发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种铸造膨润土助磨增效剂及其制备方法，铸造膨润土助磨增效剂是具有吸附、分散、助水化等作用的助剂。容易吸附在膨润土物料表面和新生缝隙间，具有阻止新生缝隙重新复合，减少物料颗粒间的相互凝聚，降低物料的界面张力，同时起到减少摩擦的润滑作用，提高粉碎效果，提高磨机内物料的分散性和流动性，并能提高铸造膨润土中2微米以下颗粒的比例，而细颗粒可显著提高铸造膨润土粘结强度等力学指标。同时，铸造膨润土助磨增效剂能有效提高铸造膨润土对铸造型砂粘结强度、提高铸造膨润土的吸蓝量、提高铸造膨润土复用性，它还能提高铸造膨润土粉磨产量，同时将低吸蓝量膨润土用于铸造膨润土的生产并能有效节约生产成本。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术途径实现的：

一种铸造膨润土助磨增效剂，包括多羟基苯甲酸盐化合物和载体，所述多羟基苯甲酸盐化合物为2,3-二羟基苯甲酸盐、3,4-二羟基苯甲酸盐、2,6-二羟基苯甲酸盐、2,5-二羟基苯甲酸盐、2,4-二羟基苯甲酸盐、3,5-二羟基苯甲酸盐、2,4,6-三羟基苯甲酸盐、3,4,5-三羟基苯甲酸盐和2,3,4-三羟基苯甲酸盐中的一种或几种；所述载体为经钠化改性的膨润土。

多羟基甲酸盐化合物的结构特点如下：一是分子中至少含有两个羟基，羟基是吸附性基团，可以吸附在蒙脱石颗粒的端部断键暴露的正电点位，或与暴露的Si-O或Al-O的O原子间形成氢键以及静电等吸附，而且羟基的这种吸附作用要远远大于羧基、磺酸基等强极性基团。多羟基的存在大大增加了这种吸附几率和吸附强度，尤其邻位羟基的存在，更是加强了这种吸附作用。这种吸附作用的直接效果体现是显著提高膨润土颗粒的分散度、细度和粉磨效率，间接效果是增强膨润土颗粒水化程度。二是它们的分子中含有羧酸盐基团，而羧酸盐基团是强水化基团，它结合水的能力远远大于羟基等吸附性基团，可结合大量水分子，进而大幅度提高蒙脱石颗粒水化膜厚度，具体表现是铸造膨润土的吸水速率和吸水率明显提高，砂型的湿压强度和热湿拉强度也得到提高。三是在蒙脱石颗粒上强的吸附作用有利于羧酸盐基团发挥增强蒙脱石颗粒水化作用。四是分子结构主体是苯环，而苯环耐热，更关键的是它的高温分解产物中残碳量是除多环芳烃外最高的。这一点对铸造膨润土高温后的复用性很有好处，可明显提高高温受热后有效膨润土的含量，即提高铸造膨润土的复用性。而且残碳在铸造砂型表面形成的碳膜对提高铸件表面光洁度和成品率也很有益处。总之，本发明的铸造膨润土助磨增效剂多羟基苯甲酸钠化合物中分子中同时含有的强吸附性的羟基和强水化羧酸盐基团以及本环结构，导致它在铸造膨润土粉磨加工和铸造造型应用中的独特性质。而传统矿物加工行业对助磨剂如脂肪胺类、乙醇胺类、醇类、脂肪酸类、表面活性剂类等的要求，往往是它们要与加工矿物间有足够的吸附能力，以改变磨内物料的分散性，消除矿物微细颗粒的静电吸附和包球糊磨现象。故这些传统助磨剂分子中一般只含有氨基、羟基等吸附基团，不需要或不必需含有水化基团，这是本发明铸造膨润土助磨增效剂与传统助磨剂结构上的最主要差别。

本发明中的载体不是惰性的载体，它在本发明中的主要作用是作为多羟基苯甲酸盐的载体，它们相互间混合均匀，以利于多羟基苯甲酸盐在后续铸造膨润土制备过程中，在经钠化处理膨润土中能够分散更均匀。另外，载体本身就是经钠化改性的膨润土，对型砂仍有粘结作用。即本发明中的非惰性载体不会影响铸造膨润土质量，不会产生不良后果。

所述多羟基苯甲酸盐化合物与载体的质量比为1:1～1:4。

优选多羟基苯甲酸盐化合物为分子中含有邻羟基的多羟基苯甲酸盐，为2,3-二羟基苯甲酸盐、3,4-二羟基苯甲酸盐、3,4,5-三羟基苯甲酸盐2,3,4-三羟基苯甲酸盐。具有邻羟基的多羟基苯甲酸盐，它的两个和三个邻羟基与蒙脱石颗粒端部的吸附作用要明显强于非邻羟基的多羟基苯甲酸盐，更要强于只含有一个羟基的苯甲酸盐，从而对铸造膨润土有更好的分散作用，而且这种吸附作用(也只有吸附到蒙脱石颗粒上)才能使其结构中的羧酸盐基团发挥增强蒙脱石颗粒水化作用的目的。

