TW202037575A

TW202037575A - 垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料、其製作方法及製造系統

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Publication number: TW202037575A
Application number: TW108112395A
Authority: TW
Inventors: 王順元; 陳豪吉
Original assignee: 國立中興大學臺中市南區興大路145 號
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-16
Also published as: TWI700259B

Abstract

一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其係將垃圾焚化飛灰、含矽鋁酸鹽添加劑等原料均勻化處理及混合，並加入水分製粒成半乾基狀態之生料球，再經熱處理程序以迴轉窯燒成輕質粒料，由於本發明係利用迴轉窯系統設備以熔融燒結固化之方式製作輕質粒料，因此可將垃圾焚化飛灰中之重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質分解，並安定於熔融燒結形成的玻璃質固化物中，再藉由含矽鋁酸鹽添加劑高溫生成發泡氣體，將垃圾焚化飛灰製作成內部遍含孔隙，可應用於營建工程之輕質粒料。

Description

垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料、其製作方法及製造系統

本發明係有關於一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料、其製作方法及製造系統，本發明之製造輕質粒料的方法，尤指一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其可將垃圾焚化飛灰予以有效安定化，並可製得高經濟價值的輕質粒料。

由垃圾焚化爐焚化垃圾所產生之次產物，皆統稱為焚化灰渣(municipal solid waste incinerators)。依其產出位置及性質之不同，可區分為底灰(bottom ash)、飛灰(fly ash) 及反應灰(reacted ash)等三種，其中飛灰及反應灰等二類，慣常被統稱為垃圾焚化飛灰(incineration fly ash)。因應各種焚化灰渣之屬性及內含物的不同，各自有其處理之方式，而依國內之處理現況，底灰為環保署規定之「一般事業廢棄物」，屬可直接再利用之物料。而垃圾焚化飛灰(係指飛灰、反應灰或飛灰與反應灰之混合灰)則為「有害事業廢棄物」，因其含重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質的濃度較高，致使垃圾焚化飛灰無法直接再利用，而需經安定化處理，且安定化處理後須通過毒性特性溶出程序(toxicity characteristic leaching procedure；以下簡稱TCLP)之溶出標準，才可將其掩埋或回收再利用。

針對垃圾焚化飛灰之安定化處理，目前國內常採用之方法為水泥固化法，其係以適量的水泥及垃圾焚化飛灰均勻混合之，利用水泥固化的處理設備，將其成型並充分施予養生，進而使垃圾焚化飛灰內之重金屬達化學穩定的狀態。水泥固化法之安定機制是利用水泥具有強鹼性(pH=12)，可將水溶性重金屬予以氧化成不溶性之化合物。

然而，水泥固化法雖然操作簡單而成為目前處理垃圾焚化飛灰常用之方式，但有固化後仍無法達到完全安定化的問題，長時間而言仍有重金屬溶出之疑慮，經水泥固化後之垃圾焚化飛灰，亦無後續之再利用價值，僅能覆土掩埋，另外固化後亦有體積增大之問題，增加了後續搬運及掩埋處理之費用。以目前台北縣樹林垃圾焚化飛灰水泥固化廠為例，其每日可處理63噸垃圾焚化飛灰，經過添加固化劑、化學穩定劑、水泥及水攪拌固化之後，最終產生92噸之垃圾焚化飛灰固化物，體積放大約1.5倍。

垃圾焚化飛灰的內容物中，主要有害物質為固態之重金屬(以氯化物、氧化物、硫酸鹽及矽酸鹽等形式存在)，以及氣態之戴奧辛(PCDDs)與呋喃(PCDFs)等居多，具有相當高的浸出率及毒性。然而，由於常用的水泥固化法並無法長期有效地將垃圾焚化飛灰安定化，因此根據國外目前之實務及研究結果，認為以燒結固化及熔融固化等方式較佳。以下茲將兩處理方法分別簡單介紹。

燒結固化法係將待處理的垃圾焚化飛灰與具矽鋁酸鹽成分的物料混合，再經製粒成型後於攝氏1000~1100℃的高溫燒結下，燒製成玻璃質的固體，其安定機制即為藉由玻璃體的緻密結晶結構，安定及封存重金屬成分。此外，依此方式處理，其最大減容率可達1/2以上。

