粘土粘合剂材料及其制备方法技术

讨论在湿砂型浇铸和其他成型过程中可用作粘合剂的粘土材料，以及制备这种粘土材料的方法。粘土材料可以经化学处理。例如，天然粘土可以与一种或多种还原剂结合，使得作为三价铁(Fe

Clay binder material and its preparation method

Clay materials which can be used as adhesives in wet sand moulding and other moulding processes are discussed, and methods for preparing such clay materials are also discussed. Clay materials can be chemically treated. For example, natural clay can be combined with one or more reductants to act as a trivalent iron (Fe).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粘土粘合剂材料及其制备方法优先权主张本PCT国际申请主张2016年6月20日提交的美国临时申请号62/352,098的优先权的权益，其主题通过引用整体并入本文。
本公开的实施方案主要涉及例如在将制品成形的浇铸、造粒、成型(molding)和/或其他过程期间可用作粘合剂的粘土材料。背景浇铸是用于制备制品的铸造过程，其中将加热的液体材料(通常是金属或金属合金)倒入铸型的腔中并使其冷却成腔的形状。然后将浇铸的制品从铸型中释放。可以使用各种材料来形成铸型，例如，取决于待浇铸的材料的特性。例如，砂型浇铸可用于浇铸金属和金属合金。在该过程中，砂通常与粘合剂结合并形成所需的铸型形状。形成这种砂型可以通过围绕模型(例如，待浇铸的制品的复制品)压实砂混合物并移除模型以留下具有所需形状和构造的腔来完成。在浇铸之前和/或期间，可以使用砂箱来保持砂型。还可以在砂中形成注口、浇口和通气孔以允许将熔融金属受控制地引入铸型中。一旦将熔融金属倒入铸型中并冷却以固化，就可以释放浇铸的金属制品，通常通过破坏砂型。湿砂型浇铸(greensandcasting)是指使用湿或湿润的砂来形成铸型，其中砂通常与水和粘合剂如粘土结合以形成成型介质。粘合剂有时作为“预混物”提供，其可与当地砂源结合以产生成型介质。粘合剂通常允许砂粒凝聚，使得铸型可以保持其形状并承受在整个浇铸过程中施加的应力。在湿砂型浇铸期间，砂型通常保留一些量的水分，且粘土在环境温度和升高温度下都用作粘合剂。砂型的化学组成通常支配其性质，包括其承受浇铸过程的应力和压力的能力，这继而影响浇铸制品的品质。用于制备铸型的成型介质的不同组成可对铸型在砂型浇铸的高温和压缩条件下执行的能力有显著影响。特别地，与熔融材料接触的铸型表面支配最终从铸型中取出的浇铸制品的表面的质地和品质。湿砂型浇铸期间的再现性通常取决于各种因素，例如铸型腔尺寸的收缩和/或其他变化，铸型的硬度，砂成型介质的稳定性，砂箱的机械对准，和浇铸温度，包括温度的任何变动。砂型浇铸中的一个常见问题是产生具有表面缺陷的制品，这些表面缺陷会导致这些制品被拒收。例如，硅砂颗粒通常在加热时膨胀。当浇铸期间这些颗粒过于接近时，型砂可以随着其膨胀而移动以导致浇铸制品中的缺陷，例如“剥砂面”(buckle，由于过度的砂膨胀导致的长、浅的压痕)，“鼠尾”(也由于砂膨胀导致的薄、不规则压痕)，和“结疤”(由于当熔融金属进入铸型时一部分型砂脱落所致的铸件上的凸起区域)。已经努力使用各种方法来避免或防止这些类型的表面缺陷，例如使用添加剂如碳质材料来消除砂的不均匀膨胀，或使用淀粉来增强铸型的干强度。因为粘土通常伴随着热量收缩，在砂成型介质中使用的粘土的性质也会影响铸型的稳定性，特别是在熔融金属注入铸型时的高温下。概述本公开包括处理粘土材料的方法和包含这种经处理的粘土材料的组合物。粘土材料可以经化学处理如经化学还原，例如通过加入一种或多种还原剂。在一些方面，例如，该方法包括将第一粘土与至少一种还原剂结合以产生经处理的粘土，其中第一粘土包含蒙脱石，且作为三价铁(Fe3+)存在于第一粘土中的一定量的铁在经处理的粘土中至少部分还原成二价铁(Fe2+)。