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机械制造工业是国民经济的基础，而铸造工业是机械制造业中不可缺少的重要组成部分。铸造是为机械工业提供毛坯的主要手段，铸件质量占机器质量的48%～80%，许多机器的核心零部件都为铸件。如汽车上的缸体、机床上的导轨、铁路货车上的摇枕和侧架、飞机上的螺旋浆叶片等，其性能和寿命直接决定了这些机器的性能和寿命。
近年来，尤其在我国加入WTO后，世界铸造业向发展中国家转移的趋向越来越明显，2002年我国的铸件产量已上升为世界第一，我国的铸造工业面临着极大的机遇和挑战。但铸造行业既是材料消耗的大户，也是环境污染的主要责任者之一，它历来以劳动条件差、劳动强度高、环境污染重而著称，如由铸造型砂带来的粉尘和废气污染，由废弃旧砂带来的环境污染，由钢铁熔化带来的空气污染等。因此，减少铸造工业对环境的污染，实现绿色清洁生产，已成为铸造工作者的迫切任务之一。
砂型铸造是铸造工艺的主要方法，约占整个铸件产量的80%～90%。在铸造生产中，由砂型铸造带来的粉尘污染、空气污染及固体污染最为严重。黏土硅砂产生的粉尘污染是铸造工人矽肺病的主要原因；化学黏结剂砂产生的有害气体会严重污染工作场地的空气，直接危害铸造工人的身体健康；而废弃大量铸造旧砂带来的对自然资源的浪费和对自然环境的污染，也已引起各国环保管理部门的高度注意。
有资料统计，每生产1t铸件需耗约1t新砂，同时废弃约1～1.5t旧砂。目前我国年生产铸件约1200万t，年排放的旧砂量为约1200万～1800万t，这不仅占用了大量的土地，浪费了大量的自然资源，而且造成了严重的环境污染。在许多发达国家有严格的法律条文来限制向外排放铸造旧砂，在我国废弃旧砂问题也已引起有关部门的高度重视。
由于铸造工业生产所引起的污染已严重危及人们的身心健康和赖以生存的自然环境，而减少铸造工业的污染，实现绿色铸造，不仅可以大大改善铸造工人的生产环境，还可以减少对地球上原砂资源的消耗和对自然环境的污染，因此实现绿色铸造生产具有重大的社会意义和显著的经济效益。
在砂型铸造中，黏土型砂、树脂型砂、水玻璃型砂三大型砂占约90%。比较三种型砂工艺生产时排放的有害气体及对环境的污染程度，不难发现水玻璃是最利于环保的绿色铸造黏结剂。
黏土型砂由硅砂、黏土、煤粉等构成，由此引发了较大的粉尘污染和黑色污染。浇注过程中，高温下煤粉的燃烧和分解产生的有害气体还导致了空气污染。
树脂砂通常由硅砂、树脂（呋喃树脂、酚醛树脂等）黏结剂、固化剂（对甲苯磺酸、磷酸等）组成，生产现场的空气中游离着许多SO 2 和有机废气（如甲醛、苯、甲苯等），浇注后也会产生大量的有害气体，对人体的健康非常有害。
水玻璃砂由硅砂、无机水玻璃黏结剂等组成，采用CO 2 气体或有机酯（如乙二醇二乙酸酯等）作固化剂，生产环境友好，很少产生有害气体，生产中出现的粉尘也较少。特别是酯硬化的水玻璃砂工艺，既有型砂强度高、溃散性好等优势，又有劳动条件好、有害气体少等优点，还克服了CO 2 普通水玻璃的一些缺点（如溃散性差、旧砂再生难、CO 2 排放增加温室效应等）。
国内外的铸造专家们普遍认为，与黏土砂产生的粉尘污染与黑色污染、树脂砂产生的化学污染相比，属无机黏结剂的水玻璃砂工艺是最有可能实现绿色清洁铸造生产的型砂工艺。世界各国对基于水玻璃砂的绿色铸造工艺技术及材料等的研究也正在不断加强。
为了比较不同种类型砂浇注后产生的微粒总量及有害气体的区别，美国South - ern研究院的Tenax G.C.等人，曾用12种不同类型的型砂制得各种铸型，浇注灰口铸铁件，来测定各类型砂浇注后产生的微粒的总量及有害气体的组成。他们在浇注后将抽气罩罩在铸型上收集铸型排出的废气，并用吸附法测得废气中微粒的总重量，再用环己烷对吸附层进行萃取，用紫外分光光度计和气相色谱质谱仪来分析萃取物中的含苯环化合物及其结构。不同型砂产生的微粒总量及有害气体质量见表1-2。