另外，熔融固化法則是在高溫(1300℃以上)的狀況下，促使垃圾焚化飛灰中的有機物發生熱分解、燃燒及氣化，而無機物則熔融形成玻璃質的固體。經過熔融固化處理後，垃圾焚化飛灰中的戴奧辛及呋喃等有機污染物受熱分解破壞，而所含沸點較低的重金屬鹽類，除少部分因氣化分解外，大部分則轉移到玻璃質的固化物中，可大大降低浸出的可能性。垃圾焚化飛灰經過熔融固化後，其最大減容率亦可達1/2以上。

綜上所述，垃圾焚燒過程產生的焚化飛灰須經安定化之處理。再者，國內常用之水泥固化法，除無法有效安定上述有毒物質外，其處理後之固化物的再利用也存在一定的侷限性。相對於水泥固化法，燒結固化法及熔融固化法等兩方式可分解及安定垃圾焚化飛灰中絕大部分的有毒物質外，因此經此兩法處理後之垃圾焚化飛灰即可加以掩埋，而無有毒物質溶出之顧慮。然而，處理後之垃圾焚化飛灰經掩埋後完全不具有經濟之價值，且掩埋所需要的人工處理與土地成本亦相當高昂，因此如何將處理後之垃圾焚化飛灰製成為建築可用的輕質粒料，即成為業界與研究單位努力的目標。

有鑑於現有垃圾焚化飛灰處理後即將其掩埋的方式相當不具經濟效益，本發明之目的在於提供一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其係結合燒結固化及熔融固化等兩種方式之機制，而可將垃圾焚化飛灰製為具有高經濟價值的輕質粒料。

為達成以上的目的，本發明之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法係包括以下步驟：母料混合物準備步驟：將乾燥後的的垃圾焚化飛灰粉與添加劑投入一混拌單元中，再加水混合形成含水率為在15%~35%之範圍的母料混合物；造粒步驟：將該母料混合物投入一造粒單元中製成粒徑分布為在2~20mm的生料球；以及燒製步驟：將該第一生料球輸送至燒製單元中依序進行低溫階段燒製、及高溫階段燒製，藉以得到輕質粒料。該垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料的顆粒密度為在0.3 g/cm³ ~1.8 g/cm³ 之範圍。

又，根據本發明之技術思想，可以使用來做為添加劑者並未特別限制，只要是具有助熔、發泡及增黏效果者皆可，例如，可以使用含矽鋁酸鹽的物質。

又，根據本發明之一技術思想，適合於用來做為添加劑使用之物質還進一步包括矽鋁酸鹽、含矽鋁酸鹽晶體、矽鋁酸鹽前驅物、鹼金屬氧化物、以及其來源原料，例如，水庫淤泥、淨水污泥、石材加工污泥、黏土、飛灰、爐石粉、河川淤泥、高嶺土、花崗岩粉、磚粉、大理石粉或彼等之組合。舉例來說，例如，該添加劑較佳者為水庫淤泥、港灣淤泥、石材加工污泥、黏土等物料。

根據本發明之一實施例，該垃圾焚化飛灰相對於該添加劑的重量比為在5 wt%：95 wt%~25 wt%：75 wt%之範圍，且該垃圾焚化飛灰、及該添加劑分別為中值粒徑D₅₀ ≦7微米(μm)之粉體。又，該垃圾飛灰相對於該添加劑的重量比並未特別限定，例如，宜是在5 wt%：95 wt%~25 wt%：75 wt%之範圍；更佳者為在5 wt%：95 wt%~25.5 wt%：74.5 wt%之範圍；最佳者為在5 wt%：95 wt%~26 wt%：74 wt%之範圍。

