Water Vapour Sorption on Used Foundry Sand with Regard to its Reusability

Sand is a widely used molding material in the foundry industry. With its availability becoming increasingly limited and transportation being cost-intensive, sustainable and environmentally friendly regeneration processes are attracting growing attention. The primary challenge in this context is the removal of binder residues remaining on the sand grains. Alkali silicates, considered as binder systems, place high demands on the specificity and sensitivity of analytical methods, since trace amounts of analyte (silicic acid) must be determined as quantitatively as possible on a chemically almost identical matrix. The present work discusses the use of water vapor sorption for the semi-quantitative determination of residual silicic acid in the presence of crystalline silicon dioxide. A particular focus is placed on modeling the sorption isotherms using the GAB and BET models. The specific surface areas determined for sands with varying degrees of binder loading are compared with the strength values of test specimens produced from these sands. A direct correlation between the achievable strength and the specific surface area is observed.

Sand ist weitverbreiteter Formstoff in der Gussindustrie. Mit seiner immer knapper werdenden Verfügbarkeit und dem kostenintensiven Transport rücken nachhaltige und umweltschonende Regenerierungsverfahren zunehmend in den Fokus. Hauptaufgabe hierbei ist die Entfernung des auf dem Sandkorn zurückgebliebenen Bindemittels. Die als Binder in Betracht genommenen Alkalisilicate stellen hohe Anforderungen an die Spezifität und Sensitivität der Analytik, da Spuren von Analyt (Kieselsäure) auf einer chemisch nahezu identischen Matrix möglichst quantitativ bestimmt werden sollen. In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz der Wasserdampfsorption zur halbquantitativen Erfassung von Kieselsäureresten in Gegenwart kristallinen Siliciumdioxids diskutiert. Einen Schwerpunkt bildet die Modellierung der Sorptionsisothermen mit GAB- und BET-Modellen. Die ermittelten spezifischen Oberflächen verschieden stark bindemittelbelasteter Sande werden mit den Festigkeitswerten daraus hergestellter Prüfkörper verglichen. Dabei zeigt sich eine direkte Korrelation zwischen erreichter Festigkeit und spezifischer Oberfläche.