TWI393691B - 含有焚化爐底灰（ｉｂａ）和低鈣的矽鋁物質之高溫處理的聚集體及製造此聚集體的方法 - Google Patents

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Description

含有焚化爐底灰(IBA)和低鈣的矽鋁物質之高溫處理的聚集體及製造此聚集體的方法
本發明係關於高溫處理的產品及其製法，尤其關於含有來自都市固體廢棄物焚化爐的焚化爐底灰(“IBA”)及低鈣的矽鋁物質之高溫處理的聚集體及製造此聚集體的方法。產品可為(例如)燒結或玻璃化的輕質及常重聚集體。此聚集體可用於(例如)混凝土、石造建築或絕緣體中。
聚集體(其為混凝土之必要成分)可由經由最小處理之天然來源中所衍出或由經加熱處理之天然存在之物質中所衍出。聚集體亦可為合成性。來自天然來源諸如採石場、土坑及河床中之聚集體通常係由岩石碎片、沙礫、石頭及砂所組成，彼等可依所需予以壓碎、清洗並估量尺寸以供使用。可用以形成聚集體之天然物質包括黏土、頁岩、及板岩，彼等經過高溫處理，導致物質之膨脹。OPTIROC及LECA為市售膨脹黏土聚集體之實例(例如)。合成聚集體可包含工業副產品，其可為廢棄物。LYTAG(例如)為市售之包含粉碎燃料灰(“PFA”)(亦已知為飛灰)之燒結聚集體。粉碎燃料灰(“PFA”)係由發電廠中之煤燃燒所產生(例如)。
聚集體可為輕質或常重。如同ASTM規格C330所定義，輕質聚集體(“LWAs”)具有小於2.0克/立方公分之微粒密度或小於1.1克/立方公分之乾鬆總體密度。來自(例如)砂礫、砂及碎石之常重聚集體通常具有約2.4至約2.9之總體比重(烘乾以及面乾內飽和)及至多約1.7克/立方公分之總體密度。高品質的輕質聚集體(“LWAs”)具有具均勻結構強度之強但低密度之多孔燒結陶瓷芯及一層密實、連續、相對不可滲透表層以抑制水之吸收。彼等具物理安定性、耐久且具環境惰性。輕質聚集體(“LWAs”)亦必須幾近球狀以改善混凝土的性質及提供混凝土漿良好的黏合性。根據ASTM規格C330，供置入混凝土中之適當尺寸在約4.75毫米至約25毫米之範圍內，或者供粗聚集體方面為2.36毫米至9.5毫米。同樣地，細聚集體(其為輕質聚集體產製時之副產物)亦可使用以取代混凝土中之砂(例如)。供混凝土之使用方面，輕質聚集體(“LWAs”)必須具有足夠之抗壓強度及抗破碎性以使所得混凝土具有大於10 Mpa之強度及約1.5克/立方公分至約2.0克/立方公分範圍內之乾密度。含輕質聚集體(“LWAs”)之混凝土(LWA混凝土)亦可具有低如300公斤/立方公尺之密度。
雖然LWA混凝土比傳統混凝土輕20－30%，但其可能剛好夠強固。即使當其不似傳統混凝土一般強固時，LWA混凝土可使結構之靜負荷減少而得以能使用較長的跨距、較窄的橫斷面及減少結構中之補強材料。重量較輕之LWA混凝土有助於處理及減少運輸、設備及人力成本。LWA混凝土特別有用於(例如)高層建築及混凝土拱橋中之建築用版中。LWA混凝土亦可改善絕緣性質、冷凍－解凍效能、耐火性及降音量。輕質聚集體(“LWAs”)亦可用於其它結構之建築中、用於公路中及作為土填料(例如)。
土石採取業為大多數國家聚集體之最大來源。儘管輕質聚集體(“LWAs”)有許多優點，但聚集體乃因為(例如)環境及法律問題、可利用性及運輸及其它成本而複雜化。
廢棄物之處置亦呈現另一個環境及法律問題。由於可利用的填埋地點的用盡，取得新地點的困難性，不利的環境效應，及填埋成本，使得廢棄物質的處置成為多年來明顯的問題。例如，焚化爐底灰(“IBA”)(其為來自都市固體廢棄物(“MSW”)焚化所產生的沉重灰流)就量方面而言為顯著之廢棄物。焚化爐底灰(“IBA”)構成都市固體廢棄物(“MSW”)焚化爐殘料總重之約75%至約80%。焚化爐底灰(“IBA”)包含渣、玻璃、陶瓷、鐵及非鐵金屬、礦物、其它非可燃物、與不燒有機物之多相混合物。相當量之焚化爐底灰(“IBA”)產生了現存顯著之處置問題。當填埋時，重金屬可能由焚化爐底灰(“IBA”)瀝濾至地面及地下資源中。焚化爐底灰(“IBA”)現今係以未加工之形式(未經熱處理)用於回填及築堤之建構、鋪面底層及路底基層之鋪設、土的穩定處理、填埋覆蓋中、用於磚、塊及鋪路石中、及用以作為特定應用之填料。雖然視為相對惰性之廢棄物，但重金屬亦可能於這些應用中瀝濾出。含焚化爐底灰(“IBA”)之混凝土乃弱於置入LYTAG之混凝土(例如)。焚化爐底灰(“IBA”)亦可與水泥起化學反應而導致膨脹及爆裂。
燃煤發電廠亦產生顯著量之廢棄物，主要為來自發電廠爐之煙道氣中之細粒物質，彼稱之為粉碎煤燃料灰(“PFA”)。粉碎煤燃料灰(“PFA”)構成所產生煤灰之70至80%。如上所述，包含粉碎煤燃料灰(“PFA”)的燒結輕質聚集體在市面上係以LYTAG之商標名出售。ASTM C 618定義兩種主要類別之粉碎煤燃料灰(“PFA”)，係以其化學組份為基準分類為F類及C類。F類之粉碎煤燃料灰(“PFA”)(其包含矽及偶爾鋁物質)一般係由燃燒之無煙煤或煙煤所產生且僅具些微或不具似水泥之價值。C類之粉碎煤燃料灰(“PFA”)(其一般係由亞煙煤及褐煤之燃燒所產生)通常含有顯著量之氫氧化鈣(CaOH)或石灰(CaO)。C類之粉碎煤燃料灰(“PFA”)具有一些似水泥之性質。大部分所產生的粉碎煤燃料灰(“PFA”)現係大成本地以填埋處置，而重金屬之漏失會污染地下之含水土層。
除了粉碎煤燃料灰(“PFA”)外，電廠亦產生爐底灰(“FBA”)，此乃落於爐底之較重且粗之灰物質。爐底灰(“FBA”)依所用之鍋爐型式分類成濕及乾底灰。雖然這兩種煤燃燒之副產物均具有使彼等能期望應用之性質，但超過70%的煤灰並未使用。大部分係以填埋處置。爐底灰(“FBA”)現係以其未加工形式用以作為輕質混凝土石造建築單位中之聚集體，作為波特蘭水泥中之未加工送料，作為路底層及底基層聚集體，作為結構性回填物質(諸如築堤及擋土牆)，及作為瀝青鋪築中之細聚集體。
採礦工業產生具有不同尺寸之粉末、泥及壓碎物質形式之顯著量廢棄物，彼等係在壓碎及清洗操作步驟期間所產生。約有75百分比之這些殘料含有各種不同型式的軟石諸如大理石、瓷及石灰華。其餘之殘料則含有硬石諸如花崗石。
花崗石採礦(其乃最重要的採礦業之一)中所用之花崗石鋸機及花崗石切割機(例如)在鋸切及清洗中可產生大量粉或泥狀之花崗石廢棄物殘料。此廢棄物在曝氣或填埋處置之前必須加以處理以避免地面或地下含水土層之污染。花崗石包含矽土及礬土。
廢玻璃(其係由都市固體廢棄物(“MSW”)氣流中所移出)為另一種廢棄產物。廢玻璃業已用於公路之建構中以作為瀝青鋪築中之聚集體取代物及作為粒狀底層或回填物質。廢棄物之尺寸乃在約25毫米至約100毫米間變化。