根據本發明之一實施例，該低溫階段燒製的條件為：以第一預定時間區間(t1)，將溫度自第一溫度(T1)升溫至第二溫度(T2)、且轉速為在2~6rpm之範圍；該高溫階段燒製的條件為：以第二預定時間區間(t1)，將溫度自第三溫度(T3)升溫至第四溫度(T4)。另外，根據本發明之一實施例，在該低溫階段燒製進一步包含於第二溫度(T2)下保持X分鐘；又，在該高溫階段燒製進一步包含於第四溫度(T4)下保持Y分鐘。更且，X、及Y並未特別限制，兩者可以是相同，也可以是不同；舉例來說，例如，X、及Y可以是在5至30之範圍，較佳者為在5至28之範圍，更佳者為在5至25之範圍，最佳者為在5至22之範圍。再者，t1、t2、T1、T2、T3、T4分別符合下列關係式：

15 min≦t1≦60 min，25 min≦t2≦50 min，且0.6≦t1/t2≦2.4；

40℃≦T1≦700℃，40℃≦T2≦700℃，且T1≦T2；

600℃≦T3≦1250℃，600℃≦T4≦1250℃，且T3≦T4。

根據本發明之一實施例，第一預定時間區間(t1)、第二預定時間區間(t2)可以相同，也可以是不相同，並未特別限制。舉例來說，例如，t1的下限較佳為大於等於15 min，更佳為大於等於16 min，最佳者為大於等於17 min；另一方面，t2的下限較佳為大於等於25 min，更佳為大於等於26 min，最佳者為大於等於27 min。

其次，根據本發明之一實施例，第一預定時間區間(t1)的上限較佳為小於等於60 min，更佳者為小於等於59 min，最佳者為小於等於58 min；另一方面，第二預定時間區間(t2)的上限較佳為小於等於50 min，更佳為小於等於49 min，最佳為小於等於48 min。

再者，根據本發明之一實施例，第一預定時間區間(t1)、第二預定時間區間(t2)並未特別限定。舉例來說，例如，第一預定時間區間(t1)、第二預定時間區間(t2)宜是滿足0.6≦t1/t2≦2.4的關係式，較佳者為滿足0.6≦t1/t2≦2.35的關係式，更佳者為滿足0.6≦t1/t2≦2.30的關係式，最佳者為滿足0.6≦t1/t2≦2.25的關係式。

根據本發明之一實施例，該低溫階段之第一溫度(T1)、第二溫度(T2)並未特別限制，兩者可以是相同，也可以是不同。舉例來說，例如，第一溫度(T1)宜是在40℃至700℃之範圍，較佳者為在40℃至690℃之範圍，更佳者為在40℃至680℃之範圍，最佳者為在40℃至670℃之範圍。另一方面，第二溫度(T2)宜是在40℃至700℃之範圍，較佳者為在40℃至690℃之範圍，更佳者為在40℃至680℃之範圍，最佳者為在40℃至670℃之範圍。又，第一溫度(T1)、第二溫度(T2)間之溫度差並未特別限制，舉例來說，例如，(T2-T1)的值可以是在50℃以上，較佳者是在100℃，更佳者是在150℃以上，最佳者是在200℃以上。

根據本發明之一實施例，該高溫階段之第三溫度(T3)、第四溫度(T4)並未特別限制，兩者可以是相同，也可以是不同。舉例來說，例如，第三溫度(T3)宜是在600℃至1250℃之範圍，較佳者為在600℃至1240℃範圍，更佳者為在600℃至1230℃之範圍，最佳者為在600℃至1220℃之範圍。另一方面，第四溫度(T4)宜是在600℃至1250℃之範圍，較佳者為在600℃至1240℃範圍，更佳者為在600℃至1230℃之範圍，最佳者為在600℃至1220℃之範圍。又，第三溫度(T3)、第四溫度(T4)間之溫度差並未特別限制，舉例來說，例如，(T4-T3)的值可以是在50℃以上，較佳者是在100℃，更佳者是在150℃以上，最佳者是在200℃以上。

根據本發明之一實施例，該垃圾焚化飛灰係為飛灰(fly ash)，且該母料混合物中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽49~58wt%、三氧化二鋁21~23 wt%、三氧化二鐵6~7 wt%、氧化鈣5~11 wt%、氧化鎂2~3 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。

根據本發明之一實施例，，該垃圾焚化飛灰係為反應灰(reacted ash)，且該母料混合物中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽44~56 wt%、三氧化二鋁17~22 wt%、三氧化二鐵5~7 wt%、氧化鈣6~15 wt%、氧化鎂1~2 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1.5 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。

