負荷の条件であることが好ましい。
【００３５】
なお、６パス以上乾式磨鉱に付した場合、砂自体が破砕されることが多くなり、廃棄物が増えると共に、粒度分布が変化することで、砂自体の特性が変わるおそれがあるため好ましくない。更に、この乾式磨鉱時に発生する不純物を主成分とする廃棄物は、従来のように焙焼処理を施していないためベントナイト分が多く含まれる。そのため土壌改良剤のような他の用途に再利用が可能である。
【００３６】
次に、乾式磨鉱後の砂は、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱（湿式再生）に付される。その結果、粘土分と共に、砂表面に付着している不純物（主に微粉末）をほぼ除去できるため、生型廃砂を鋳型用骨材に再生することができる。加えて、生型廃砂を湿式磨鉱前に乾式磨鉱に付しているため、湿式磨鉱のみに付す場合と比較して、廃液量を約１／５に減少できる。総粘土分が０．３重量％より多い場合、所望の性質の再生砂が得難いので好ましくない。より好ましい総粘土分は、０．２重量％以下である。
【００３７】
湿式磨鉱に使用できる磨鉱装置としては、特に限定されず、当該分野で使用される磨鉱装置をいずれも使用できる。特に、不純物除去効率及びコスト面で優れているトラフ式磨鉱装置が適している。トラフ式磨鉱装置としては、例えば特許第１７７１７２１号に記載された装置を使用できる。
【００３８】
具体的には、内面が円筒状で、その両端部に投入口と排出口とをそれぞれ設けた円筒容器と、この円筒容器の投入口側壁から容器内部へ、その円筒容器の中心線に沿って片持ちで延設され、外部から回転駆動力を受ける回転軸と、この回転軸の周囲に設けられた羽根群と、排出口を閉塞する蓋と、この蓋が円筒容器の内部から予め設定される圧力以上の圧力を受けると、その蓋を圧力の大きさに対応する開放度にて開放し被磨鉱物を排出し得るよう蓋を閉塞付勢する付勢手段とを備えている。そして、羽根群は、筒体とこの筒体の周囲に等角度の間隔で、投入口から円筒容器内に投入される被磨鉱物を排出口の方向に移送させるべく傾斜させて固定されたＮ（２枚以上）枚の概略扇形の羽根とからなる羽根ユニットの複数個が各筒体を交互に１８０°／Ｎずつ位相をずらせて前記回転軸に嵌着して一連に接続されている。更に、互いに隣接する２個の羽根ユニットの計２Ｎ枚の羽根が、回転軸方向視において、隙間のない円板状投影面を呈するよう構成を有している。
なお、他の磨鉱装置でも条件を適宜変更することで本発明に使用できる。
【００３９】
湿式磨鉱は、総粘土分が０．３重量％以下にできれば、その条件は特に限定されないが、以下の条件であることが好ましい。
すなわち、湿式磨鉱装置にトラフ式磨鉱装置を使用した場合、処理回数を１〜５パスとすることが好ましい。ここで、１パスは、１０〜２０ｔ／時の処理量（例えば、１５ｔ／時）、７０〜１１０Ａの負荷、９０〜９６重量％のバルブ濃度（生型廃砂の含有量：例えば９５重量％）の条件であることが好ましい。
【００４０】
なお、６パス以上湿式磨鉱に付した場合、処理の必要な廃液量が湿式磨鉱のみの場合と同程度に多くなり、廃液の処理費用がかさむため好ましくない。
【００４１】
上記再生方法により得られた再生砂は、砂粒表面に付着している不純物が少ないため、表面が清浄である。そのため、シェルモールドやＣＢ法等の鋳造用途において、他の再生処理を施したどの砂よりも鋳型強度を向上できる（例えば、シェルモールド法では約５倍、ＣＢ法では約２倍）。
【００４２】
なお、乾式磨鉱及び／又は湿式磨鉱後に、必要に応じて、砂を水洗してもよい。水洗することで、より不純物の少ない再生砂を得ることができる。
【００４３】
得られた再生砂の粒度分布は、鋳造法や鋳造物により異なるが、通常５０〜８５０μｍの範囲であることが好ましい。更に、再生砂の粒形係数は１．３以下であることが好ましい。
【００４４】
また、再生砂は、オーリティック層が少なく、該層由来の課題が少ないため、鋳造用の骨材として使用することが好ましい。再生砂を使用しうる鋳造法は、生型や中子の鋳造法等、特に限定されないが、シェルモールドやＣＢ法に使用した場合、他の再生処理に付したどの砂よりも成形強度を向上できるため好ましい。
【００４５】
シェルモールド法では、再生砂とフェノール樹脂を１３０〜１６０℃で混練してレジンコーティッドサンド（ＲＣＳ）とし、ＲＣＳを硬化剤（例えば、ヘキサメチレンテトラミン）と混合した後、加熱硬化させて鋳型を得ることができる。
【００４６】
一方、ＣＢ法では、フェノール樹脂を混合した再生砂にポリイソシアネートを添加し、得られた砂に硬化剤（例えば、トリエチルアミン）を通ガスさせることで硬化させて鋳型を得ることができる。