Smith之美國專利4,120,735號揭示一種製造磚或類似防火建構單位，諸如陶瓷型磚或玻璃化管等之方法，其包含將至少50重量%來自都市焚化爐之無機、非鐵殘料(其通稱為焚化爐底灰)與煤飛灰及黏合劑諸如矽酸鈉混合。將混合物定型而後以三個步驟燃燒。首先，將混合物於180℃下加熱一小時以確保混合中之濕氣蒸發。而後將混合物以每分鐘65℃之漸增速度加熱至550℃並保持過夜以將碳燃燒掉。繼而將混合物於約1,700℉(926℃)至約2,000℉(1,093℃)之溫度下燃燒以形成磚。Smith強調，與煤飛灰磚相比之下，將焚化爐殘料加至煤飛灰中可降低燃燒溫度。Smith陳述，焚化爐殘料(取代飛灰)於冷卻後熔化而產生黏結。其指出相當程度之融合係於1,700℉(926℃)至1,750℉(954℃)間發生。Smith亦報告指出，當焚化爐殘料之比例增加時則具有較佳之性質。因此理想之組份為50%至60%焚化爐殘料、1%至4%黏合劑，其餘為煤飛灰。以低燃燒溫度為基準，咸信焚化爐殘料主要包含玻璃且可能包含焚化爐飛灰。由於所報告之強度，故亦咸信Smith可產得大玻璃狀、無定形相之玻璃化磚。當焚化爐殘料中所熔化之玻璃組份填滿大多數的孔時，則磚之強度高且多孔性低。
廢棄物處置之經濟負擔及危險性有利於發展出其它可將廢棄物轉換成賺錢產物的技術，其亦可降低對不易取得且不可更新之物質之需求。
 發明總論
由來自都市固體廢棄物焚化爐的焚化爐底灰(“IBA”)中產製合成聚集體將可避免或減輕一些或所有與焚化爐底灰(“IBA”)之廢棄物處置及聚集體原料之採石有關的問題。然而，焚化爐底灰(“IBA”)已發現可能難以高溫處理成具有期望特性之產物，因為其快速燒結及密實化之故。焚化爐底灰(“IBA”)含有高濃度之含鈣物質如鈣之氧化物、碳酸鹽及硫酸鹽，以及鈉及鉀之氧化物及硫酸鹽。這些礦物係充作”助熔劑”。這些助熔劑咸信可降低焚化爐底灰(“IBA”)中餘留化合物之熔點，導致與較少量助熔劑存在時相比之下，可於更低之溫度下燒結及密實化。此外，焚化爐底灰(“IBA”)之組份極多變，使其高溫處理的表現狀態不可預期。焚化爐底灰(“IBA”)組份之多變性可能因一些因素諸如焚化步驟及都市固體廢棄物(“MSW”)焚化爐所接受及處理之廢棄物之多變性之故。所接受之廢棄物可因時間年限及產生廢棄物所在的地理位置為基準而變。
根據本發明之一體系，其揭示一種製造聚集體的方法，此方法包含將來自都市固體廢棄物焚化爐之焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之第二種矽鋁物質混合。此方法進一步包含將混合物凝集以形成凝集體，再將凝集體高溫處理以形成聚集體。第二種物質可包含黏土、頁岩、板岩、採礦廢棄物、廢玻璃及/或爐底灰。黏土可包含(例如)膨潤土及/或高嶺土。採礦廢棄物可包含(例如)花崗石鋸切殘料。
此方法可進一步包含在混合之前先將焚化爐底灰(IBA)碾磨，最好濕磨。焚化爐底灰(IBA)與第二種物質之混合物亦可在凝集之前先予碾磨，最好濕磨。凝集化可包含丸粒化。濕磨後，可將水移除並於高溫處理之聚集體之丸粒化及/或驟冷期間使用。凝集體可具有(例如)約3毫米至約40毫米之直徑。此方法可進一步包含將焚化爐底灰(IBA)濕磨，將廢玻璃由濕磨之焚化爐底灰(IBA)中分離出，將廢玻璃碾磨，及將碾磨之廢玻璃與濕磨之焚化爐底灰(IBA)混合。此方法可進一步包含將凝集體包覆上無機粉末。無機粉末可為(例如)來自煤燃燒之粉碎煤燃料灰(PFA)、黏土、頁岩及/或板岩。塑性黏合劑諸如黏土亦可加至焚化爐底灰(IBA)與第二種物質之混合物中。本文所用之所謂”塑性黏合劑”乃意指具有高塑性指數之黏合物質。黏土黏合劑可佔焚化爐底灰(IBA)、第二種物質與黏土黏合劑之混合物乾重之約5%至約20%。黏土黏合劑可包含(例如)膨潤土及/或高嶺土。
凝集體最好於旋轉窯中高溫處理。聚集體可高溫處理成輕質聚集體或常重聚集體。聚集體可高溫處理以形成燒結或玻璃化的聚集體。
焚化爐底灰(IBA)與第二種物質可與有機物質諸如活性碳廢棄物混合以增加聚集體之多孔性。有機物質可佔焚化爐底灰(IBA)及第二種物質之混合物乾重之至多約30%(例如)。
此方法可進一步包含以焚化爐底灰(IBA)與第二種物質之比例以及高溫處理之溫度為基礎(至少有一部分)來控制所選擇之聚集體性質，諸如密度及水之吸收。此方法可進一步包含以有機物質之添加為基礎(至少有一部分)來控制所選擇之聚集體性質，諸如密度。
此方法可進一步包含將佔混合物乾重約5%至約95%之焚化爐底灰(IBA)與佔混合物乾重約95%至約5%之第二種物質混合。最好將佔混合物乾重約30%至約70%之焚化爐底灰(IBA)與佔混合物乾重約70%至約30%之第二種物質混合。更理想者將佔混合物乾重約30%至約50%之焚化爐底灰(IBA)與佔混合物乾重約70%至約50%之第二種物質混合。
根據本發明之另一體系，其揭示一種製造燒結輕質聚集體的方法，此方法包含製備包含焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之第二種矽鋁物質之混合物，將混合物凝集以形成凝集體，及將凝集體燒結。第二種矽鋁物質可包含與上文體系中所討論者相同之物質。此方法可進一步包含將凝集體燒給以形成具有小於約2.0克/立方公分的相對密度之聚集體。輕質聚集體可具有小於約40乾重%之水吸收力。凝集體最好於旋轉窯中燒結。凝集體可具有約3毫米至約40毫米之直徑。
此方法可進一步包含將預定比例之焚化爐底灰(IBA)與第二種物質混合，及將凝集體於以預定比例為基礎(至少有一部分)之溫度下燒結以形成具有預定密度之輕質聚集體。以將佔混合物乾重約40%之焚化爐底灰(IBA)與佔混合物乾重約60%之第二種物質混合較為理想。此體系亦可包括於上述比例下之混合物。此方法可進一步包含將焚化爐底灰(IBA)碾磨，最好濕磨。此方法可進一步包含將混合物於約1,050℃至約1,240℃之溫度範圍下高溫處理。
根據本發明之另一體系，輕質燒結聚集體之形成方法包含將焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之矽鋁物質以及黏土黏合劑混合，將混合物凝集以形成凝集體；及將凝集體燒結。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之第二種矽鋁物質之輕質燒結聚集體。焚化爐底灰(“IBA”)與第二種矽鋁物質之混合物係於一溫度下燒結以形成燒結輕質聚集體。第二種矽鋁物質可包含與上文體系中所討論者相同之物質。焚化爐底灰(IBA)可佔混合物乾重之約5%至約95%且第二種物質可佔混合物乾重之約95%至約5%。理想者焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約30%至約70%且第二種物質佔混合物乾重之約70%至約30%。更理想者焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約30%至約50%且第二種物質佔混合物乾重之約70%至約50%。最理想者焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約40%且第二種物質佔混合物乾重之約60%。此體系之輕質燒結聚集體可具有小於約40%之水吸收力。輕質燒結聚集體亦可包含塑性黏合劑諸如黏土。黏土黏合劑可佔混合物乾重之約5%至約20%。聚集體可具有約2毫米至約30毫米之直徑。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之第二種矽鋁物質之聚集體。此聚集體可包含高溫處理過的丸粒，且此丸粒包含焚化爐底灰(IBA)與第二種物質。高溫處理過的丸粒可具有約2毫米至約30毫米之直徑。丸粒可予燒結或玻璃化。聚集體可為輕質或常重。第二種矽鋁物質可包含與上文體系中所討論者相同之物質。聚集體亦可包含塑性黏合劑。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(IBA)與黏土、頁岩及/或板岩之聚集體。黏土可包含膨潤土及/或高嶺土。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(IBA)、採礦廢棄物及塑性黏合劑之聚集體。採礦廢棄物可包含花崗石鋸切殘料。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(IBA)、廢玻璃及塑性黏合劑之聚集體。