根據本發明之一實施例，該垃圾焚化飛灰係由飛灰與反應灰所構成，且該母料混合物中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽45~56wt%、三氧化二鋁18~22 wt%、三氧化二鐵6~7 wt%、氧化鈣6~14 wt%、氧化鎂1~2 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1.5 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。

根據本發明之一實施例，該添加劑至少含有矽鋁酸鹽，較佳為選自水庫淤泥、淨水污泥、石材加工污泥、黏土、及其混合物中之任一種。

根據本發明之一實施例，該輕質粒料係用於一般營建工程或園藝植栽之材料。

根據本發明之一實施例，在該燒製步驟之後進一步包含冷卻步驟：燒製得之輕質粒料予以冷卻退火。

根據本發明之一實施例，較佳的是，該燒製步驟中所回收之粉塵係於該母料混合物準備步驟驟中，與粉磨後之飛灰、反應灰與添加劑進行混合。

又，本發明可以提供一種垃圾焚化飛灰輕質粒料之製造系統，其係至少包含：磨製單元，用以將垃圾焚化飛灰以及添加劑磨製成粉體；混拌單元，其係用以將該垃圾焚化飛灰、該添加劑及水混拌而形成母料混合物；造粒單元，其設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料球；以及燒製單元，其係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置；其中該雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且該烘乾預熱窯、及該焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構；該烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料球並進行第一階段燒製；該焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度1100~1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料；該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。

本發明可達成的具體功效包括：

１．本發明係將含矽鋁酸鹽添加劑加入至垃圾焚化飛灰中，再經熱處理程序以迴轉窯燒成輕質粒料，藉由含矽鋁酸鹽添加劑在高溫下生成發泡氣體，而將垃圾焚化飛灰製作成內部遍含孔隙，可應用於營建工程之輕質粒料，大幅提高了處理後垃圾焚化飛灰的經濟價值，且免去了掩埋垃圾焚化飛灰的高昂人工與土地成本。

２．本發明係利用迴轉窯系統設備，以熔融燒結固化之方式，將垃圾焚化飛灰中之重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質，分解並安定於熔融燒結形成的玻璃質固化物中，因此可有效安定化垃圾焚化飛灰中的有毒物質，所製得的輕質粒料亦不會有溶出有毒物質的疑慮，可安心應用於營建工程上。

以下，針對本發明的實施態樣列舉不同的具體實施例而更加詳盡地敘述與說明，以便使本發明的精神與內容更為完備而易於瞭解；然而，本項技藝中具有通常知識者應當明瞭本發明當然不受限於此等實例而已，亦可利用其他相同或均等的功能與步驟順序來達成本發明。

在本文中，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

在本文中，對於用以界定本發明範圍的數值與參數，本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差，因而大多是以約略的數量值來表示，然而於具體實施例中則盡可能精確呈現的相關數值。在本文中，「約」通常視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定，一般係指代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，例如，該實際數值為在一特定數值或範圍的±10%、±5%、±1%、或±0.5%以內。

在本發明之實施例中，是提供垃圾焚化飛灰與含矽鋁酸鹽之添加劑做為原料。該垃圾焚化飛灰係可為飛灰(fly ash)或反應灰(reacted ash)，該含矽鋁酸鹽之添加劑係具有助熔、發泡及增黏之效果，如水庫淤泥、港灣淤泥、石材加工污泥、黏土等物料；

接著，請參照圖1所示，其為顯示本發明之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法的標準步驟流程，該製作方法包含：

母料混合物準備步驟S1：將乾燥後的的垃圾焚化飛灰粉與添加劑投入一混拌單元中，再加水混合形成含水率為在15%~35%之範圍的母料混合物。

造粒步驟S2：將該母料混合物投入一造粒單元中製成粒徑分布為在2~20mm的生料球。

燒製步驟S3：將該第一生料球輸送至燒製單元中依序進行低溫階段燒製、及高溫階段燒製，藉以得到輕質粒料。

根據本發明之另一實施態樣中，在該母料混合物準備步驟S1之前，還可以進一步包含原料預處理步驟S4：先將該垃圾焚化飛灰及添加劑(在此以水庫淤泥為主)分別烘乾至恆重為止，較佳的是，該垃圾焚化飛灰及添加劑係分別經鏟運機運送至烘箱烘乾，烘箱溫度介於95~105℃間。然後，將烘乾後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以破碎成塊；較佳的是，此破碎步驟係利用顎碎機予以破碎成塊。破碎後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以細磨成粉，並分別儲於所屬的料倉；較佳的是，此研磨步驟係利用球磨機予以細磨成中值粒徑D₅₀ ≦7微米(μm)之粉體