所述多羟基苯甲酸盐为可溶性盐，为钠盐、钾盐或铵盐。进一步地，所述多羟基苯甲酸盐为钠盐，钠盐更有利于提高铸造膨润土膨胀性能，有利于铸造膨润土的湿压强度和热湿拉强度。

本发明还提供一种铸造膨润土助磨增效剂的制备方法，将多羟基苯甲酸盐化合物和载体混合均匀，得到铸造膨润土助磨增效剂。

本发明还提供一种铸造膨润土助磨增效剂的使用方法，将铸造膨润土助磨增效剂与经钠化改性的膨润土进行粉磨，得到铸造膨润土；所述膨润土为高吸蓝量膨润土或低吸蓝量和高吸蓝量的混合膨润土，所述低吸蓝量和高吸蓝量的混合膨润土中，低吸蓝量膨润土的质量百分数10-30％；所述加入的铸造膨润土助磨增效剂中多羟基苯甲酸盐化合物的质量为加入的经钠化改性的膨润土质量的0.1-0.3％。

为了达到更好的增效的效果，优选粉磨过程中还加入辅料，所述加入辅料的质量为加入的经钠化改性的膨润土总量的0.01-0.1％。所述的辅料选自下述任意一种或一种以上物质所组成的混合物：羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙酸乙烯酯、腐殖酸钠、聚乙烯醇、聚氧乙烯、羟乙基纤维素、轻烧粉、氧化镁等，辅料是在铸造膨润土粉磨完成后再混入。辅料已经广泛在铸造膨润土中使用，不作为本发明的特殊项目。

本发明的有益效果是：

1、显著提高铸造膨润土的粘结强度

本发明铸造膨润土助磨增强剂主要成分是同时含有多个羟基和羧酸盐基团的芳香化合物，这种结构的化合物用于膨润土粉磨加工得到的膨润土产品在混砂成型过程中，会用它们的邻羟基为吸附基团吸附于膨润土中蒙脱石颗粒端部，同时它们的羧酸盐基团指向外部空间。羧酸盐基团是强水化基团，结合水能力很强，羧酸盐基团的存在大大提高了膨润土颗粒水化速率，增加了蒙脱石颗粒水化膜厚度，使其水化更充分，膨胀体积更大，使其在型砂中的粘结作用发挥的更充分，从而使砂型的湿压强度和热湿拉强度等力学强度得到提高。在蒙脱石颗粒上强的吸附作用有利于羧基发挥增强蒙脱石颗粒水化作用。

2、剥离除杂，提高铸造膨润土吸蓝量指标

本发明的铸造膨润土助磨增效剂与传统矿物助磨剂一样，也可以显著提高膨润土粉磨效率，包括产量提高和粒度的降低。众所周知，天然膨润土矿物中除含有蒙脱石，同时还含有蛋白石、方石英、石英、伊利石、云母、沸石、绿泥石、长石等杂质，其总量一般占30～50％甚至更高。这些杂质往往以极细小的颗粒包裹在蒙脱石晶体中。如果粉磨加工后的铸造颗粒粗大，那么这些杂质的绝大部分仍然会包裹在蒙脱石晶体中，当然不能在除砂器中将它们从膨润土中分离除去。使用本发明的铸造膨润土助磨增效剂后，在不增加能耗的情况下，可以将膨润土磨得足够细，蒙脱石颗粒厚度一般在5个晶层以下，这个厚度远远小于未使用本发明铸造膨润土助磨增效剂所生产铸造膨润土标准细度200目膨润土颗粒所具有的10～15个晶层厚度。就是说，使用本发明铸造膨润土助磨增效剂加工的铸造膨润土，可以使蒙脱石晶层剥离得更充分，使夹杂在蒙脱石晶体中的杂质较充分剥离出来，在后面的除砂器中因其密度高于蒙脱石而被分离出去，使所生产的铸造膨润土中蒙脱石含量和吸蓝量得到提高，即铸造膨润土纯度得到提高。

铸造膨润土粒度的降低和吸蓝量的提高对铸造膨润土粘结强度的提高也都是有利的，即本发明铸造膨润土助磨增效剂可明显改善铸造膨润土的湿压强度和热湿拉强度。本发明铸造膨润土助磨增效剂为土黄色粉状物，经工业实验证明，本品对低吸蓝量和高吸蓝量膨润土都有良好的助磨和增效作用。尤其能够将自然界广泛存在的低吸蓝量膨润土用于铸造膨润土的生产加工，这对膨润土资源的充分利用，降低铸造膨润土生产成本非常有意义。