根據本發明之另一體系，其揭示包含焚化爐底灰(IBA)、爐底灰及塑性黏合劑之聚集體。
本發明之體系可藉由降低焚化爐底灰(IBA)及矽鋁廢棄物質以及活性碳廢棄物對填埋處置之依賴性而提供實質之經濟及環境利益，且提供天然資源耗盡後尋求聚集體原料的另一種方法。
較佳體系之詳細說明
當加熱時，物質之表現狀態主要係依其組份、粒尺寸及礦物分佈而定。適當的燒結產物僅有在耐火與助熔礦物間存在良好比率時獲得以能以高溫處理溫度提供經控制的密實化作用。助熔礦物可降低物質中其餘組份之熔點。高量之鹼土金屬鈣及鎂，以及鹼金屬鈉及鉀以氧化物、碳酸鹽或硫酸鹽形式存在於物質中可導致網絡形成元素矽之比率相應較低。彼等對其餘化合物提供”助熔”作用，加速於混合物中之組份之最低電點之溫度下燒結及熔化。焚化爐底灰(IBA)(其於本發明體系中用以產製高溫處理之聚集體)含有高量之鈣之氧化物及碳酸鹽，以及較少量之鈉及鉀之氧化物或硫酸鹽。因此燒結及玻璃化乃在比耐火礦物所用者更低之溫度下發生。此外，助熔劑(其具有低黏性及高可動性)有助於藉液相燒結法形成燒結或玻璃化產物(依所涉及的溫度而定)。焚化爐底灰(IBA)經發現可顯現快速的燒結及密實化作用，此乃因有高濃度之這些助熔劑存在之故。
根據本發明之體系，將鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之某些矽鋁物質與焚化爐底灰(IBA)混合以改善焚化爐底灰(IBA)隨溫度之密實化表現。其已發現可在聚集體之產製過程中提供較佳的控制。可使用之一種矽鋁物質形式為黏土。可使用之黏土實例為膨潤土，其為鎂－鋁之矽酸鹽。可使用之另一黏土實例為高嶺土，其為水合矽土之鋁酸鹽。頁岩(其為將黏土、淤泥或泥漿壓縮所形成之沉積岩)為可茲使用之矽鋁物質之相關實例。板岩(其為由黏土或火山灰組成之均相沉積岩)為可茲使用之矽鋁物質之另一相關實例。其它可使用之矽鋁物質包括廢棄物質諸如採礦廢棄物、廢玻璃及爐底灰(“FBA”)。採礦廢棄物包括花崗石鋸切殘料。爐底灰(“FBA”)為燃煤電廠中落於爐底之較重且粗之灰物質。其組份與粉碎燃料灰(“PFA”)相同。
圖1為密度(克/立方公分)隨著包含焚化爐底灰(IBA)之聚集體之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著包含焚化爐底灰(IBA)與膨潤土之混合物之聚集體之高溫處理溫度(℃)而變化之圖，且溫度範圍在約1,060℃至約1,220℃間。曲線A(相當於100%焚化爐底灰(IBA))顯示當溫度由約1,060℃增至約1,100℃時，密度由低至約1.3克/立方公分增至約2.6克/立方公分之最大密度。當溫度由約1,100℃增至約1,120℃時，密度由約2.6克/立方公分之最大密度降至約1.6克/立方公分。具2.0克/立方公分及更低密度之聚集體稱為輕質聚集體，而超過2.0克/立方公分密度之聚集體稱為常重聚集體。
密度隨著溫度由1,060℃至1,100℃而增加，此乃因於此溫度範圍內，當產物燒結時，焚化爐底灰(IBA)內的助熔劑熔化以形成液相，其藉由毛細作用而填入焚化爐底灰(IBA)之微粒間。當孔被填補且樣品之體積降低，則密度增加。此外，液相中之較小微粒朝較大之微粒擴散。熔化之物質在硬化後形成堅硬、玻璃狀、無定形骨架或基質。當處理溫度增加時，焚化爐底灰(IBA)中之更多化合物熔化，實質消除所有的孔且形成更玻璃狀、晶狀之固態基質。於最大密實化溫度下，所有的孔均實質填滿且產物玻璃化。
密度隨著溫度由1,100℃至1,120℃而降低，此乃因進一步之溫度增加導致樣品之熔化及膨脹。膨脹係因樣品中之某些組份揮發導致氣體截留於熔化之液相中所致。所截留之氣體則形成孔。
如同圖1所示，焚化爐底灰(IBA)於極窄之溫度範圍間燒結。例如，欲製造包含100%焚化爐底灰(IBA)且密度範圍約1.5克/立方公分至約1.8克/立方公分之燒結輕質聚集體，燒結溫度必須在1,070℃－1,080℃之範圍內，其僅有10℃之寬度。此外，所提供焚化爐底灰(IBA)樣品中之組份之變化導致不同焚化爐底灰(IBA)樣品於加熱期間之表現狀態有顯著多樣性。因此不同焚化爐底灰(IBA)之溫度與密度間之關聯可能變化廣泛。結果，極難以得到具有期望密度、多孔性、水吸收力等特性之焚化爐底灰(IBA)產物。
本發明體系中所用之低鈣之矽鋁物質(“SAMs”)包含比焚化爐底灰(IBA)較多之耐火礦物諸如矽土及礬土，以及較少之助熔劑諸如鈣、鎂、鉀及鈉之氧化物。下列實例中所用之焚化爐底灰(IBA)包含約42%矽土(SiO2 )、11%礬土(Al2 O3 )、及20%氧化鈣(CaO)。天然矽鋁物質(SAM)黏土(例如膨潤土及高嶺土)、頁岩及板岩包含約48%至58%矽土(SiO2 )、約18%至約29%礬土(Al2 O3 )、及少於約3%氧化鈣(CaO)。花崗石鋸切殘料(其為可用於本發明體系中之採礦廢棄物實例)包含約65%矽土(SiO2 )、約15%礬土(Al2 O3 )、及約2.6%氧化鈣(CaO)。這些低鈣之矽鋁物質之其它組份乃述於下列實例中。廢玻璃包含約72%矽土(SiO2 )、約2%礬土(Al2 O3 )、及約9%氧化鈣(CaO)。廢玻璃亦包含約12%氧化鈉，其亦為助熔化合物。爐底灰(”FBA”)(其具有與粉碎燃料灰(”PFA”)相同的組份)包含約52%矽土(SiO2 )、約26%礬土(Al2 O3 )、及約2%氧化鈣(CaO)。低鈣之矽鋁物質(”SAMs”)中之其它助熔劑具有與於焚化爐底灰(IBA)中類同之低濃度。
將焚化爐底灰(IBA)與低鈣之矽鋁物質(”SAMs”)以特定之比例混合可改變混合物之化學組份及礦物學，改良焚化爐底灰(IBA)可預測之快速燒結表現。此將導致燒結較為徐緩且樣品之初始軟化、燒結與熔化間之溫度範圍較為寬廣。例如，與100%焚化爐底灰(IBA)相比之下，將膨潤土加至焚化爐底灰(IBA)中可降低混合物中所存在之助熔礦物量，同時可增加耐火礦物諸如石英及高嶺土之量。既然耐火礦物諸如石英及高嶺土具有比助熔劑更高之熔點，故混合物於較高之溫度下燒結及熔化。