藉由以上之烘乾、破碎與粉磨等均勻化處理之原料預處理步驟S4，將原料製造為均質性的粉體，而可於之後的該母料混合物準備步驟S1中均勻的混合，以保證可產製出品質穩定及性能優良的輕質粒料；

在該母料混合物準備步驟S1，依適當之比例計量取用粉磨後之垃圾焚化飛灰與添加劑，再加水混拌形成含水率介於15%~35%間之混合物料，使混合物料中之不含水部分(即垃圾焚化飛灰與添加劑之混合固體)可具有特定較佳的化學成分，該混合物料可有三組配方設計，第一組係為飛灰系列，其係僅取用粉磨後之飛灰與添加劑加水混合形成混合物料；第二組為反應灰系列，其係僅取用粉磨後之反應灰與添加劑加水混合形成混合物料；第三組為混合灰系列，其係分別取用粉磨後之飛灰、反應灰與添加劑加水混合形成第一混合物料，另可加上後續高溫燒製製程所回收的粉塵；上述三組配方設計之原則，依所採用之飛灰、反應灰及添加劑所含的化學成分，以適當比例調和成各配方所需之化學成分組成比例，如表1所示：

表1

配方	飛灰系列	反應灰系列	混合系列
使用原料	飛灰＋添加劑	反應灰＋添加劑	飛灰＋反應灰＋添加劑＋回收粉塵
化學成分 (wt.%)	二氧化矽 (SiO₂ )	49~58	44~56	45~56
三氧化二鋁(Al₂ O₃ )	21~23	17~22	18~22
三氧化二鐵 (Fe₂ O₃ )	6~7	5~7	6~7
氧化鈣 (CaO)	5~11	6~15	6~14
氧化鎂 (MgO)	2~3	1~2	1~2
氧化鈉 (Na₂ O)	＜1	＜1	＜1
氧化鉀 (K₂ O)	＜1	＜1.5	＜1.5
有機物	1~5	1~5	1~5

混合配料之程序係可依表1所示的配方，以輸送帶所附之電子秤計量配料，再經雙軸攪拌機予以加水混合至均質，以待進行製粒。

接著，在該造粒步驟S2中，將混合物料製成連續級配5~20毫米的圓球狀生料球；較佳的是，係將經混合完成後之混合物料，以輸送帶運至圓盤造粒機進行製粒，製粒方式採濕式成球法而可避免粉塵飛揚，落實重環保之清潔生產；

在燒製步驟S3中，將生料球輸送至迴轉窯內燒製成輕質粒料，燒製所用之最高爐內溫度為介於1100~1400℃間，可依不同配方而有所不同，並按事先設定之燒成曲線進行燒製。該燒製單元可以是一迴轉窯，且迴轉窯的尾氣排放須經空氣防治污染設備，予以脫硫集塵之處理，使其達到國家明訂之空氣污染防制標準，經脫硫集塵而得之回收粉塵亦可再利用於輕質粒料之製作，於混拌步驟中與垃圾焚化飛灰及添加劑進行混合，以達環保署推動之「垃圾零廢棄」理念。

根據本發明之技術思想，該生料球是依序進行低溫階段燒製、及高溫階段燒製；該低溫階段燒製的條件為：以第一預定時間區間(t1)，將溫度自第一溫度(T1)升溫至第二溫度(T2)、且轉速為在2~6rpm之範圍；該高溫階段燒製的條件為：以第二預定時間區間(t2)，將溫度自第三溫度(T3)升溫至第四溫度(T4)；以及t1、t2、T1、T2、T3、T4分別符合下列關係式： 15 min≦t1≦60 min，25 min≦t2≦50 min，且0.6≦t1/t2≦2.4； 40℃≦T1≦700℃，40℃≦T2≦700℃，且T1≦T2； 600℃≦T3≦1250℃，600℃≦T4≦1250℃，且T3≦T4。

