TW201540656A - 回收硫酸銨廢液之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種回收硫酸銨廢液之方法，包含：(a) 複分解反應，其係於硫酸銨溶液中加入氯化鈉或氯化鉀形成一混合溶液，於密閉容器中加熱該混合溶液至100℃以上進行複分解反應，待硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出後，停止加熱；以及(b) 第一次固液分離，其係將該複分解反應之反應產物進行固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第一分離液。上述之方法中，可進一步從第一分離液中製取硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨。本發明之回收硫酸銨廢液之方法，可幾乎將廢液中之硫酸銨完全轉換為硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨，具有良好的回收效率。

Description

回收硫酸銨廢液之方法

本發明係關於一種回收硫酸銨廢液之方法，特別關於一種使用氯化鈉或氯化鉀對於硫酸銨廢液進行複分解之廢液回收方法。

由於電子廠(例如：IC晶圓代工及LED廠)等行業在製程中須使用大量的液氨或氨水，製程使用後廢棄的氨因氨氮管制日趨嚴格，為達排放標準，業界一般使用酸性水溶液，例如：鹽酸或硫酸水溶液來吸收廢棄氨，製得氯化銨或硫酸銨溶液，以進一步排放或利用。

其中，部分廠家會利用其他製程中所產生之硫酸廢液來吸收廢棄氨，形成約25%~30%的硫酸銨溶液。傳統上，係將該硫酸銨溶液直接加水稀釋、排放，或將該硫酸銨溶液濃縮再結晶，製得硫酸銨固體進行回收利用。然而，由於硫酸銨在水中具有高溶解度，在濃縮結晶的過程中需耗費大量的額外成本，且回收所獲得之硫酸銨單價不高，因此，傳統的回收方法無法獲得良好的經濟效益。

為解決上述現有技術的缺失，本發明係提供一種回收硫酸銨廢液之方法，以解決傳統回收方法經濟效益不高的問題。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種回收硫酸銨廢液之方法，包含：(a) 複分解反應，其係於硫酸銨溶液中加入氯化鈉或氯化鉀形成一混合溶液，於密閉容器中加熱該混合溶液至100℃以上進行複分解反應，待硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出後，停止加熱；以及(b) 第一次固液分離，其係將該複分解反應之反應產物進行固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第一分離液。

上述之方法中，較佳係加熱該混合溶液至105℃~120℃。

上述之方法中，較佳係以蒸氣加熱系統或熱媒加熱系統加熱該混合溶液。

上述之方法中，該混合溶液中硫酸銨與氯化鈉或氯化鉀的莫耳比例較佳為1:2。

上述之方法中，可進一步包含：(c) 濃縮及第二次固液分離，其係將該第一分離液進行濃縮，使硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出，並進行第二次固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第二分離液。

上述之方法中，可進一步將該第二分離液進行濃縮，使水分完全蒸發，以得到固體的氯化銨結晶。

上述之方法中，可進一步包含：(d) 濃縮及第三次固液分離，其係將該第二分離液進行濃縮，使氯化銨結晶析出，並進行第三次固液分離，以得到固體部分之氯化銨結晶以及第三分離液。

上述之方法中，較佳係使用一離心機或一板框過濾機進行固液分離。

上述之方法中，較佳係以加熱方式排除分離液中之水分，並使用一抽氣裝置降低系統之壓力，對分離液進行濃縮。

上述之方法中，可進一步包含：(e) 第三分離液之收集及收集液之再利用，其係收集該第三分離液，並將經收集之收集液於下次回收程序中導入第二分離液中，一併進行濃縮及第三次固液分離步驟。

本發明之一種回收硫酸銨廢液之方法中，其複分解反應可幾乎將廢液中之硫酸銨完全轉換為硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨，具有良好的回收效率。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

本發明之回收硫酸銨廢液之方法其操作流程如第1圖所示，說明如下：

步驟一(複分解反應)：

於濃度25%~30%的硫酸銨溶液中，加入氯化鈉或氯化鉀形成一混合溶液，於密閉容器中加熱該混合溶液至100℃以上，維持一定時間以進行複分解反應，使硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出，待硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出後，停止加熱(S1)。步驟一中該複分解反應之化學平衡式如式(1)及式(2)所示。2NaCl + (NH₄ )₂ SO₄ → Na₂ SO₄ + 2NH₄ Cl                         式(1)2KCl   + (NH₄ )₂ SO₄ → K₂ SO₄ + 2NH₄ Cl                         式(2)