3、提高铸造膨润土的复用性

采用本发明铸造膨润土助磨增效剂生产的铸造膨润土制作型砂模型，向这种型砂模中浇注铁水时，处于砂型表层的助磨增效剂分子受到铁水的高温作用而分解。由于这些助磨增效剂分子主体为苯环结构，高温分解产物的残碳率很高，因此它们高温分解蒸汽中碳的浓度很高，这些蒸汽在铁水高温作用下向砂型内部扩散，迅速凝结在内层蒙脱石和砂粒表面，形成碳的隔离层。碳的这种隔离层不是热的良导体，可降低铁水高温对砂型内部蒙脱石的热冲击，使其受热温度有一定程度降低，蒙脱石颗粒得到保护。亦即，由于3,4,5-三羟基苯甲酸钠等助磨增效剂受热分解产生的碳蒸汽所形成的碳隔离膜层的热阻作用，降低了砂型中蒙脱石的烧蚀率，残留蒙脱石比率增大，从而提高了铸造膨润土的复用性。同时，由于砂型中蒙脱石烧蚀率降低，使得高温下保持砂型粘结强度的蒙脱石含量降幅减少，砂型的热湿拉强度也得到了一定提高。

综上所述，本发明铸造膨润土助磨增强剂是应用于铸造膨润土生产中的一种专用外加剂，该助磨增效剂采用物理化学原理使铸造膨润土粉磨效率、粘结强度和复用性得到提高，添加该助磨增强剂后可以大幅度节省高吸蓝量膨润土的用量，增加低品质膨润土的利用率，从而使铸造膨润土生产成本得到降低和膨润土资源利用率的提高。本发明的铸造膨润土助磨增效剂用于铸造膨润土粉磨大大提高了粉磨效率，增加了微细颗粒的比例，致使膨润土粘结能力提高。

本发明所用到的所有原料规格均为工业级。

以一年产10万吨的铸造膨润土企业为例，生产铸造膨润土掺入本发明助磨增强剂0.2％(按多羟基苯甲酸钠计)以后，其成本节省计算如下(高质量膨润土按150元/吨、低质量膨润土价格按50元/吨计)：

若减少高吸蓝膨润土用量25％，增加低吸蓝膨润土24.8％。

则每吨节省成本：高吸蓝膨润土单价×25％-低吸蓝膨润土单价×24.8％-助磨增强剂单价×0.2％＝150×25％-50×24.8％-8000×0.2％＝9.1元/吨。

全年节约成本＝10万吨×9.1元/吨＝91万元

通过以上分析可以看出，一个年产10万吨的铸造膨润土企业使用本发明助磨增强剂后，每年可节省成本91万元，其经济效益可观，而且这种节省不需要改变原来铸造膨润土生产的任何工艺和流程。

此外，本发明铸造膨润土助磨增强剂还具有以下有益效果：

1、提高铸造膨润土强度等级

掺入0.1-0.3％的本助磨增强剂，减少了膨润土颗粒间的相互凝聚，提高粉碎效果，并能提高2微米以下颗粒的比例，同时增加了蒙脱石颗粒水化膜厚度，从而可显著提高铸造膨润土湿压强度和热湿拉强度等级。

2、提高雷蒙磨台时产量

由于本发明铸造膨润土助磨增效剂容易吸附在膨润土物料表面和缝隙间，具有降低物料的界面张力，同时起到减少摩擦，减少物料颗粒间的相互凝聚，减少糊磨现象，提高了粉碎效果。即掺入本发明助磨增效剂后，膨润土更容易粉磨成细颗粒，雷蒙磨单位小时产量可以得到提高，单位铸造膨润土的生产电耗相应下降。

3、提高膨润土资源利用率

由于本发明的助磨增效剂可有效提高铸造膨润土的粘结强度指标，故在使用本发明铸造膨润土助磨增效剂的情况下可以掺入一定量低吸蓝膨润土，掺入比例可根据高低吸蓝膨润土品质和铸造膨润土强度要求来确定，一般每吨铸造膨润土中可掺入质量分数为10-30％低吸蓝膨润土，具有良好环保和提高膨润土资源利用的效果。

本发明铸造膨润土助磨增效剂使用非常简单方便，在粉磨铸造膨润土时，掺入0.1-0.3％本发明铸造膨润土助磨增效剂(以羟基苯甲酸盐计)，可减少高吸蓝膨润土的使用，而用低吸蓝膨润土代替，其替代比例可根据高低吸蓝膨润土品质和铸造膨润土强度要求确定。