表 1-2 不同型砂产生的微粒总量及有害气体质量
从微粒总质量、含苯环化合物和α-苯并芘的综合比较看，酯硬化的水玻璃砂无疑是污染最轻的型砂种类，也是最有利于环境保护的绿色铸造型砂。
绿色的含义较多，它包括绿色设计、绿色制造、绿色能源、绿色产品等。其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生产周期内，废弃资源和有害排放物最少（即对环境的负面影响最小，对人的健康无害，资源利用效率最好）。绿色铸造可定义为：对环境无害（或危害很小）、合理使用和节约铸造的自然资源、依靠先进的铸造技术得到最大的产出和效益。
绿色铸造是21世纪铸造工业的发展趋势，而水玻璃砂是最有可能实现绿色铸造的型砂种类，但就目前的水玻璃砂工艺技术水平来看，离绿色铸造的要求还有不小的距离。要实现真正意义上的基于水玻璃砂的绿色铸造，还有待于如下关键技术取得重大突破或重大进展。
1.新型高性能水玻璃黏结剂及其改性技术
通过选用高质量的原材料来生产高品质的水玻璃黏结剂（纯度高、杂质少），并对水玻璃黏结剂进行物理或化学改性（物理改性包括电磁场改性、超声波改性、加热改性、微波改性等；化学改性包括无机材料改性，如多聚磷酸盐、多聚铝酸盐、有机材料改性，如黏多糖、聚丙烯酰胺、硅酸复盐改性，如硅酸钾、硅酸锂、复合材料改性，如有机—无机复合材料，纳米材料改性，如纳米SiO 2 等），开发出强度更高、性能更好且稳定（抗湿性好、砂型的表面稳定性高、不易老化等）的新型环保水玻璃黏结剂是实现水玻璃砂绿色铸造的基础。新型高性能水玻璃的采用可大大降低水玻璃黏结剂的加入量，提高浇注后型砂的溃散性及其旧砂的可再生性，并进一步改善水玻璃砂的生产操作性及型（芯）硬化后的表面稳定性。
除了开展高性能的新型水玻璃黏结剂研究开发外，还应加强对水玻璃的固化剂（如有机酯等）及其固化机理的深入研究，这也是目前水玻璃砂工艺亟待解决的关键技术问题。以酯硬化水玻璃砂为例，型砂的硬化速度受环境温度的影响较大，往往使用户感觉到较难控制；一些大、中型的铸型（芯），其硬化过程中还会出现一定程度的蠕变现象。这些除了从工艺装备上采取措施解决外（如冬天采取加热恒温措施等），研发并采用新型有机酯固化剂（对环境温度敏感性小、硬透性能好）是有效的方法之一。因此，开发出强度高、成本低、硬透性能好、易操作控制的新型水玻璃有机酯固化剂是水玻璃砂用户所期盼的事。
2.水玻璃砂的新型硬化工艺技术
酯硬化水玻璃砂工艺的优点是黏结强度高、水玻璃加入量少、旧砂的溃散性能好，但其工艺控制不太稳定、操作性能较差；而CO 2 硬化水玻璃砂的性能特点与上相反，其水玻璃加入量较多、旧砂的溃散性能差，但其工艺操作性好。如能将两者的优点综合起来，将是水玻璃砂工艺追求的目标。
为了达到上述目的，需要进行如下几方面的研究工作：在普通酯硬化水玻璃砂工艺的基础上，研究和开发新型酯硬化水玻璃砂工艺技术（如有机酯气雾硬化等），以较大地提高酯硬化水玻璃砂的生产操作性能；在新型CO 2 硬化水玻璃砂工艺的基础上，研究开发基于CO 2 硬化的新型工艺及材料技术（如CO 2 真空脉冲吹气法、稀释CO 2 硬化法等），使CO 2 硬化的水玻璃砂的强度接近酯硬化水玻璃砂的强度水平；深入研究水玻璃黏结剂的硬化机理（包括单一硬化剂硬化及复合硬化剂硬化）及特点。
新型水玻璃砂硬化工艺技术，应综合酯硬化和CO 2 硬化的优势，在保持酯硬化水玻璃砂性能的基础上，进一步降低成本，提高工艺的可操作性能，使水玻璃砂的工艺技术水平向前迈进一大步。
3.新型水玻璃旧砂再生工艺技术