更に、本発明の方法で得られた再生砂の色は、乾式再生のみを行った際の再生砂の色に比べて白みがかっている。ここで、白みがかるとは、鋳型の形成に使用される前のいわゆる新砂の色に近い色になることを意味する。白みがかる原因は、廃砂中に存在するカーボン（主に有機物からなる粘結剤に由来する）や石炭粉（鋳肌の凹凸の改善や鋳型の崩壊性の向上のために使用される）等の黒色成分が、主に湿式再生により除去されるためであると考えられる。また、湿式再生の回数が同一であれば、湿式再生のみを行った際の再生砂より、本発明の方法で得られた再生砂の方が、その色が白みがかっていることが予想される。
上記から、本発明の再生砂を原料としたレジンコーテッドサンドを使用して鋳型を焼成すれば、色による焼成程度の判定しやすさの改善が期待できる。なお、従来は、焼成程度の判定を容易にするために、新砂のみ（再生砂を使用しない）又は再生砂に新砂を混合した混合砂が使用されてきたが、本発明の再生砂は、従来より白みがかっているため、新砂の使用量を削減することができる。
【実施例】
【００４７】
以下実施例により本発明を更に詳細に説明するが、以下の実施例は単なる例示であり、これら実施例により本発明は限定されることはない。
【００４８】
実施例１
実施例１で使用する生型廃砂の総粘土分量と有機粘結剤のような有機成分の付着物量の比較を表１に、焙焼・乾式磨鉱と本発明の再生方法に付した際のオーリティック量と総粘土分の比較を表２に示す。
【００４９】
再生方法の条件は、本発明は、乾式磨鉱３パス／湿式磨鉱１パスとし、
焙焼・乾式磨鉱処理は、焙焼処理（８００℃）／乾式磨鉱８パスとした。
【００５０】
ここで、乾式磨鉱装置には、ロータリーリクレーマー（日本鋳造社製ロータリーリクレーマーＭ）を使用し、１パスは、４．５ｔ／時の処理量、３０〜４０Ａの負荷、３分間の処理時間の条件とした。一方、湿式磨鉱装置には、トラフ式磨鉱装置（山川産業社製トラフ式磨鉱機）を使用し、１パスは、１５ｔ／時の処理量、７０〜１１０Ａの負荷、３０秒間の処理時間、９５重量％のバルブ濃度の条件とした。
【００５１】
なお、総粘土分はＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。有機成分の付着物量は、赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製の赤外線吸収測定器使用）により測定されたＣ含有量で表した。オーリティック量はＴＪＦＳ−２１０（日本鋳造工学会：シリカプログラム試験）に準じて測定した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記表１から、シェル殻が増えるに従い、生型廃砂に由来する総粘土分が減少し、シェル殻に由来する有機成分が増加することがわかる。
【００５４】
【表２】
【００５５】
上記表２から、本発明方式の方が得られた再生砂の総粘土分が少なく、その結果、オーリティック量も少ないことがわかる。
【００５６】
実施例２〜４及び比較例１〜４
本発明の再生方法（実施例２〜４）と他の再生方法（比較例１〜４）を施した場合の廃液量を比較した。
【００５７】
某鋳物工場から回収された生型廃砂（シェル殻０％）を原料として、乾式・湿式磨鉱を併用して処理を施した本発明の再生砂と、従来の再生方法である乾式磨鉱法、湿式磨鉱法及び流動焙焼・乾式磨鉱法のそれぞれの処理を施した再生砂に対して比較を行った。乾式磨鉱及び湿式磨鉱に使用した磨鉱機は、実施例１と同じものを使用し、磨鉱条件も実施例１と同様とした。焙焼温度は約８００℃とした。
廃液量を表３に示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
表３から、実施例２〜４の再生方法は、乾式磨鉱のみの場合と比べて廃液量は多いが、従来の湿式磨鉱のみの場合と比べて廃液量を少なくすることができる。
【００６０】
実施例５〜１０及び比較例５〜１６
本発明の再生方法（実施例５〜１０）と他の再生方法（比較例５〜１６）を施した場合の再生砂の粒度分布及び回収率を比較した。生型廃砂は実施例２と同じ砂を使用した。乾式磨鉱及び湿式磨鉱に使用した磨鉱機は、実施例１と同じものを使用し、磨鉱条件も実施例１と同様とした。焙焼温度は約８００℃とした。
【００６１】
なお、粒度分布はＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。また、ＡＦＳ指数は、値が大きいほど粒度が細かいことを表すアメリカの規格であり、Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｓａｎｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｓｉｘｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３６（１９５２）に記載された方法に準じて測定した。また、回収率は磨鉱処理前の原砂の重量に対する処理後の再生砂の重量の比率を意味する。
【００６２】
再生砂の粒度分布及び回収率を表４に示す。表４中、粒度分布の測定値は、重量％を意味する。また、ｔｒは痕跡量を、Ｐａｎは５３μｍ以下の微粉末を意味する。