如圖1所示，於(例如)60%/40%焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物中，欲製造具有約1.5克/立方公分至約1.8克/立方公分密度之燒結輕質聚集體，燒結溫度可在約20℃之範圍內(由約1,085℃至約1,105℃)。於40%/60%焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物中，類同之密度乃在50℃之範圍內(由約1,080℃至約1,130℃)達成。此外，將膨潤土濃度增至60%將延緩燒結，因為最大密度於約1,180℃時達到(對照之下，100%焚化爐底灰(IBA)為1,100℃且60%/40%焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物為1,130℃)。與40%/60%焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物相比之下，進一步將膨潤土增至80%及以上將使具約1.5克/立方公分至約1.8克/立方公分密度之輕質聚集體於更廣之溫度範圍間產製。儘管焚化爐底灰(IBA)中之組份有所變化，然而較寬廣之溫度範圍有助於製造期望密度及其它性質之聚集體。圖1係以下列實例3之結果為基礎。
焚化爐底灰(IBA)組份中之變化對所得聚集體特性之效應業已發現可進一步藉由將焚化爐底灰(IBA)濕磨而減輕。與其它常用之技術相比，濕磨業已發現可降低物質之多相性並製造較為均相之漿液以更適於供進一步的處理。
根據本發明之體系，聚集體係藉將預定量之焚化爐底灰(IBA)與低鈣之矽鋁物質(“SAM”)混合，將混合物凝集，及將凝集體於所選定之溫度下高溫處理而形成。低鈣之矽鋁物質(“SAM”)之鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)。溫度可以焚化爐底灰(IBA)與矽鋁物質(“SAM”)的比率，及聚集體之期望密度及其它性質諸如水之吸收力及/或強度為基礎，以諸如圖1所圖示之資料為基礎(至少有一部分)來選擇。以導致燒結之溫度較為理想。焚化爐底灰(IBA)可在燒結前先碾磨以提供供分佈之細粒尺寸。最好亦將矽鋁物質(“SAM”)碾磨，惟膨潤土及高嶺土除外，因彼等已具有細粒尺寸分佈。焚化爐底灰(IBA)與矽鋁物質(“SAM”)可一起碾磨。以濕磨較為理想。混合物最好亦在燒結前凝集化以產生具有期望尺寸及形狀之凝集體而形成燒結聚集體20。丸粒化為理想之凝集法。
圖2為包含矽鋁物質(“SAM”)微粒12，諸如廢玻璃、黏土(膨潤土、高嶺土)、頁岩、板岩、花崗石鋸切殘料、及爐底灰(“FBA”)、焚化爐底灰(IBA)微粒14及孔16之凝集體10的實例，其可根據本發明之體系高溫處理(例如)以形成聚集體。隨意塑性黏合劑微粒18，諸如黏土黏合劑，亦可涵蓋以增強矽鋁物質(“SAM”)微粒12與焚化爐底灰(IBA)微粒14之物理黏結而改善凝集體10之完整性。在高溫處理期間，助熔化合物諸如氧化鈣、氧化鈉及熔點低於原始焚化爐底灰(IBA)微粒14及矽鋁物質(“SAM”)微粒12中之處理溫度之其它化合物乃如上所討論地熔化且流至孔16中。如果矽鋁物質(“SAM”)微粒12為廢玻璃(其為非晶狀固體)，則密實化作用乃藉軟化玻璃微粒藉於通常比其它、晶狀矽鋁物質(“SAM”)微粒諸如花崗石鋸切殘料、黏土、頁岩、板岩及爐底灰之熔化溫度低得多之溫度下進行黏燒結融合而發生。
圖3為根據本發明體系之將凝集體10燒結所得之聚集體20的實例之圖示橫斷面。聚集體20包含焚化爐底灰(IBA)、矽鋁物質(“SAM”)及隨意塑性黏合劑之混合物。此實例中，凝集體10係依焚化爐底灰(IBA)與矽鋁物質(“SAM”)之比率及期望密度及/或其它特性而於約1,060℃至約1,220℃下燒結。燒結聚集體20包含眾多經由部分玻璃狀及部分晶化之基質24(其係由組份之熔化及/或結晶所導致)而彼此黏結之小粒22。小粒22可包含矽土、礬土及熔點超過處理溫度之其它礦物。小粒22在燒結期間完全或部分結晶，提供小粒22之間之其它黏結方式。聚集體20可具有密實、連續、相對不可滲透之表層26，其係如以下所討論地將凝集體10隨意覆上粉碎燃料灰(“PFA”)或其它無機物質而得。內孔28(其可為管道狀)及小表孔28a(其可為微視的)亦存在。表孔可與內孔連接，使得聚集體20能吸收水。水之吸收程度顯示孔的體積及連接性。
圖4為根據本發明另一體系之玻璃化聚集體30的實例之圖示橫斷面，其包含較少之小粒22及一較大之基質24。玻璃化係由凝集體10於供特定比例焚化爐底灰(IBA)/矽鋁物質(“SAM”)所用最大密實作用之溫度下或超過此溫度下高溫處理(此處大多數的凝集體組份均熔化)而致。
具有低如1.2克/立方公分及水吸收力超過約40%，同時具有極低強度之高度多孔輕質聚集體(“LWAs”)，以及密度最高至2.0克/立方公分之極強、充分燒結之輕質聚集體(“LWAs”)可根據本發明之體系製得。密度大於2.0克/立方公分且最高至約2.6克/立方公分且水吸收力幾近於零之常重聚集體亦可根據本發明之體系製得。根據本發明體系之以焚化爐底灰(IBA)及矽鋁物質(“SAM”)所製之聚集體呈現有利之再利用方面的應用。
當所欲之應用需要較低密度(小於約1.3克/立方公分)同時於基質24內具有高度多孔性微結構之聚集體時，可將有機物質置入焚化爐底灰(IBA)/矽鋁物質(“SAM”)混合物中。有機物質可為廢棄有機物質，諸如活性碳廢棄物(“ACW”)，或任何來自農業、林業或工業來源之具有高碳含量之廢棄物。活性碳係由含碳物質諸如木、煤或泥煤經過受控制之燃燒所致。其乃用以作為水處理中之濾器以吸收污染物。活性碳廢棄物為己用過後之餘留活性碳。亦可使用澱粉。有機物質在燃燒期間燒掉，增加所得聚集體之多孔性並降低其密度。密度低如0.5克/立方公分之輕質聚集體可藉將有機廢棄物加入而製得。含焚化爐底灰(IBA)、矽鋁物質(“SAM”)及活性碳廢棄物(“ACW”)之聚集體因至少有兩種廢棄產物而呈現進一步有利之再利用方面之應用。如果矽鋁物質(“SAM”)亦為廢棄產物(廢玻璃、花崗石鋸切殘料、爐底灰)，則有三種廢棄物質可予再利用。
圖5為根據本發明體系之製造聚集體之方法100的實例。步驟105係將焚化爐底灰(IBA)加至球磨機之桶中，再於步驟110中以水碾磨。碾磨係用以降低焚化爐底灰(IBA)之微粒尺寸分佈達到細粒分佈之程度以改善高溫處理。具有細粒尺寸分佈之粉末具有有利之特性，此乃因高表面積/體積比可增加小微粒經由液相擴散至較大微粒處以及因為粉末可較佳地分佈於整個聚集體中而具有良好之填集密度之故。所得微粒最好具有約45微米及更低(例如)之平均微粒尺寸。以濕磨較為理想，因經發現其可提供較均勻之微粒尺寸分佈之故。此外，濕磨法中所用的液體有使凝集體崩解之傾向且降低粉末微粒之密結。此外，焚化爐底灰(IBA)可於錘磨機(例如)中乾磨。
濕磨可在密閉式活動型圓筒形容器(例如)中進行，其中，於液態介質諸如水或乙醇中之球形碾磨介質諸如鋁球，可施予足夠的力以使懸浮於介質中的微粒破裂。活動則可藉由輾轉、振動、行星式旋轉及/或攪動而參與碾磨介質之碾磨。控制粉末微粒尺寸分佈之最要變數為碾磨速度(rpm)、碾磨時間、碾磨介質之量、液體量及原料之初始微粒尺寸。最好提供約焚化爐底灰(IBA)(重量)兩倍量之液體(重量)。碾磨介質可為具有約焚化爐底灰(IBA)四至五倍總重之鋁球。欲得有效之結果，容器最好填滿至少一半的碾磨介質。鋼球可取代鋁球。球最好具有小直徑，諸如由約0.5英吋(12.7毫米)至約5/8英吋(15.9毫米)。碾磨可進行約8小時(例如)。