第一粘土可以包含膨润土，例如钠膨润土、钙膨润土或其组合。第一粘土可以从天然粘土沉积物、例如天然膨润土沉积物中获得。因此，例如，第一粘土可以是天然粘土。在本文预期的其他实例中，可在加入所述至少一种还原剂之前至少部分地加工第一粘土。第一粘土可以是活化的粘土，例如包含活化的钠膨润土、活化的钙膨润土或其组合。在至少一些实例中，经处理的粘土可以包含至少1500ppm的总酸可溶性铁，例如至少2000ppm，至少2500ppm，或至少3000ppm的总酸可溶性铁。例如，经处理的粘土可以包含约1500ppm至约6000ppm，约1800ppm至约5500ppm，或约2000ppm至约5000ppm的总酸可溶性铁。经处理的粘土的Fe2+：Fe3+的比率可以大于3，例如大于5，大于7或大于10。在本公开的一些方面，所述至少一种还原剂可以选自亚硫酸盐化合物(包括但不限于亚硫酸钠)、有机酸(包括但不限于抗坏血酸、甲酸、草酸和鞣酸)、硫脲、硼氢化钠(NaBH4)、氢化铝锂(LiAlH4)、一氧化碳(CO)、亚磷酸盐化合物、次磷酸盐化合物、锡化合物或其组合。在至少一个实例中，所述至少一种还原剂包括亚硫酸盐化合物、有机酸、氢化物化合物或其组合。例如，所述至少一种还原剂可以包含亚硫酸钠。所述至少一种还原剂可以相对于第一粘土的重量约0.01%至约10.0%重量，例如约0.1%至约5.0%重量范围的量加入。该方法还可以包括将苏打灰加入到第一粘土中。苏打灰可以在第一粘土与所述至少一种还原剂结合之前、同时或之后加入。在一些方面，苏打灰可以相对于第一粘土的重量约1%至约15%重量范围的量加入。根据本公开的一些方面，经处理的粘土可具有约20ml/2g至约50ml/2g、或约30ml/2g至约45ml/2g范围的溶胀体积。另外或备选地，经处理的粘土可具有约200N至约700N范围的压缩强度。经处理的粘土可适用于成型过程，例如作为粘合剂。这种成型过程可以包括例如砂型浇铸(例如，湿砂型浇铸)、造粒(例如，铁矿石造粒)或制砖。在一些方面，例如，该方法可以进一步包括将经处理的粘土与砂结合以形成粘土/砂混合物，并由粘土/砂混合物制备铸型。本公开还包括包含经化学处理的粘土材料的组合物，例如经化学还原的粘土材料。例如，该组合物可以包含具有大于20ml/2g且小于约60ml/2g、例如大于约30ml/2g且小于约50ml/2g的溶胀体积的经化学处理的膨润土粘土。在一些方面，经化学处理的膨润土粘土可具有约400N至约500N范围的平均压缩强度。该组合物可以包含经化学处理的膨润土粘土，其包含不同氧化态的铁。例如，经化学处理的膨润土粘土可以具有大于3、例如大于5、大于7或大于10的Fe2+：Fe3+的比率。另外或备选地，组合物可以包含添加剂，其包含Fe2+，Fe3+，或Fe2+和Fe3+的组合。因此，例如，经处理的粘土和/或添加剂的Fe2+：Fe3+的比率可以大于3，大于5，大于7或大于10。在一些实例中，组合物可以包含至少1500ppm的总酸可溶性铁，例如至少2000ppm、至少2500ppm、或至少3000ppm的总酸可溶性铁。例如，组合物可以包含约1500ppm至约6000ppm、约1800ppm至约5500ppm、或约2000ppm至约5000ppm的总酸可溶性铁。在一些方面，经化学处理的粘土可以通过将第一粘土与至少一种选自亚硫酸钠、抗坏血酸或硫脲的还原剂结合来制备。第一粘土可以从天然粘土沉积物(例如天然膨润土沉积物)获得。因此，例如，第一粘土可以是天然粘土。在本文预期的其他实例中，可在加入所述至少一种还原剂之前至少部分地加工第一粘土。根据本公开的一些方面，组合物可另外包含砂，例如硅砂。例如，组合物可以包含约85%至约97%重量的砂，和约3%至约15%重量的经化学处理的膨润土粘土。在一些方面，组合物可含有水分，例如，相对于砂的重量，组合物包含约2%至约4%重量的水。在至少一个实例中，组合物可以通过将天然膨润土粘土与至少一种还原剂结合以产生经化学处理的膨润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理粘土材料的方法，所述方法包括将第一粘土与至少一种还原剂结合以产生经处理的粘土，其中所述第一粘土包含蒙脱石，且作为三价铁(Fe

