TW201615555A - 一種鋁渣安定劑及鋁渣安定化處理流程 - Google Patents

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Hong-Tao Si
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Abstract

再生鋁熔煉廠所產生的鋁渣，其金屬鋁含量甚低，不具經濟性，常被直接堆置廢棄或掩埋，然鋁渣組成中含有水解後會造成惡臭之物質，必需有適當的技術將鋁渣予以安定化，防止鋁渣掩埋前後造成環境污染。本發明揭露一種鋁渣安定劑及鋁渣安定化處理流程，利用含氯化亞鐵之固體物或溶液作為鋁渣廢棄物的安定劑，將該安定劑與鋁渣混合後，將鋁渣水解產出之氨氣轉化成銨離子而抑制其揮發，達成鋁渣安定化處理的目的，經本法安定化之鋁渣可直接送至衛生掩埋場處置，或可供後續再利用或作為資源化之原物料，諸如砂石取代材料、磚瓦、陶瓷、水泥材料等。

Description

一種鋁渣安定劑及鋁渣安定化處理流程
本發明係關於一種鋁渣安定化方法，將鋁渣轉化為遇水後不會產生氨臭味之安定化廢棄物，以便於衛生掩埋或進一步予以資源化。
鋁渣是鋁廢料再生或鋁熔鑄時，由反射爐與爐熔煉後產生的浮渣。由於鋁是相當活性的金屬，熔煉時易與空氣中的氧起氧化作用形成氧化鋁；小部份則與氮作用形成氮化鋁；或是與燃料氣體、有機雜質作用形成碳化鋁，而部份未反應的金屬鋁成分亦殘留在鋁渣中，使得鋁渣的組成十分的複雜和不均勻。
再生鋁廠中對冷卻的浮渣，在廠內有進行初步的篩選回收工作，先以鎚碎機或球磨機將渣料鎚碎，再過篩處理，由於過篩大粒者，金屬鋁的含量較高，可送回轉爐作重熔處理。典型的產物在粒徑大於1/4英吋者，金屬鋁含量通常可高達60至70%，可直接送回轉爐處理。中間粒徑者，其金屬鋁含量通常在30至45%間，經球磨(乾式)設備可進一步富集處理提升品位後再重熔回收。而粒徑在20目以下的鋁渣，一般不再回收處理而被廢棄堆置或用作填土。
國內投入鋁渣的回收與資源化處理技術與開發已有多年，但綜觀各項鋁渣安定化技術，TW455514以硫酸、磷酸等濕式加酸處理，TW233312以球磨、攪磨機械處理，TW123458敘述一種鋁渣安定化方法，利用含氧化鈣物質(如煉鋼廠產生的脫硫渣廢棄物)作為鋁渣廢棄物的安定化劑用途等均無法達到鋁渣完全安定化的目的，且部分技術需耗用昂貴的處置成本，或是安定化 過程中分解釋出具臭味的氨氣和可燃氣體甲烷經過非常繁複而欠缺效率的處理，因此國內鋁渣資源化尚無商業化運轉實績，鋁渣廢棄物仍以衛生掩埋為主。
然在進入衛生掩埋前，鋁渣暫存及運送過程排放異味惡臭問題，仍有待解決，發明人遂提出一種經濟有效的鋁渣安定劑及鋁渣安定化處理流程，可有效抑制鋁渣之異味及有害物質排放，使鋁渣安定化，便於進入衛生掩埋場或進一步予以資源化，避免民眾陳情異味問題。
本發明係關於一種鋁渣安定化方法，係使用含氯化亞鐵物質為安定化劑，利用氯化亞鐵水解後之酸環境促使鋁渣進行安定化反應。
鋁渣的組成成份中，除了主要的氧化鋁成分外，氮化鋁和碳化鋁在潮溼的環境下與水接觸時，會持續的分解釋出具臭味的氨氣和可燃氣體甲烷，對環境造成嚴重污染。因此，鋁渣在進行廢棄處置或再資源化利用時，必須慎重的考慮如何避免及解決前述的環境污染問題。
鋁渣中殘存的金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁等成份具反應活性，在與水接觸時會產生水解反應，各項化學反應式如下：(1)金屬鋁Al(s)+3H2O(l) → Al(OH)3(s)+3/2H2(g)，△H=-99.8kcal/mol
(2)碳化鋁Al4C3(s)+12H2O(l) → 4Al(OH)3(s)+3CH4(g)，△H=-422.5kcal/mol
(3)氮化鋁AlN(s)+3H2O(l) → Al(OH)3(s)+NH3(g)，△H=-53.2kcal/mol
由上述的反應式顯示，鋁渣中殘存的金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁等成份與水產生水解反應後，主要生成物均為氫氧化鋁，並且均為放熱反應。雖然，鋁渣的組成分可能會受再生鋁廠的再生原料來源不同而有差異，但是，在熔煉的高溫過程中，金屬鋁是具有較其他元素大的活性與氧作用，因此對於浮渣的高鋁含量特性依然不會改變。
國內每年由再生鋁廠與鋁熔鑄業熔煉產出的鋁渣廢 棄物至少有2,000公噸以上，鋁渣雖然屬於一般事業廢棄物，不像有害廢棄物受到法規嚴厲的管制，但是鋁渣的組成非常不均勻，含雜有金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁等成份，若未經適當的安定化處理，在與水接觸時，會持續的分解釋出具臭味的氨氣和可燃氣體甲烷，對環境造成嚴重污染。但是，通常鋁渣在進行安定化處理時，由於部分的氮化鋁成份是包覆在鋁渣顆粒內層的部分，而一般安定化處理的水解反應主要生成物為氫氧化鋁，屬於膠質狀的產物，其在鋁渣顆粒外層會妨礙水分子的滲入，使得鋁渣顆粒內部氮化鋁的水解反應變得非常緩慢與不易。此亦即通常鋁渣的掩埋儲放過程中，氨臭味的釋出，往往會持續數年之久的原因，本發明即針對前述問題加以改善與克服。