步驟一中，經複分解反應後，硫酸銨可幾乎完全反應為硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨，因此，每一莫耳的硫酸銨較佳係添加二莫耳的氯化鈉或氯化鉀進行複分解反應，以避免反應完成後溶液中殘留未反應之硫酸銨或過量之氯化鈉或氯化鉀。該複分解反應係於密閉容器中加熱進行，其有助於在加熱程序中提升反應系統之壓力，提高該混合溶液之沸點，使混合溶液可達到所需的反應溫度，不至於蒸發。此外，在該加熱程序中，可使用任何習知之加熱系統對該混合溶液進行加熱，只要能提升反應溫度至100℃以上即可，例如：可使用一蒸氣加熱系統或一熱媒加熱系統。其中，該複分解反應需要在100℃以上之溫度中進行，較佳之溫度範圍為105~120℃。

步驟二(第一次固液分離)：

取步驟一複分解反應之反應產物，進行第一次固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第一分離液(S2)，經固液分離後，固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶可進行烘乾、檢測以及包裝，第一分離液中仍含有未析出之硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨將於後續步驟中進一步分離。步驟二中，可使用任何習知之方式進行第一次固液分離，例如：可使用一離心機或一板框過濾機，以下各步驟中之固液分離方式亦同。

步驟三(濃縮及第二次固液分離)：

取步驟二之第一分離液進行濃縮，利用氯化銨與硫酸鈉或硫酸鉀溶解度的不同，使硫酸鈉或硫酸鉀結晶先行析出，並進行第二次固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第二分離液(S3)，經固液分離後，固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶可進行烘乾、檢測以及包裝，第二分離液中含有未析出之氯化銨將於後續步驟中進一步分離。步驟三中，可使用加熱的方式使水分蒸發來進行濃縮，亦可進一步連接一抽氣幫浦降低系統的壓力，以進一步提升濃縮效率，以下各步驟中之濃縮方式亦同。

步驟四(濃縮及第三次固液分離)：

取步驟三之第二分離液進行濃縮，使氯化銨結晶析出，並進行第三次固液分離，以得到固體部分之氯化銨結晶以及第三分離液(S4)，經固液分離後，固體部分之氯化銨結晶可進行烘乾、檢測以及包裝。

步驟一至步驟四中，係利用溶解度之不同，分離氯化銨與硫酸鈉或硫酸鉀，故其他如氯化鎂或氯化鈣並無法進行複分解後的分離。再者，於步驟一中，若混合加入氯化鈉及氯化鉀進行複分解反應，會導致所得產物中混合硫酸鈉及硫酸鉀，造成分離上的困難。因此，較佳係單獨使用氯化鈉或氯化鉀之一者，進行步驟一之複分解反應。

步驟五(第三分離液之收集及收集液之再利用)：

步驟四中所得到之第三分離液中仍含有部分氯化銨，可將其導入一儲槽中收集，於下一次回收程序中，可將儲槽中之收集液，導入步驟三之第二分離液中，一併進行步驟四之濃縮及第三次固液分離(S5)。亦可先重複多次步驟一至步驟四之回收程序，待收集一定量之第三分離液後，於下次回收程序中再行導入。經由此一步驟可充分再利用第三分離液中殘餘之氯化銨，此外，由於儲槽收集液之再利用，於步驟四的濃縮程序中，可保留較多的液體部分留待下次回收程序中再行利用，以減少濃縮程序中因加熱所需消耗之成本。

實施例一(使用氯化鈉進行複分解)

依照上述步驟一至步驟三之程序，取433 kg的硫酸銨廢液，該廢液中硫酸銨濃度為30%，含有129.9 kg的硫酸銨。於步驟一中加入117kg的氯化鈉，使用蒸氣加熱系統，維持反應溫度在約105℃，待硫酸鈉析出後，停止加熱。再經步驟二及步驟三之分離程序後，共可得約142 kg的乾燥硫酸鈉結晶。接著，將步驟三所得之第二分離液進行濃縮，使水分完全蒸發，可得約104.8 kg的乾燥氯化銨結晶。

