2012年我国铸件产量为4250万吨,连续13年位居世界第一。粘土砂铸造工艺在铸件生产中占有很重要的地位,以粘土砂工艺生产的铸件占我国铸件总产量的60%～80%。据统计,每生产1吨铸件就要产生1吨废砂,同时消耗掉1吨新砂。为此每年将产生大量的粘土废砂,这不仅造成了对硅砂资源的浪费,同时造成了对环境的污染。为此开展粘土完全再生砂改性技术的研究,提高粘土完全再生砂的铸造工艺性能,从而促进粘土旧砂完全再生技术的推广与应用,减少粘土废砂的排放量及新砂的用量,以保护环境和自然资源,对促进我国铸造行业的可持续发展,逐渐实现绿色铸造生产具有重要的现实意义。本课题以含冷芯盒芯砂粘土砂的完全再生砂为研究对象,采用实验研究和理论分析相结合的研究方法,利用扫描电子显微境、电感耦合等离子体光谱发射仪等现代化研究设备,对影响粘土完全再生砂铸造工艺性能的因素进行了实验研究,找到影响完全再生砂铸造工艺性能的主要影响因素,确定了粘土完全再生砂改性的工艺路线及工艺参数,选择了适宜的改性剂,使再生砂的铸造工艺性能达到了同种新砂的水平。研究发现由新砂混制的冷芯盒树脂砂的粘结桥断裂形式为单一的内聚断裂,而由粘土完全再生砂混制冷芯盒树脂砂的粘结桥断裂形式为内聚断裂和附着断裂,而且由再生砂混制的冷芯盒砂抗拉强度试样断口的粘结桥数量和在相同工艺条件下由新砂混制的型砂相比,在相同视场环境下减少了30%～50%。和同种新砂相比,粘土完全再生砂砂粒表面氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化镁及氧化铁的含量普遍升高,其中氧化钠、氧化镁和氧化铁的升高幅度远大于氧化铝、氧化钙,分别达到了新砂中氧化钠、氧化镁、氧化铁含量的3.5、3.5和5.8倍,但氧化钾的含量基本没有发生变化。本课题通过比较机械方法和化学方法对粘土完全再生砂改性的效果,确定了采用化学方法对再生砂进行表面改性,并确定了适宜的改性剂为H3改性剂。在H3改性剂的浓度、加入量、混砂时间和放置时间不同的情况下,分别研究了粘土完全再生砂的耗酸值以及粘土完全再生砂混制冷芯盒树脂砂抗拉强度的变化规律,并绘制了改性剂的浓度、加入量、改性剂和再生砂的混砂时间以及放置时间和完全再生砂的耗酸值,以及由改性后再生砂混制冷芯盒砂的抗拉强度的关系折线图。确定了再生砂的最佳改性工艺：当H3改性剂的加入量为10%,混砂时间为60s,放置时间为15min,改性后的粘土完全再生砂混制冷芯盒树脂砂,其即时抗拉强度为1.48Mpa,1h抗拉强度为1.83Mpa,与改性前粘土完全再生砂相比,即时抗拉强度比改性前提高了47%,1h抗拉强度提高了32%,与新砂相比,即时抗拉强度大于新砂的1.40Mpa,1h抗拉强度略低于新砂的1.92Mpa。