有鑑於習知處理鋁渣技術之缺點，本發明之目的係提供一種鋁渣安定劑及鋁渣安定化處理流程，主要係藉由將特定比例之鋁渣、含氯化亞鐵物質及水形成之組合物，持續予以充分攪拌使氮化鋁、碳化鋁、金屬鋁等有害物質快速的水解，同時抑制異味及有害物質排放，有效解決鋁渣安定化不易完全之難題，達成鋁渣最終安定化處置之目的。
本發明之鋁渣安定劑，其主要成分為含氯化亞鐵之固體物或溶液。該鋁渣安定劑可選自含1%~100%(重量比)氯化亞鐵之固體物或含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之溶液，又該鋁渣安定劑亦可直接使用含氯化亞鐵的酸洗廢液。
本發明之鋁渣安定劑具有降低及減少鋁渣臭(異)味的功效，其避免鋁渣產生臭(異)味及降低鋁渣臭(異)味的機制為鋁渣安定劑的氯離子(Cl-)與鋁渣產生之氨氣(NH3)反應成氯化銨，又鋁渣安定劑的亞鐵離子(Fe+2)與鋁渣產生之硫化氫(H2S)反應成硫化亞鐵，使得鋁渣得以安定化。其主要化學反應式如下：(4)NH3+Cl-+H2O → NH4Cl+OH-
(5)Fe2++H2S → 2H++FeS
(6)H++OH- → H2O
本發明之鋁渣安定化處理流程如第一圖，其步驟包含：(a)將鋁渣放置於粉碎機中進行粉碎1~60分鐘，使得到平均粒徑小於600μm之鋁渣粉末；(b)取步驟(a)所得之鋁渣粉末於混和攪拌槽中，再加入適量之鋁渣安定劑及水分成為組合物，其中鋁渣安定劑佔該組合物之重量比為1~50%、此步驟所直接加入之水分佔該組合物之重量比為1~40%、其餘為鋁渣粉末；(c)將步驟(b)所得之組合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之組合物；(d)最後將步驟(c)所得之混合均勻之組合物靜置1~15天，即得安定化鋁渣。
10‧‧‧鋁渣
20‧‧‧鋁渣安定劑
30‧‧‧水分
40‧‧‧粉碎
50‧‧‧摻配
60‧‧‧攪拌
70‧‧‧靜置
80‧‧‧安定化鋁渣
第一圖 鋁渣安定化處理流程(一)
第二圖 鋁渣安定化處理流程(二)
本發明之技術特徵及優點，在配合第一圖及第二圖之說明，並佐以數個較佳實施例之測試結果，將可使在此技術領域具有通常知識者可清楚明白。
本發明之鋁渣安定化處理流程(請參閱第一圖)，其步驟包含：(a)將鋁渣(10)放置於粉碎機中進行粉碎(40)1~60分鐘，使得到平均粒徑小於600μm之鋁渣粉末；(b)取步驟(a)所得之鋁渣粉末放置於混和攪拌槽中，再加入適量 之鋁渣安定劑(20)及水分(30)成為組合物，其中鋁渣安定劑佔該組合物之重量比為1~50%、此步驟所直接加入之水分佔該組合物之重量比為1~40%、其餘為鋁渣粉末；(c)將步驟(b)所得之組合物攪拌(60)1~120分鐘，使成為混合均勻之組合物；(d)最後將步驟(c)所得之混合均勻之組合物靜置(70)1~15天，即得安定化鋁渣(80)。
若鋁渣的粒徑分布已屬細微，則可略過第一圖處理流程步驟(a)之粉碎過程而直接進入步驟(b)，故本發明另一態樣可將第一圖之處理流程可簡化為第二圖之處理流程。
本說明書實施例使用的鋁渣樣品均取自國內某二次鋁渣暫存場，該鋁渣粒徑分析結果顯示粒徑範圍在63~500μm，且90%以上之粒徑均小於500μm。
實施例一：以氯化亞鐵(FeCl2．4H2O)固體物為鋁渣安定劑。
在樣品編號1~5的三角錐型瓶內，分別置入鋁渣50g，再分別置入0g、1g、2g、3g及5g鋁渣安定劑(FeCl2．4H2O)，混合均勻後，於每一三角錐型瓶內再加入15mL的水(如表一所示)，並用矽膠塞與管夾密封將整個反應器，然後在靜置的反應過程中，於24hr、72hr、144hr及216hr後取樣，分別分析樣品編號1~5的三角錐型瓶內NH3濃度，其試驗結果如表二所示。由表二得知，使用氯化亞鐵(FeCl2．4H2O)作為本發明之鋁渣安定劑，樣品編號2~5氨濃度降低百分比可達理想範圍(82~97.19%)，經處理後之鋁渣達到安定化。
實施例二：以含氯化亞鐵之酸洗廢液為鋁渣安定劑
本發明鋁渣安定劑之另一態樣為採用含氯化亞鐵之酸洗廢液為鋁渣安定劑，本實施例所選用之含氯化亞鐵之酸洗廢液，係選自國內某鋼鐵酸洗工廠產出含氯化亞鐵之酸洗廢液，該酸洗廢液之pH值為0.03，且所含之氯化亞鐵等固體物之比率為25~27.5%。
在樣品編號6~10的三角錐型瓶內，分別置入鋁渣50g，再分別置入0g、3.89g、7.78g、11.67g、及19.46g鋁渣安定劑(含氯化亞鐵之酸洗廢液)，然後於三角錐型瓶內再分別加入15、12.11、9.22、6.33級0.54mL的水(如表三所示)，並用矽膠塞與管夾密封將整個反應器，然後在靜置的反應過程中，於24hr、72hr及144hr後取樣，分別分析樣品編號6~10的三角錐型瓶內NH3濃度，其試驗結果如表四所示。由表四得知，使用含氯化亞鐵之酸洗廢液作為本發明之鋁渣安定劑，樣品編號7~10氨濃度降低百分比亦可達理想範圍(98.83~100%)，經處理後之鋁渣達到安定化。
10‧‧‧鋁渣
20‧‧‧鋁渣安定劑
30‧‧‧水分
40‧‧‧粉碎
50‧‧‧摻配
60‧‧‧攪拌
70‧‧‧靜置
80‧‧‧安定化鋁渣