步驟115中，將濕磨之焚化爐底灰(IBA)經由篩予以分離以移除大微粒。大微粒的存在可能干擾均相丸粒之形成。分離可以多重步驟進行。一實例中，焚化爐底灰(IBA)可於一系列具有3.35毫米、1.70毫米、355微米及150微米洞孔之ASTM標準不鏽鋼篩目之篩上機械搖動。微粒尺寸小於355微米之較細焚化爐底灰(IBA)部分別更進一步處理。
步驟125係將由步驟120中所得之較細部分予以脫水。最好將所有之自由態水移除。所移除之水稱為放流水，其可用於以下所進一步討論之丸粒化步驟150及/或驟冷步驟165中，或者丟棄。經發現雖然鈉及鉀鹽瀝濾至放流水中，但重金屬不會。因此水可安全地使用或丟棄。焚化爐底灰(IBA)中所存在之重金屬咸信不會瀝濾，因為彼等結合至低溶解度之碳酸鹽及/或矽酸鹽上之故。水可於(例如)壓濾機或其它過濾儀器中移除。步驟130中，脫水將導致固體濕塊殘料之形成。
於步驟135中，將塊狀物乾燥及碾磨。此步驟乃將塊狀物轉換成粉末。塊狀物可(例如)於烤箱中、於110℃下乾燥。粉末可藉(例如)研缽和研杵碾磨。大規模製造時，乾燥固塊可(例如)於具有刀片之混合器中或於乾錘磨機中碾磨成粉末。
於步驟140中，碾磨之焚化爐底灰(IBA)粉末乃徹底與矽鋁物質(“SAM”)混合。如果矽鋁物質(“SAM”)已為具有適當微粒尺寸分佈之粉末形式，則矽鋁物質(“SAM”)可直接於步驟140中與碾磨之焚化爐底灰(IBA)混合。如果矽鋁物質(“SAM”)為廢玻璃、花崗石鋸切殘料、頁岩、板岩、爐底灰(“FBA”)或具有粗粒分佈，則可在與碾磨之焚化爐底灰(IBA)混合之前，先予乾磨。約95乾重%至約5乾重%之矽鋁物質(“SAM”)可加至焚化爐底灰(IBA)中。更理想者，將約70乾重%至約30乾重%之矽鋁物質(“SAM”)加入。又理想者，將約70乾重%至約50乾重%之矽鋁物質(“SAM”)加入。最理想者，將約60%之矽鋁物質(“SAM”)加入。如有需要，步驟140中亦可將有機物質諸如有機廢棄物加入以增加燒結聚集體20之多孔性。最多可將佔焚化爐底灰(IBA)/矽鋁物質(“SAM”)/有機物質混合物乾重之約30%之有機物質加入。
塑性黏合劑可隨意地於步驟140中加入(如果矽鋁物質(“SAM”)不為黏土)以增強個別微粒於丸粒化期間的物理黏合力及改善丸粒之完整性。塑性黏合劑可包含(例如)黏土。如上所討論，塑性黏合劑為具有高塑性指數之黏合物質。以至少10之塑性指數較為理想。黏土黏合劑可佔焚化爐底灰(IBA)/矽鋁物質(“SAM”)/黏土混合物乾重之約5%至約20%。彼情況下，焚化爐底灰(IBA)可佔混合物乾重(“BDWN”)之約5%至約75%，且矽鋁物質(“SAM”)可佔混合物乾重之約90%至約5%。理想者，焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約30%至約70%，矽鋁物質(“SAM”)佔混合物乾重之約60%至約10%，且黏土黏合劑佔混合物乾重之約10%至約20%。更理想者，焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約30%至約50%，矽鋁物質(“SAM”)佔混合物乾重之約60%至約35%，且黏土黏合劑佔混合物乾重之約10%至約15%。理想之組份中，焚化爐底灰(IBA)佔混合物乾重之約40%，矽鋁物質(“SAM”)佔混合物乾重之約50%，且黏土黏合劑佔混合物乾重之約10%。
加入此範圍內之量之黏土並不會影響混合物於高溫加熱期間之表現狀態。所加入黏土之實際量可依所用焚化爐底灰(IBA)及廢玻璃之量而定。例如，在包含高濃度焚化爐底灰(IBA)或廢玻璃之混合物方面，所用之黏土黏合劑之量最好在範圍之上限。於包含矽鋁物質(“SAM”)諸如板岩或微細碾磨爐底灰之混合物中則使用較少之黏土黏合劑。(例如)膨潤土及/或高嶺土可用以作為黏土黏合劑。既然膨潤土及高嶺土中之鈣量類同於本文中所揭示之其它矽鋁物質(“SAM”)者，故可藉由所加入之黏土黏合劑之量而降低矽鋁物質(“SAM”)之量。例如，如果所加入之黏土黏合劑佔混合物乾重之10%，則矽鋁物質(“SAM”)之量可降低約10%。如有需要，焚化爐底灰(IBA)亦可降低，但其可能會影響混合物於於高溫加熱期間之表現狀態。
步驟145係將水加至混合物中以達到黏土樣之稠性，其可促進凝集化作用。所加入之水量乃與矽鋁物質(“SAM”)微粒之水吸收特性有關，而矽鋁物質(“SAM”)微粒之水吸收特性乃依矽鋁物質(“SAM”)之型式、矽鋁物質(“SAM”)於混合物中之量及矽鋁物質(“SAM”)之微粒尺寸而定。例如，如果矽鋁物質(“SAM”)為膨潤土且焚化爐底灰(IBA)/矽鋁物質(“SAM”)之比例為約60%焚化爐底灰(IBA)/40%矽鋁物質(“SAM”)，則所需之水量經發現約為焚化爐底灰(IBA)/黏土混合物總乾重之約27%。如果比例為40%/60%焚化爐底灰(IBA)/黏土，則所加入之水經發現約為焚化爐底灰(IBA)/黏土混合物總乾重之約30%。如果比例為20%/80%焚化爐底灰(IBA)/黏土，則所需之水量約為焚化爐底灰(IBA)/黏土混合物總乾重之約32%。由步驟125之碾磨漿液中所移出之放流水可用於此處中。如同下列實例中所討論，如果混合物中之矽鋁物質(“SAM”)為(例如)廢玻璃或花崗石鋸切殘料，則所需之水較少。如使用黏土黏合劑，則所需之水亦較少。
步驟150係將所得混合物凝集化。凝集化為微粒尺寸擴大技術，其中之小、細之微粒諸如塵或粉末乃積聚成較大的團塊諸如丸粒。混合物最好藉丸粒化法予以凝集化，其中分散於氣體或液體中之細粒乃藉由輾轉法(無需其它外部之加壓力)擴大。(例如)丸粒化之旋轉筒或旋轉盤可予使用。所得丸粒之強度乃如同技藝中已知地依微粒之性質，介質中之濕氣量，及機械處理參數諸如旋轉筒之轉速及傾斜角度而定。旋轉筒之使用實例乃述於下列實例中。所得丸粒幾近為球形或略微有角，且顏色依混合物中之碳及鐵含量而於淡至暗棕色中變化且尺寸範圍(例如)約3毫米至約40毫米。如上所討論，圖2為丸粒10之實例。擠壓法亦可取代丸粒化法。擠壓可得磚樣物質，其於硬化後可壓碎成較小的微粒。此外，壓縮法可用以製造圓筒形凝集體諸如片劑或其它形狀。
步驟155中，凝集化之混合物可隨意地於表面包覆，而後乾燥。丸粒可隨意地包覆上無機物質，其於高溫處理溫度下不會熔化。無機物質可(例如)包含塵形式之低燒失量(“LOI”)粉碎燃料灰(“PFA”)、黏土、頁岩、板岩、或花崗石鋸切殘料。將丸粒表面覆蓋上非黏性材質之薄層將導致丸粒表面有皮之形成，其降低丸粒之簇集，增強丸粒之強度且於聚集體20上產生密實之薄外皮26(例如如圖3所示)。所用無機物質的量可為小量。丸粒可藉將塵噴灑在其上或將丸粒於塵中滾動而包覆。乾燥作用可(例如)於約110℃下、於烤箱中進行。乾燥步驟最好要進行，因為濕丸粒於窯中燒結會因快速之溫度變化而導致破裂及爆炸。如果如上所討論地將黏土黏合劑加至混合物中，因為黏土可提供增強之內部黏合，故不需要包覆以增強丸粒之完整性或提供包覆層。然而，包覆與否依舊是隨意的。