另外，在本發明之另一實施例中，在該燒製步驟S3之後還以進一步包含有一冷卻步驟S5：燒製得之輕質粒料予以冷卻退火；較佳的是，輕質粒料係利用冷卻機按事先設定之徐冷曲線予以冷卻退火。又，在該冷卻步驟S5之後還可以進一步包含有篩選分級步驟S6：經冷卻得之輕質粒料，依其單位重量及顆粒粒徑等，進行分類並存放之，輕質粒料出廠前，亦須經毒性特性溶出程序(TCLP)之試驗，評定其滿足國家明訂之溶出標準後，即成為可出廠販售之成品。

本發明之較佳實施例係將垃圾焚化飛灰、含矽鋁酸鹽添加劑等原料，依計量之比例混合使其含有特定之化學成份，並加入水分製粒成半乾基狀態之生料球，再經熱處理程序以迴轉窯燒成輕質粒料。由於本發明之較佳實施例係利用迴轉窯系統設備，以熔融燒結固化之方式，將垃圾焚化飛灰中之重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質，分解並安定於熔融燒結形成的玻璃質固化物中，且再藉由含矽鋁酸鹽添加劑的高溫生成發泡氣體，將垃圾焚化飛灰製作成內部遍含小孔隙，可應用於營建工程之輕質粒料。

對應於上述之本發明之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，本發明提供一種焚化飛灰再製輕質粒料之製造系統，其主要包括烘乾單元1、磨製單元2、混拌單元3、造粒單元4以及燒製單元5。

提供作為原料之垃圾焚化飛灰以及作為添加劑的含矽鋁酸鹽，垃圾焚化飛灰係可為飛灰(fly ash)或反應灰(reacted ash)，含矽鋁酸鹽之添加劑係具有助熔、發泡及增黏之效果，如水庫淤泥、港灣淤泥、石材加工污泥、黏土等物料。將原料及添加劑送入烘乾單元1進行烘乾，先將作為原料的垃圾焚化飛灰及添加劑(在此以水庫淤泥為主)分別運送至烘箱烘乾至恆重為止，如前所述，烘箱溫度較佳地介於95~105℃間。

烘乾後的垃圾焚化飛灰及添加劑被輸送至磨製單元2，磨製單元2包括破碎裝置21及粉磨裝置22，破碎裝置21可以是例如顎碎機，將烘乾後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以破碎成塊，粉磨裝置22可以是例如球磨機，將破碎後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以細磨成粉，並分別儲於所屬的料倉，球磨機可將破碎後之垃圾焚化飛灰及添加劑予以細磨成中值粒徑D₅₀ ≦7微米(μm)之粉體。

將上述均勻化處理的垃圾焚化飛灰及添加劑輸送至混拌單元3，混拌單元3設置於磨製單元1的下游，用以均勻化處理的垃圾焚化飛灰及添加劑與水混拌而形成母料混合物。依適當之比例計量取用粉磨後之垃圾焚化飛灰與添加劑，再加水混拌形成含水率介於15%~35%間之混合物料，使混合物料中之不含水部分(即垃圾焚化飛灰與添加劑之混合固體)可具有特定較佳的化學成分。

將混拌後的母料混合物輸送至造粒單元4，造粒單元4設置於混拌單元3的下游端，用以接收來自混拌單元3的母料混合物並造粒形成生料球，例如將母料混合物料製成連續級配5~20毫米的圓球狀生料球，可使用圓盤造粒機進行造粒，造粒方式可採用濕式成球法以避免粉塵飛揚。