Claims (10)

  1. 一種鋁渣安定劑，其主成分為含氯化亞鐵之固體物或溶液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鋁渣安定劑，其鋁渣安定劑係為含1%~100%(重量比)氯化亞鐵之固體物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鋁渣安定劑，其鋁渣安定劑係為含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之溶液。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之鋁渣安定劑，其鋁渣安定劑係為含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之酸洗廢液。
  5. 一種鋁渣安定化處理流程，其步驟包含：(a)將鋁渣放置於粉碎機中進行粉碎1~60分鐘，使得到平均粒徑小於600μm之鋁渣粉末；(b)取步驟(a)所得之鋁渣粉末放置於混和攪拌槽中，再加入適量之鋁渣安定劑及水分成為組合物，其中鋁渣安定劑佔該組合物之重量比為1~50%、此步驟所直接加入之水分佔該組合物之重量比為1~40%、其餘重量比為鋁渣粉末；(c)將步驟(b)所得之組合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之組合物；(d)最後將步驟(c)所得之混合均勻之組合物靜置1~15天，即得安定化鋁渣。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鋁渣安定化處理流程，其步驟(b)所述之鋁渣安定劑為含氯化亞鐵之固體物或溶液。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之鋁渣安定化處理流程，其步驟(b)所述之鋁渣安定劑係選自含1%~100%(重量比)氯化亞鐵之固 體物、含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之溶液、或含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之酸洗廢液。
  8. 一種鋁渣安定化處理流程，其步驟包含：(a)將鋁渣粉末放置於混和攪拌槽中，再加入適量之鋁渣安定劑及水分成為組合物，其中鋁渣安定劑佔該組合物之重量比為1~50%、此步驟所直接加入之水分佔該組合物之重量比為1~40%、其餘為鋁渣粉末；(b)將步驟(a)所得之組合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之組合物；(c)最後將步驟(b)所得之混合均勻之組合物靜置1~15天，即得安定化鋁渣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之鋁渣安定化處理流程，其步驟(a)所述之鋁渣安定劑為含氯化亞鐵之固體物或溶液。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之鋁渣安定化處理流程，其步驟(a)所述之鋁渣安定劑係選自含1%~100%(重量比)氯化亞鐵之固體物、含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之溶液、或含1%~90%(重量比)氯化亞鐵之酸洗廢液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109970456A (zh) * 2019-04-23 2019-07-05 南昌大学 铝灰渣回收及再利用方法
CN114854981A (zh) * 2021-05-19 2022-08-05 厦门杰腾鑫冶金材料有限公司 金属氧化渣的处理方法

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