步驟160係將包覆及乾燥之丸粒高溫處理。高溫處理可如以下所更詳盡討論地依混合物之組份及聚集體之期望性質而於(例如)約1,000℃至約1,300℃之溫度下進行。高溫處理可為燒結，其係於低於最大密實化作用之溫度下進行，或者可為玻璃化，其係於最大密實化溫度或超過最大密實化溫度之溫度下進行。高溫處理最好於旋轉窯中進行。燒結可使先前鬆散黏結之微粒如上所討論地經由微粒間之黏結形成而使強度及密度增加。玻璃化於最大密實溫度下甚至產生更高之強度。然而，當於更高之溫度下進展玻璃化過程時，密度及強度乃如上所討論地由於物質之膨脹而降低。
步驟165係將高溫處理之丸粒於水中驟冷。驟冷可使丸粒冷卻而停止熔化。如果驟冷，所得聚集體將具有比風乾(其可能再結晶)時更無定形之基質24。技藝中已知驟冷可增加高溫處理聚集體之強度、韌度及耐磨度。水可(例如)於室溫(約30℃)下。
高溫處理及驟冷後，如有提供，則於步驟170中將聚集體壓碎及分類成不同之尺寸。由於丸粒於高溫處理期間皺縮，故如果丸粒在約3毫米至約40毫米之尺寸範圍內，則聚集體在約2毫米至約30毫米之尺寸範圍內。供分類聚集體方面之適當尺寸範圍可約4毫米至約8毫米，其可用於過濾之應用中，及約12毫米至約19毫米，其可用於混凝土中。較小之聚集體(向下至約2毫米)亦可用以作為(例如)混凝土中之細聚集體。
根據本發明體系之高溫處理之結果，聚集體於正常環境下對大多數物質而言為化學惰性。圖6為根據本發明體系之於約1,090℃下高溫處理之包含40%焚化爐底灰(IBA)之及60%膨潤土之多個燒結聚集體之實例。
圖7為根據本發明體系之製造聚集體之另一方法200的實例，其中矽鋁物質(“SAM”)及任意之有機物質乃與未加工之焚化爐底灰(IBA)混合，因而兩種物質均一起接受濕磨。因此碾磨之混合物具有比藉圖5所示方法所製之碾磨粉末具有更細之微粒尺寸分佈，圖5中之矽鋁物質(“SAM”)係於焚化爐底灰(IBA)已碾磨之後置入焚化爐底灰(IBA)中。步驟205係將焚化爐底灰(IBA)、矽鋁物質(“SAM”)及隨意之有機質加至桶中以供碾磨。步驟210係將物質濕磨。圖7之步驟215－235相當於圖5之步驟115－135，而圖7之步驟240－265相當於圖5之步驟145－170。步驟205或步驟240中可將黏土黏合劑隨意地加入(如果矽鋁物質(“SAM”)不為黏土)。理想者，黏土黏合劑係於步驟240加至碾磨之粉末中。
如果以乾磨取代分別於圖5步驟110及圖7步驟210之濕磨，則不需要於步驟125及225中之脫水。藉乾磨所製得之焚化爐底灰(IBA)粉可經由100微米之篩進行篩濾，再將所得之部分予以烘乾。已乾燥之部分可繼而根據圖5步驟145－170或圖7步驟240－265處理。
下列實驗業已進行：
實例1
此實例中，所製之高溫處理聚集體包含焚化爐底灰(IBA)及廢玻璃(“WG”)。
在處理成聚集體之前，通常將焚化爐底灰(IBA)篩濾以分離出大的物體或繩狀物質。鐵物質藉電磁石移出，而非鐵金屬則藉(例如)渦流分離器移出。餘留的物質以尺寸來分成幾部分，其可用於不同的目的。小於約8毫米的部分乃用於這些實例中。較大的部分亦可於壓碎後使用。
這些實驗中所用的焚化爐底灰(IBA)及廢玻璃(“WG”)之平均化學分析(主要氧化物)乃示於下列表A中。此研究中之廢玻璃(WG)係由鹼石灰玻璃所產製，而鹼石灰玻璃佔美國所產製玻璃之約90%。其主要含有矽、鈉及鈣之氧化物與其它次要之組份諸如鋁及鎂之氧化物。此玻璃中之組份藉於比現今用以製造陶瓷所用之其它玻璃更低之溫度下進行液相燒結而導致物質之密實，因而降低能量產生之成本。焚化爐底灰(IBA)中之主要晶相為石英(二氧化矽)、方解石(碳酸鈣)及較少量之赤鐵礦(三氧化二鐵)，而廢玻璃為典型之無定形物質。
焚化爐底灰(IBA)及廢玻璃(WG)係以上述與圖5有關及下列更詳盡說明之法處理。此實例中，廢玻璃(WG)乃在丸粒化之前加至已濕磨之焚化爐底灰(IBA)粉中。
將1公斤焚化爐底灰(IBA)樣品以水與固體為2之比，於5升聚丙烯碾磨機中，以約50 rpm之速旋轉地使用高密度礬土碾磨介質濕磨8小時。碾磨機為Pascal工程有限公司之機型No.21589。碾磨介質為4.536公斤之3/4英吋(19.05毫米)高密度礬土球狀體。令已碾磨之漿液通過3.25毫米、1.70毫米、355微米及150微米篩中以移除不適於燒結之粗粒。這些粗粒可包括廢玻璃(WG)，其可予碾磨，而後與已濕磨之焚化爐底灰(IBA)粉混合。
碾磨漿液之微粒尺寸分佈係使用雷射繞射分析儀來分析。微粒尺寸分佈資料顯示濕磨後之焚化爐底灰(IBA)及乾磨後之廢玻璃(WG)之微粒尺寸實質降低。所收到之焚化爐底灰(IBA)中有95%量(d9 5 值)之微粒尺寸細於759微米。碾磨後(d9 5 值)降至23微米。所收到之焚化爐底灰(IBA)之相應d5 0 值為30微米，碾磨後降至6微米。與由碾磨較短時間之混合物中所製之聚集體(因此具有較粗之分佈)相比之下，所得燒結聚集體經發現具有較高之密度及強度以及較低之水吸收力。
將小於355微米之部分藉於不鏽鋼萃取容器中使用Whatman GF/C濾紙進行壓濾法予以脫水，以形成濾塊。將濾塊於110℃下烘乾，再使用研缽和研杵碾磨以製得均勻之細粉末。
所用廢玻璃(WG)有一部分係由未加工之焚化爐底灰(IBA)中分離出之瓶子及窗玻璃中所衍出。再將此廢玻璃(WG)清洗及於110℃下烘乾過夜。而後將廢玻璃(WG)於頷式壓碎機中壓碎，再予分離以將微粒尺寸降於2毫米至6毫米間，繼而於碳化鎢Tema碾磨機(得自Gy－Ro,Glen Creston Ltd.,Brownfields,England)中使用震動環予以碾磨成有95%量(d9 5 值)之微粒尺寸小於710微米之微粒。而後再度碾磨另4分鐘以進一步降低微粒尺寸分佈。此細廢玻璃(WG)用於此實例中。已壓碎之廢玻璃(WG)之d5 0 值為197.6微米，其於乾磨4分鐘後降至19.8微米。此外，亦可使用來自焚化爐底灰(IBA)(以355微米之篩分離出)之濕磨漿液中之廢玻璃(WG)。將此部分亦於Tema乾磨機中碾磨4分鐘，再與第一個部分結合。
以100%/0%、40%/60%、60%/40%、0%/100%(WG/IBA)之選定比例將碾磨之廢玻璃(WG)加至藉濕磨所產製之焚化爐底灰(IBA)中。再將已碾磨之焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)之粉末混合物於分批混合器中與水(最多佔所得混合物總乾重之約35%)混合，而後送至具有40公分直徑及1公尺長度且於約17 rpm下、於與水平成30°的角度下旋轉之旋轉筒丸粒化器中。所得之”綠色”丸粒通常為球形且略為有角。彼等直徑平均約4毫米至約11.2毫米。將小於4毫米之丸送回筒中以供再度丸粒化。大於11.2毫米之丸粒則以手弄破成較小的丸粒並亦送回丸粒化器中。