实现水玻璃旧砂的完全再生回用是实现水玻璃砂绿色铸造的核心。在现有“水玻璃旧砂的干法回用与湿法再生”的认识基础上，进一步研究环境温度（或受热温度）和湿度对水玻璃旧砂粒上残留黏结剂的影响，对开发新的水玻璃旧砂再生技术具有重要意义。
旧砂的干法再生简单而易于实现，但水玻璃旧砂干法再生砂的黏结强度低，可使用时间短，目前的技术条件下通常只能做背砂（或填充砂）使用。但如能使干法再生水玻璃砂的性能提高至做面砂或单一砂的水平，将是水玻璃旧砂再生研究及应用的巨大进步。
现有的实验研究结果表明：将水玻璃旧砂进行120～200℃的加热可去除旧砂粒上残留黏结剂中的水分，提升干法再生水玻璃旧砂的脱膜效果；而将水玻璃旧砂进行320～350℃的加热，可去除残留酯及残留有机物的影响，增加水玻璃再生砂的可使用时间及再黏结强度。
进一步深入研究水玻璃旧砂表面残留物的组成、性能及特征；研究水玻璃旧砂在低温冰冻（-50～-20℃）及高温焙烧（600～800℃）等条件下，残留水玻璃黏结膜的行为，探讨水玻璃旧砂的“冰冻-干法再生”及“热法-干法再生”的可能性，并在现有“干法-湿法”复合再生工艺及装备的基础上，研究开发水玻璃旧砂的“热法-干法”复合再生、“低温度冰冻-干法”再生新工艺技术及其装备，以进一步降低水玻璃旧砂的再生成本，减少或消除灰尘、污泥等的二次污染物，对实现水玻璃砂绿色铸造具有重大意义。
4.原材料的合理配置及其表面处理技术
应该像对待树脂砂一样来对待水玻璃砂的原材料（原砂、水玻璃、有机酯、CO 2 等）的选用。从总体上看，选用好的原砂和其他原材料不仅不会增加生产成本，还会较大地提高水玻璃砂的使用性能。
我们最新的研究表明，原砂的种类及品质对水玻璃砂的性能（黏结强度、溃散性等）具有很大影响。通过对原砂的种类及粒度等的合理配置，以及对原砂表面进行活性处理，可以大大改善型砂的性能。因此，研究原砂表面的改性技术及改性材料，对提高水玻璃砂的常温强度和高温溃散性具有重大意义。
基于水玻璃砂绿色铸造生产的技术优势及目标具体表现在如下几方面。
1.铸件的精度高、质量好
水玻璃砂铸型的硬度高、尺寸精度好，生产工艺简单，可生产出类似树脂砂的高精度、高质量的铸件；还可克服用树脂砂生产铸钢件时，铸件热裂倾向大的缺点。
新型水玻璃砂型（芯）具有强度高、表面稳定性好、加入量少等优点，浇注后落砂容易，减少了大量的清砂工时，改善了清砂作业环境，大大减少了清砂时的粉尘和噪声污染，旧砂的可再生性好。
2.生产环境友好、对环境污染最轻
由于水玻璃砂工艺的原材料都为无机物，无气味且粉尘数量小，故与树脂砂和黏土砂相比，其劳动条件更好，对操作工人的身体健康更有利。
采用水玻璃旧砂再生及回用的新工艺装备后，可使水玻璃旧砂的回用率达到约95%（只有少量旧砂在处理过程中变成了泥、灰），从根本上改变了目前水玻璃砂旧砂在我国大量被废弃的现状，可大大减少铸造废物的排放量。同时节约了大量的硅砂资源（硅砂属于不可再生性资源），为我国铸造工业的绿色可持续发展奠定了基础。
3.生产成本较低、工艺操作性好
与树脂砂相比，水玻璃砂的成本低、对环境的温度和湿度的适应性更宽；采用酯硬化时，生产工艺过程与自硬树脂砂类似，采用新型CO 2 气体硬化工艺时，工艺操作性能更好。与各类树脂砂工艺相比，生产成本低。
4.生产装备简单、投资少
由于水玻璃砂的流动性能好，其混砂和造型设备与黏土砂相比更为简单，生产流水线上的装备简单、投资较少。
总之，水玻璃砂绿色铸造工艺所追求的目标是高质量、低成本、生产环境好、无废砂废水排放、集约化的绿色清洁铸造生产。绿色清洁生产是21世纪铸造工业的发展趋势，水玻璃砂是最有可能实现绿色清洁生产的铸造型砂，因此进一步开发应用水玻璃砂绿色铸造的关键技术具有重大理论和实际意义。