【００６３】
【表４】
【００６４】
上記表４から、乾式磨鉱及び湿式磨鉱のいずれも回数を増やすことで、原砂と比較して、ＡＦＳ指数が大きくなり、かつ回収率が下がることがわかる。特に乾式磨鉱を６パス以上行うことで、ＡＦＳ指数が顕著に大きくなり、回収率が大きく下がることがわかる。
【００６５】
次に、表４に示す再生砂の粒形係数、酸消費量、ｐＨ、総粘土分、Ｉｇ−Ｌｏｓｓ、オーリティック量及び化学成分を表５に示す。
【００６６】
なお、粒径係数は、砂表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社（スイス製））を用いて測定した。酸消費量は、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−４（鋳物砂の酸消費量試験法）に準拠し、終点をｐＨ５として測定した。ｐＨは、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−３（鋳物砂のｐＨ試験法）に準拠し、測定温度２５．２℃、ｐＨ５．８９の精製水を使用した測定した。総粘土分は、ＪＩＳ Ｚ ２６０１に準じて測定した。Ｉｇ−Ｌｏｓｓは、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−２に準じて測定した。オーリティック量は、ＴＪＦＳ−２１０（日本鋳造工学会シリカプログラム試験）に準じて測定した。化学成分は、蛍光Ｘ線分析装置（リガク社製）を用いて測定した。
【００６７】
【表５】
【００６８】
表５から、実施例５〜１０の再生方法は、比較例７〜１２の乾式磨鉱のみの再生方法と比較して、粒形係数が小さいため、より球に近く、酸消費量及び総粘土分が少ないことがわかる。更に、比較例１２の乾式磨鉱を１２パス行うことで得られるｐＨ及びオーリティック量を、実施例５に示すように１パスの乾式及び１パスの湿式で実現することができ、回収率も高く（表４参照）、本発明の再生方法が極めて少ない磨鉱回数で効率的に再生砂を製造できることがわかる。
【００６９】
また、実施例５〜１０の再生方法は、比較例１３〜１５の湿式磨鉱のみの再生方法と比較して、粒形係数が小さいため、より球に近く、オーリティック量が少ないことがわかる。
【００７０】
更に、実施例５〜１０の再生方法は、比較例１６の焙焼・乾式磨鉱の再生方法と比較して、粒形係数、酸消費量、ｐＨ、総粘土分、オーリティック量において優れていることがわかる。
【００７１】
なお、比較例５と６は、表５に示す値においては、実施例５〜１０の再生方法と比較して遜色はないが、表４に示されているように回収率が劣っている。
【００７２】
また、実施例５〜１０の再生方法は、化学成分の内、ＳｉＯ2の割合が、原砂のＳｉＯ2量より高くなっていることから、不純物が除去されていることがわかる。
【００７３】
次に、実施例５〜１０及び比較例５〜１６の再生砂をシェルモールド法及びＣＢ法で鋳型を造型し、それぞれの抗折力を測定した。具体的な造型方法及び抗折力測定方法を下記する。
【００７４】
（シェルモールド法）
造型用原料の組成
骨材（再生砂） ：５ｋｇ／バッチ
フェノール樹脂（旭有機材工業社製ＳＰ６１５Ｕ）：２．０重量％／骨材
ヘキサメチレンテトラミン ：１５．０重量％／骨材
水 ：１．５重量％／骨材
ステアリン酸カルシウム ：０．０６重量％／骨材
造型方法は、まず、骨材とフェノール樹脂とを１３０〜１６０℃で混合して、樹脂被覆砂とし、この砂にヘキサメチレンテトラミン、水及びステアリン酸カルシウムを混練し、混練物を所定の形に２５０℃に加熱しつつ造型することで鋳型を得た。
【００７５】
得られた鋳型にＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１に準じて３点曲げ強さ試験を実施することで抗折力を測定した。測定結果を図１に示す。
【００７６】
（ＣＢ法）
造型用原料の組成
骨材(再生砂) ：２．５ｋｇ／バッチ
フェノール樹脂（旭有機材工業社製ＣＢ−ＰＴＳ） ：１．０重量％／骨材
ポリイソシアネート（旭有機材工業社製ＣＢ−ＭＴＳ）：１．０重量％／骨材
【００７７】
造型方法は、ＪＡＣＴ試験法ＧＭ−２に準じる。具体的には、まず、骨材、フェノール樹脂及びポリイソシアネートとをケンウッドミキサーを使用して混練し（ミキサー回転数１００ｒｐｍ、混練時間４５秒）、得られた混練物を１．５ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で３秒間空気を吹き付けることで所定の形に造型し（ブロー工程）、次いでトリエチルアミンをバブリングしガス化させた後、ガス化したトリエチルアミンを０．３ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で０．３秒間通ガスさせること（ガッシング工程）で、フェノール樹脂及びポリイソシアネートとのウレタン反応により硬化させ、０．７ｋｇｆ／ｃｍ3の圧力で１０秒間空気を吹き付けてトリエチルアミンを除去することで鋳型を得た（パージ工程）。なお、混練及び通ガス時の雰囲気温度及び再生砂の温度を２０℃とし、湿度を５０％とした。得られた鋳型を混練後２４時間放置した後、抗折力を測定する。