實施例二(使用氯化鉀進行複分解)

依照上述步驟一至步驟三之程序，取433 kg的硫酸銨廢液，該廢液中硫酸銨濃度為30%，含有129.9 kg的硫酸銨。於步驟一中加入149kg的氯化鉀，使用蒸氣加熱系統，維持反應溫度在約105℃，待硫酸鉀析出後，停止加熱。再經步驟二及步驟三之分離程序後，共可得約174 kg的乾燥硫酸鉀結晶。接著，將步驟三所得之第二分離液進行濃縮，使水分完全蒸發，可得約104.8 kg的乾燥氯化銨結晶。

由上述實施例一及實施例二之結果可得知，本發明之一種回收硫酸銨廢液之方法，在單獨使用氯化鈉的實施例一中，經複分解反應後，可幾乎將廢液中之硫酸銨完全轉換為硫酸鈉以及氯化銨；在單獨使用氯化鉀的實施例二中，經複分解反應後，可幾乎將廢液中之硫酸銨完全轉換為硫酸鉀以及氯化銨，二實施例皆具有良好的回收效率，且皆便於利用溶解度的不同分離硫酸鈉或硫酸鉀以及氯化銨。然而，若混合使用氯化鈉以及氯化鉀，經複分解反應後，所產生之硫酸鈉與硫酸鉀晶體將難以分離。再者，若使用氯化鎂或氯化鈣，經複分解反應後，所產生之硫酸鎂與硫酸鈣晶體將難以透過溶解度的不同，與氯化銨進行分離。如上所述，本發明之一種回收硫酸銨廢液之方法，相較於其他回收方法，具有較高的回收效率，此係為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所無法預期的功效。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

S1‧‧‧步驟一
S2‧‧‧步驟二
S3‧‧‧步驟三
S4‧‧‧步驟四
S5‧‧‧步驟五

第1圖係為本發明之回收硫酸銨廢液之方法的流程圖。

S1‧‧‧步驟一

S2‧‧‧步驟二

S3‧‧‧步驟三

S4‧‧‧步驟四

S5‧‧‧步驟五

Claims (10)

1. 一種回收硫酸銨廢液之方法，包含：(a) 複分解反應，其係於硫酸銨溶液中加入氯化鈉或氯化鉀形成一混合溶液，於密閉容器中加熱該混合溶液至100℃以上進行複分解反應，待硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出後，停止加熱；以及(b) 第一次固液分離，其係將該複分解反應之反應產物進行固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第一分離液。
2. 如請求項第1項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中係加熱該混合溶液至105℃~120℃。
3. 如請求項第1項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中係以蒸氣加熱系統或熱媒加熱系統加熱該混合溶液。
4. 如請求項第1項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中該混合溶液中硫酸銨與氯化鈉或氯化鉀的莫耳比例係為1:2。
5. 如請求項第1項至第4項中任一項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中進一步包含：(c) 濃縮及第二次固液分離，其係將該第一分離液進行濃縮，使硫酸鈉或硫酸鉀結晶析出，並進行第二次固液分離，以得到固體部分之硫酸鈉或硫酸鉀結晶以及第二分離液。
6. 如請求項第5項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中係進一步將該第二分離液進行濃縮，使水分完全蒸發，以得到固體的氯化銨結晶。
7. 如請求項第5項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中進一步包含：(d) 濃縮及第三次固液分離，其係將該第二分離液進行濃縮，使氯化銨結晶析出，並進行第三次固液分離，以得到固體部分之氯化銨結晶以及第三分離液。
8. 如請求項第7項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中係使用一離心機或一板框過濾機進行固液分離。
9. 如請求項第7項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中係以加熱方式排除分離液中之水分，並使用一抽氣裝置降低系統之壓力，對分離液進行濃縮。
10. 如請求項第7項所述之回收硫酸銨廢液之方法，其中進一步包含：(e) 第三分離液之收集及收集液之再利用，其係收集該第三分離液，並將經收集之收集液於下次回收程序中導入第二分離液中，一併進行濃縮及第三次固液分離步驟。