將造粒後的生料球輸送至燒製單元5，燒製單元5至少包含有雙筒旋轉窯51及監控裝置52，雙筒旋轉窯51是由烘乾預熱窯511及焙燒窯512以插接方式串連而成，且烘乾預熱窯511及焙燒窯512各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構，因此烘乾預熱窯511及焙燒窯512的加熱溫度曲線可以獨立地控制調整。烘乾預熱窯511接收來自造粒單元3的生料球並進行第一階段燒製，焙燒窯512接收來自烘乾預熱窯511的生料粒並以溫度1100~1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料。雙筒旋轉窯51進一步設有角度調節機構，角度調節機構與監控裝置52電性連接，用以調節雙筒旋轉窯41的傾斜角度。烘乾預熱窯511及焙燒窯512分別設置有氣體調節機構，氣體調節機構與監控裝置52電性連接，用以偵測並調節烘乾預熱窯511及焙燒窯512中之氣體組成比例。

燒製後的輕質粒料被輸送至冷卻單元6，冷卻單元6設置於燒製單元5的下游端，用以冷卻輕質粒料，燒製得之輕質粒料予以冷卻退火；較佳的是，輕質粒料係利用冷卻機按事先設定之徐冷曲線予以冷卻退火。

冷卻後的輕質粒料被輸送至一篩選單元7，依其單位重量及顆粒粒徑等，進行分類並存放之。

篩選後的輕質粒料，在出廠前被輸送至一毒物檢測單元8，對輕質料粒進行毒物檢測，例如進行毒性特性溶出程序(TCLP)之試驗。

以下以具體實施例說明本發明之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，並分析其吸水率、密度與強度等性質。《實施例1-3》

在實施例1-3中，將垃圾焚化飛灰、垃圾焚化反應灰、及添加劑(在本實施例中為水庫淤泥)分別如下表2所示之比例進行烘乾、破碎、及粉磨，然後加入清水再混拌獲得母料混合物，該母料混合物中的含水率為在15%~25%之間。

將該母料混合物以輸送帶運至圓盤造粒機進行製粒，製成連續級配5~15毫米的碎塊狀生料球。

然後，將該生料球投入雙筒旋轉窯中如表1所示之溫度、升溫時間、及轉速依序進行低溫階段燒製及高溫階段燒製，獲得輕質粒料S1、S2、S3。

再將該輕質粒料S1、S2、S3冷卻退火後進行產品物性分析，並將所得結果記錄於表1。

表2

	實施例1	實施例2	實施例3
輕質粒料	S1	S2	S3
原料比例	垃圾焚化飛灰(wt%)	5~25	0	5~10
垃圾焚化反應灰(wt%)	0	5~25	5~10
水庫淤泥(wt%)	75~95	75~95	80~90
母料混合物含水率(%)	15~25	15~25	15~25
生料體平均粒徑(mm)	5~15	5~15	5~15
低溫階段燒製	第一溫度(℃)	60	60	60
第二溫度(℃)	650	650	650
升溫時間(min)	18~25	15~25	20~25
轉速(rpm)	4~6	4~6	4~6
高溫階段燒製	第三溫度(℃)	950	950	950
第四溫度(℃)	1350	1400	1350
時間(min)	25~45	30~50	30~50
轉速(rpm)	1~2	1~2	1~2
產品物性	鬆單位重(kg/m³ )	450~700	450~700	450~700
顆粒粒徑(mm)	5~20	5~20	5~20
顆粒密度(g/cm³ )	0.8~1.4	0.8~1.4	0.8~1.4
吸水率(%)	10~16	10~16	10~16
筒壓強度(Mpa)	3~8	3~8	3~8

由表2之結果可發現，本發明實施例1-3所製備輕質粒料S1、S2、S3的鬆單位重為在450~700 kg/m³ 之間、顆粒密度為在0.8~1.4 g/cm³ 之間；吸水率為在10~16%之間；筒壓強度為在3~8Mpa之間，適合做為一般營建工程或園藝植栽的材料使用。

綜上所述，本發明之較佳實施例係除了可有效安定化處理外垃圾焚化飛灰化，其再製得之輕質粒料亦可獲致豐厚的經濟效益，對國家之民生、建設及環保具十足的正面意義。惟，以上之實施說明、圖式及表式所示，係本發明較佳實施例之一者，並非以此侷限本發明，是以，舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似、雷同者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之內。