【００７８】
得られた鋳型にＪＡＣＴ試験法ＳＭ−４に準じて３点曲げ強さ試験を実施することで抗折力を測定した。測定結果を図２に示す。
図１及び２から以下のことがわかる。
【００７９】
実施例５〜１０の再生方法は、比較例７〜１１の乾式磨鉱（９パス以内）のみの再生方法及び比較例１３と１４の湿式磨鉱（２パス以内）の再生方法よりも極めて優れた抗折力の鋳型を得ることができている。これは、実施例５〜１０による再生砂は、比較例７〜１１及び１３と１４による再生砂よりも、鋳型の硬化を阻害するオーリティック分の量が少ないことによるものと考えられる。
【００８０】
比較例１２の乾式磨鉱のみの再生方法は、実施例５〜１０と同程度の抗折力が得られているが、表４に示すように、回収率が低いという問題がある。
【００８１】
比較例１６の焙焼・乾式磨鉱による再生方法では、オーリティック量が多いため、実施例５〜１０よりも抗折力が劣っている。
【００８２】
比較例１５の湿式磨鉱３パスによる再生方法では、再生砂の性質は、比較的高いが、該砂を得るための歩留りや、生じる廃液量が多く、再生にコストがかかるという課題を有している。
【００８３】
上記のように実施例５〜１０の再生方法によれば、砂表面の不純物のほとんどが除去されており、シェルモールド法及びＣＢ法に適した鋳物砂を得ることができる。
【００８４】
表１〜５及び図１と２より、実施例１〜５の再生方法は、比較例に示す他の方法と比較して、低コストで充分な処理効果を得ることができ、かつ廃棄物量も低減できる。つまり、実施例１〜５では、相反する効果を同時に実現しているもので他に類をみないものである。また、実施例１〜５で得られる再生砂は、鋳物砂に要求される条件を十分満足している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例及び比較例による再生砂の抗折力を示すグラフである（シェルモールド法）。
【図２】実施例及び比較例による再生砂の抗折力を示すグラフである（ＣＢ法）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法。
【請求項２】
乾式磨鉱が乾式ロータリーリクレーマーによる磨鉱であり、湿式磨鉱がトラフ式磨鉱装置による磨鉱である請求項１に記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項３】
乾式磨鉱が１〜５パス施され、湿式磨鉱が１〜５パス施される請求項１又は２に記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項４】
鋳型用骨材が、シェルモールド用骨材又はイソキュアコールドボックス法用骨材である請求項１〜３のいずれか１つに記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の再生方法により得られる鋳型用骨材。
【請求項１】
シェル殻を０〜４０重量％含む生型廃砂を、乾式磨鉱に施すことで生型廃砂表面に付着している粘土分を主成分とする不純物を８０重量％以上除去した後、総粘土分が０．３重量％以下となるように湿式磨鉱を施すことで、鋳型用骨材に再生することを特徴とする生型廃砂の再生方法。
【請求項２】
乾式磨鉱が乾式ロータリーリクレーマーによる磨鉱であり、湿式磨鉱がトラフ式磨鉱装置による磨鉱である請求項１に記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項３】
乾式磨鉱が１〜５パス施され、湿式磨鉱が１〜５パス施される請求項１又は２に記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項４】
鋳型用骨材が、シェルモールド用骨材又はイソキュアコールドボックス法用骨材である請求項１〜３のいずれか１つに記載の生型廃砂の再生方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の再生方法により得られる鋳型用骨材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−６８８１５（Ｐ２００６−６８８１５Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２６８３９（Ｐ２００５−２２６８３９）
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
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