將丸粒包覆上煤燃燒粉所產生之粉碎燃料灰(“PFA”)的方法係將粉末噴灑至其上。而後將丸粒於約110℃下乾燥，再送入具有77毫米內徑及1,500毫米長度之旋轉窯(其中已加熱的範圍有900毫米長)中。將窯設定於1,060℃至1,220℃間運行以供不同焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)之混合物所用。丸粒以約2.8 rpm之速沿著旋轉窯之管行進及旋轉約10分鐘至約12分鐘。此實例中，窯為得自Carbolite Hope Valley,England,Model No.GTF R195之電燒旋轉爐。高溫處理之丸粒乃由窯中排出，再令其於室溫下冷卻。值得注意的是，溫度對密度的曲線(諸如於圖1中所示)可於每一個窯中變化。例如，對應於特定比例焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)或其它矽鋁物質(SAM)之曲線所具有之最大密實化溫度乃略低於或高於彼些使用上述之特定窯者。曲線的位移可歸因於一些與特定窯之操作效能有關的因素，諸如溫度方面之穩定性，能量喪失等。因此必須製備一些於待使用之特定窯中之樣品以鑑定出可使聚集體具有期望特性之溫度範圍。
結果
下列表B-D概示實例1方法所製聚集體之物理及機械性質。值得注意的是，聚集體的物理性質顯示乃隨著焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)混合物中之廢玻璃(WG)濃度的增加而實質變化。
下列表B概示於不同溫度範圍(攝氏十度之漸增)中高溫處理之包含不同比例焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)之聚集體所得之結果。資料在100%焚化爐底灰(IBA)方面為7個值的平均，而在所有含廢玻璃(WG)之樣品方面則為2個值的平均。資料繪在圖8的圖上。高溫處理的聚集體的相對乾密度係使用阿奇米底斯(Archimedes’)法計算，而水吸收力則於浸水24小時後測量”表面乾燥”的樣品所增加之重量算出。
如上所討論，增加廢玻璃(WG)於混合物中之量，由於增量之廢玻璃(WG)使焚化爐底灰(IBA)之化學組份及礦物學獲得改良，故使樣品之初始軟化、最大密實化與完全或幾近完全熔化間的溫度間隔變寬。亦觀察到最大密實化作用隨著廢玻璃(WG)於焚化爐底灰(IBA)混合物中之增加而於更高溫時發生，此乃因矽土存在於所得混合物中之濃度增加所致。例如，100%焚化爐底灰(IBA)於約1,100℃具有最大之密實化溫度。60%焚化爐底灰(IBA)/40%廢玻璃(WG)之混合物於約1,120℃具有最大之密實化溫度，而40%焚化爐底灰(IBA)/60%廢玻璃(WG)之混合物於約1,150℃具有最大之密實化溫度。
然而，在使樣品燒結之溫度範圍寬化方面，將廢玻璃(WG)置入焚化爐底灰(IBA)中並不如其它矽鋁物質有效。例如，雖然100%焚化爐底灰(IBA)係於約1,070℃至約1,080℃(攝氏度數10度)下燒結以形成約1.5克/立方公分至約1.8克/立方公分之輕質聚集體，40%焚化爐底灰(IBA)/60%廢玻璃(WG)於約1,080℃至約1,110℃(攝氏度數30度)之溫度下燒給以形成於彼密度範圍內之聚集體，但40%焚化爐底灰(IBA)/60%膨潤土混合物則於攝氏度數50度之溫度範圍內燒結以形成如上所討論之輕質聚集體。其它矽鋁物質，諸如頁岩，可提供與膨潤土類似之溫度寬化現象。咸信此乃由於高濃度的鈉及鈣氧化物存在於廢玻璃(WG)中充作助熔劑之故。亦咸信助熔劑及熔化玻璃可產生低黏度的熔化物，因而製造比其它矽鋁物質(SAMs)更密實且多孔性更低之產物。
如同下列圖8及表B明顯已知，在既定之焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)之組合中，溫度可用以決定高溫處理的產物之密度及其它特性。例如，在40%焚化爐底灰(IBA)/60%廢玻璃(WG)之混合物中，於1,080℃下燒結可得密度約1.5克/立方公分之輕質聚集體(LWA)。相同之混合物於1,150℃下燒結則可得密度約2.6克/立方公分之常重聚集體。
表B亦顯示廢玻璃(WG)之添加對不同聚集體之水吸收力之效應。輕質聚集體(其於低於最大密實化溫度之溫度下產製)通常具有一些多孔性。當達到最大密實化時，因孔內填入熔化物質，故孔之尺寸及數目漸次降至零。含高量焚化爐底灰(IBA)之聚集體之水吸收力隨著溫度而快速降低，而高廢玻璃(WG)之聚集體之水吸收力則顯現隨著溫度而較為逐步地降低。100%廢玻璃(WG)丸粒於任何檢測之溫度下均具有實質較少之水吸收力，此乃因熔化之玻璃填入揮發所產生的孔內所致。
下列表C概示所選定之焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)之混合物於特定高溫處理溫度下之聚集體壓碎值(“ACVs”)(%)。所提供之聚集體壓碎值(“ACVs”)為不同比例之焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)於三種不同溫度下之值。聚集體壓碎值(ACV)與聚集體之強度成反比。所選擇之溫度為導致不同產物特性及不同微結構以供比較者。於每一組之較低溫度下，燒結輕質聚集體(“LWA”)係根據本發明之理想體系製得。於中間溫度下，充分燒結或玻璃化且具有小量殘餘孔之常重聚集體係根據本發明之體系製得。於較高之溫度下，玻璃化之輕質聚集體(“LWA”)亦根據本發明之理想體系製得。
於最大密實化溫度(中間溫度)下之聚集體壓碎值(“ACVs”)較低且聚集體強度較高。低於彼溫度時，則密度較低，聚集體壓碎值(“ACVs”)較高且個別或總體聚集體之強度較低。超過彼溫度(中間溫度)時，由於樣品之熔化增加，故聚集體壓碎值(“ACVs”)開始增加而密度及聚集體強度降低。如所預期，聚集體強度乃隨著溫度的增加而與密度呈現相同的趨勢，增加到最大值，隨後降低。根據本發明體系之包含各種不同比例焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃(WG)之輕質聚集體(“LWA”)亦具有比LYTAG低之聚集體壓碎值(“ACVs”)及比LYTAG高之強度，LYTAG乃如下所示地具有約34%之聚集體壓碎值(“ACV”)。
以高溫處理溫度之效應以及廢玻璃(WG)之加入對高溫處理聚集體之性質為基準(如圖8及表B及C所示)，以於1,080℃至約1,190℃下之溫度範圍下燒結之40%/60%焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)之混合物(其密度由約1.5克/立方公分至約2.6克/立方公分)較為理想。此聚集體可廣範圍地應用，包括作為混凝土中之聚集體。此混合物在燒結及其它高溫處理期間之表現狀態及所得輕質聚集體(LWAs)之最終性質可因而比包含100%焚化爐底灰(IBA)之聚集體更易於控制。此組合之聚集體之水吸收力之降低係由於熔化之玻璃填入孔中，包括填入聚集體表孔中所致。
