磷酸盐黏结剂型芯砂固化剂及硬化机理分析

作为磷酸盐黏结剂的固化剂种类繁多，任何碱金属氧化物或含碱金属氧化物的材料都可用作固化剂。国内外已采用的固化剂有铁的氧化物（氧化铁粉、铁精矿粉）、镁的氧化物（电熔镁砂粉、重烧冶金镁砂粉）、铬镁矿砂和铬镁铁矿砂、矾土水泥、碱性炉渣、炼钢废料等。

磷酸盐能作为型（芯）砂的黏结剂的重要条件是它能够聚合成大分子显示出黏结性能，并具有在一定条件下硬化的能力。其黏结作用表现在两个方面：一是黏结剂成网状凝胶时利用自身有一定弹性和强度的胶膜包覆在砂粒表面，使其具有一定强度；二是黏结剂与砂粒表面发生界面反应，这种界面反应当砂粒表面或混合料中含有碱金属氧化物时，磷酸盐黏结剂会与之发生化学反应，形成化学键黏结形式，从而实现化学自硬。磷酸盐黏结材料也可通过加热的方法物理硬化，即在加热烘干的过程中脱去黏结剂中所包含的水分，使磷酸盐溶胶过饱和而不断析出黏结产物，以至成为坚硬的固体凝胶。加热烘干脱水硬化形成的网状结构比自硬时形成的网状结构具有更高的黏结强度。

固化剂的作用，一是使磷酸盐黏结系统能在常温下固化，二是调节硬化速度，以满足工艺要求。其硬化机理大致如下：

1）在磷酸盐-固化剂系统中，磷酸根与固化剂中金属离子反应，促使溶液更快过饱和并不断以较快的速度析出磷酸凝胶，使黏结体系发生硬结和硬化。金属阳离子的碱性越强，促凝效果也越强。

2）固化剂的加入使Me₂O—H₃PO₄的体系改变，由非结晶质向结晶质转变，即按照凝胶→片状晶体→片状晶体连生的形式生成Me₂O—HPO₄·H₂O，由此而产生黏结性能。(www.xing528.com)

3）金属氧化物能与磷酸盐溶胶相互作用，使磷酸与氧化物表面产生氢键，形成黏结体系。

4）固化剂的成分中，只有碱金属阳离子含量合适才能得到适宜的反应速度，达到促凝硬化的目的。

图9-1所示为铬刚玉磷酸盐黏结剂砂抗压强度与固化时间的关系。从图中可以看出，MgO固化剂的硬化速度比MgCO₃粉状固化剂要快很多。

当使用磷酸盐水溶液作黏结剂时，一般加入氧化镁与其他碱土金属氧化物、氢氧化物或其盐类的混合物，也添加少量多元羧酸或多元醇来提高黏结性能。除自硬法外，磷酸盐的气硬法（吹氯化铵硬化）和热硬法（加热温度为150～200℃）也在开发完善之中。