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.20 US 62/3520981.一种处理粘土材料的方法，所述方法包括将第一粘土与至少一种还原剂结合以产生经处理的粘土，其中所述第一粘土包含蒙脱石，且作为三价铁(Fe3+)存在于第一粘土中的一定量的铁在经处理的粘土中至少部分还原成二价铁(Fe2+)。2.权利要求1的方法，其中所述第一粘土包含膨润土。3.前述权利要求中任一项的方法，其中所述第一粘土包括钠膨润土、钙膨润土或其组合，且其中所述第一粘土是天然粘土。4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述第一粘土是活化的粘土且包含活化的钠膨润土、活化的钙膨润土或其组合。5.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土包含至少1500ppm的总酸可溶性铁。6.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土的Fe2+：Fe3+的比率大于3。7.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土的Fe2+：Fe3+的比率大于5。8.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土的Fe2+：Fe3+的比率大于10。9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种还原剂包含亚硫酸盐化合物、有机酸、氢化物化合物或其组合。10.前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种还原剂选自亚硫酸钠、硫代硫酸钠、甲脒亚磺酸、抗坏血酸、甲酸、草酸、鞣酸、柠檬酸、植酸、硫脲、甲醛次硫酸钠、硼氢化钠、氢化铝锂或其组合。11.前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种还原剂包含亚硫酸钠。12.前述权利要求中任一项的方法，其中所述至少一种还原剂以相对于第一粘土的重量约0.01%至约10.0%重量范围的量加入。13.前述权利要求中任一项的方法，还包括将苏打灰加入到第一粘土中。14.权利要求13的方法，其中，所述苏打灰以相对于所述第一粘土的重量约1%至约15%重量范围的量加入。15.权利要求13或14的方法，其中在将所述第一粘土与所述至少一种还原剂结合的同时将所述苏打灰加入到所述第一粘土中。16.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土具有约25ml/2g至约50ml/2g范围的溶胀体积。17.前述权利要求中任一项的方法，其中所述经处理的粘土具有约200N至约700N范围的压缩强度。18.前述权利要求中任一项的方法，还包括将经处理的粘土与砂结合以形成粘土/砂混合物，并由所述粘土/砂混合物制备铸型。19.一种组合物，其包含前述权利要求中任一项的经处理的粘土，其中所述组合物包含至少1500ppm的总酸可溶性铁。20....

【专利技术属性】
技术研发人员：J卢，VS拉菲，M格林，
申请(专利权)人：SB工业矿石北美公司，
类型：发明
国别省市：美国,US