1:烘乾單元 2:磨製單元 3:混拌單元 4:造粒單元 5:燒製單元 6:冷卻單元 7:篩選單元 8:毒物檢測單元 51:雙筒旋轉窯 52:監控裝置 511:烘乾預熱窯 512:焙燒窯

圖1係為本發明之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法之較佳實施例之流程圖。圖2為本發明之焚化飛灰再製輕質粒料之製造系統的一實施例的系統方塊圖。

S1~S6:步驟

Claims

一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其係包含：母料混合物準備步驟：將乾燥後的的垃圾焚化飛灰粉與添加劑投入一混拌單元中，再加水混合形成含水率為在15%~35%之範圍的母料混合物；造粒步驟：將該母料混合物投入一造粒單元中製成粒徑分布為在2~20mm的生料球；以及燒製步驟：將該第一生料球輸送至燒製單元中依序進行低溫階段燒製、及高溫階段燒製，，藉以得到輕質粒料；其中該垃圾焚化飛灰相對於該添加劑的重量比為在5wt%：95wt% ~ 25wt%：75wt%之範圍，且該垃圾焚化飛灰、及該添加劑分別為中值粒徑D₅₀ ≦7微米(μm)之粉體；該添加劑至少含有矽鋁酸鹽；該低溫階段燒製的條件為：以第一預定時間區間(t1)，將溫度自第一溫度(T1)升溫至第二溫度(T2)、且轉速為在2~6rpm之範圍；該高溫階段燒製的條件為：以第二預定時間區間(t2)，將溫度自第三溫度(T3)升溫至第四溫度(T4)；以及 t1、t2、T1、T2、T3、T4分別符合下列關係式： 15 min≦t1≦60 min，25 min≦t2≦50 min，且0.6≦t1/t2≦2.4； 40℃≦T1≦700℃，40℃≦T2≦700℃，且T1≦T2； 600℃≦T3≦1250℃，600℃≦T4≦1250℃，且T3≦T4。
請求項1所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其中該垃圾焚化飛灰係為飛灰(fly ash)，且混合物料中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽49~58wt%、三氧化二鋁21~23 wt%、三氧化二鐵6~7 wt%、氧化鈣5~11 wt%、氧化鎂2~3 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。
請求項1所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其中該垃圾焚化飛灰係為反應灰(reacted ash)，且母料混合物中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽44~56 wt%、三氧化二鋁17~22 wt%、三氧化二鐵5~7 wt%、氧化鈣6~15 wt%、氧化鎂1~2 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1.5 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。
請求項1所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其中該垃圾焚化飛灰係為飛灰與反應灰，且母料混合物中之不含水部分係包含有以下成分：二氧化矽45~56wt%、三氧化二鋁18~22 wt%、三氧化二鐵6~7 wt%、氧化鈣6~14 wt%、氧化鎂1~2 wt%、氧化鈉小於1 wt%、氧化鉀小於1.5 wt%、有機物1~5 wt%，以上比例係為各成分佔混合物料中之不含水部分之重量百分比。
請求項1所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其中該添加劑係水庫淤泥、淨水污泥、石材加工污泥、黏土、及其混合物中之任一種。
如請求項1所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製作方法，其中該輕質粒料係用於一般營建工程或園藝植栽之材料。
一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製造系統，其係至少包含：磨製單元，用以將垃圾焚化飛灰以及添加劑磨製成粉體；混拌單元，其係用以將該垃圾焚化飛灰、該添加劑及水混拌而形成母料混合物；造粒單元，其設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料球；以及燒製單元，其係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置；其中該雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且該烘乾預熱窯、及該焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構；該烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料球並進行第一階段燒製；該焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度1100~1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料；該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。
如請求項7所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料之製造系統，其中該雙筒旋轉窯進一步設有角度調節機構，該角度調節機構與該監控裝置電性連接，用以調節該雙筒旋轉窯的傾斜角度。
一種垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料，利用如請求項1至6中任一項之製作方法、或利用如請求項7至8中任一項之製造系統所製得，其特徵在於：該垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料的顆粒密度為在0.3 g/cm³ ~1.8 g/cm³ 。
如請求項9所記載之垃圾焚化飛灰資源再製輕質粒料，其係適用於園藝植栽。