下列表D概示於三種選定溫度下之包含40%/60%焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)之聚集體之某些物理性質(得自表B之相對乾密度及水吸收力，以及總體密度)及機械性質(得自表C之聚集體壓碎值(ACV))。市售LYTAG(燒結之粉碎燃料灰(“PFA”))及OPTIROC(膨脹黏土)聚集體之相應性質亦提供於表D中。個別丸粒之性質為20次測量之平均值，而總體丸粒性質則為2次測量之平均值。
將LYTAG與包含40%/60%焚化爐底灰(IBA)/廢玻璃(WG)且於1,080℃下燒結(稱為LWA-1)或於1,100℃下燒結(稱為LWA-2)之聚集體之性質相比較後顯示，LWA-1具有可相比之相對乾密度及總體聚集體密度(相對密度約1.5克/立方公分，鬆總體密度介於0.8與0.9克/立方公分間)。燒結之LWA-2具有比LWA-1及LYTAG略高之相對及總體密度。這兩種聚集體顯現比LYTAG顯著低之聚集體壓碎值(ACVs)，表示彼等當總體地負載於壓縮時，可抵抗較高的壓力。OPTIROC具有極低的密度、相對低的水吸收力及極低的強度。此乃令人預期的，因為OPTIROC具有高量之分離球形多孔性之蜂窩微結構之故。
欲證實LWA-1及LWA-2於混凝土中之活力，乃設計混凝土混合物並測試新鮮及硬化之混凝土。此實例中之混合物乃示於表E中，其顯示混凝土之個別構份包括LYTAG、OPTIROC、及LWA-1及LWA-2之比例(以聚集體之乾燥狀況為基準)。混合物乃加以變化以使LYTAG及LWA-1及LWA-2以坍度試驗測知達到類同之工作性。OPTIROC之坍度略高。既然聚集體於澆鑄時為風乾狀態， 故總水/水泥比之差異係由於聚集體之水吸收力之差異之故。聚集體之總水/水泥比乃隨著水吸收力之增加而增加。
混凝土之期望稠性及繼而之壓實性在所有三種聚集體均可輕易達成。所有聚集體均測量硬化混凝土之密度並概示於表F中。以市售及LWA-1及LWA-2所製之硬化混凝土之平均抗壓強度係於7、14及28天之時點測定，再示於下列表F中。
明顯可見源自本發明燒結LWA-1之混凝土具有可與由LYTAG所製之相應混凝土相比之抗壓強度。然而研究者報告指出以LYTAG所製之混凝土於所有時點均具有顯著較低之抗壓強度(例如參見2003年3月13日公開之Kayali等人的美國專利第2003/0047114A1號)。LWA－2於所有時點均能達到較高之抗壓強度，此乃由於具有較高之聚集體密度、強度及較低之水吸收力所致。
源自燒結LWA－1之混凝土之抗壓強度於7、14及28天為47.3 Mpa、52.5 Mpa及58.6 Mpa，其分類為高強度混凝土。以LYTAG所製之混凝土可得可相比之抗壓強度。以OPTIROC輕質聚集體所製之混凝土之強度極低，此歸因於此聚集體之極低強度、低密度及高多孔性之故。以LWA－2所製之混凝土於28天具有高至64.8 Mpa之抗壓強度，其比所有時點之所有檢測聚集體高。
實例2
此實例中，所製之高溫處理聚集體包含焚化爐底灰(IBA)及花崗石鋸切殘料(“GSR”)。
這些實驗中所用的焚化爐底灰(IBA)及花崗石鋸切殘料(GSR)之平均化學分析(主要氧化物)乃示於下列表G中。實例2所用之焚化爐底灰(IBA)組份與實例1所用者相同。此處亦使用與實例1相同的設備。如上所討論，在接收之前，先將焚化爐底灰(IBA)處理。
令焚化爐底灰(IBA)及花崗石鋸切殘料(GSR)接受上述及圖7所示之處理。令花崗石鋸切殘料(GSR)通過150微米之篩中，再使用所篩濾之部分。將花崗石鋸切殘料(GSR)加至焚化爐底灰(IBA)中以使二者均一起接受濕磨。
將1公斤之焚化爐底灰(IBA)及花崗石鋸切殘料(GSR)以100%/0%、80%/20%、60%/40%及40%/60%之比例依上文實例1所詳述之法濕磨。再將碾磨之漿液篩濾，而後將小於355微米之部分過濾以移除自由態水。再將固體濕塊於110℃下乾燥並碾磨成粉末。
將粉末與水(最多佔所得混合物乾重之35%)於分批混合器中混合直至混合物之稠性允許丸粒化為止。將混合物送入旋轉筒中，再令旋轉筒末端所收集之丸粒通過4毫米及12.7毫米篩中篩濾。而後將丸粒以噴灑法包覆上粉碎燃料灰(PFA)，繼而於烤箱中、於約110℃下乾燥過夜。而後將所得綠色丸粒於旋轉窯中、於1,060℃至1,240℃間之溫度下燒結約10分鐘至約12分鐘。
結果
下列表H－I概示藉上述方法所形成之聚集體之物理及機械性質。
燒結丸粒之相對乾密度及水吸收力係依實例1所述之法測定。此實例中，抗壓強度係藉將個別聚集體負載於兩個平行板間直到破碎為止而計算出。壓力分析顯示，當球狀體以此方式於兩個直徑相對點上測試時，球狀體之抗壓強度σ係以下列方程式算出： 其中IACS＝個別聚集體之抗壓強度，d＝球狀體之直徑(毫米)，且P＝破碎負載量(N)。抗壓強度之平均值係由每個溫度下製得至少十二個聚集體所完成之試驗中計算出。負載量可藉下列方程式由讀數中計算出：負載量(磅)＝550.95×(讀數)－1620.7；負載量(公斤)＝負載量(磅)/2.205。
下列表H概示包含不同比例之焚化爐底灰(IBA)與花崗石鋸切殘料(GSR)且於不同溫度下高溫處理之聚集體之測試結果。資料繪在圖9的圖上。表H亦概示焚化爐底灰(IBA)與花崗石鋸切殘料(GSR)之特定混合物於特定溫度下之機械性質之結果，亦即個別聚集體抗壓強度(“IACS”)。如上所示，混合物中花崗石鋸切殘料(GSR)濃度之增加將使樣品之初始軟化、最大密實化與完全或幾近完全熔化間的溫度間隔變寬，此乃由於花崗石鋸切殘料(GSR)使焚化爐底灰(IBA)之化學組份及礦物學獲得改良之故。
得自高濃度焚化爐底灰(IBA)之混合物中之聚集體之水吸收力乃隨著溫度的增加而快速降低，而得自高量花崗石鋸切殘料(GSR)之混合物中之聚集體之水吸收力則顯現隨著溫度而較為逐步地降低。個別聚集體抗壓強度(“IACS”)如所預期地與密度呈現類同的趨勢，增加至最大密實化之溫度且於更高之溫度下降低。聚集體強度在含100%焚化爐底灰(IBA)混合物之聚集體方面乃隨著溫度而快速增加，然而聚集體強度乃隨著花崗石鋸切殘料(GSR)量之增加而變得較為漸次增加。
以高溫處理溫度之效應以及花崗石鋸切殘料(GSR)之加入對高溫處理聚集體之性質為基準(如圖8及表B及C所示)，可供應用範圍內(包括混凝土中之輕質聚集體)使用之聚集體中之理想焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)混合物為40%/60%理想焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)。由含高量花崗石鋸切殘料(GSR)之焚化爐底灰(IBA)之混合物中所得之聚集體乃在較廣之溫度範圍間燒結/密實化，故高溫處理期間之表現狀態及聚集體之最終性質可因而較易於控制。40%/60%焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)可在1,070℃至約1,140℃之溫度範圍間(攝氏度數70度)燒結以形成密度低於2.0克/立方公分之輕質聚集體(LWA)。具期望性質及特性(多孔性、密度、強度)之輕質聚集體可因而更易於製得。
如同圖9及表H明顯已知，在既定之焚化爐底灰(IBA)與花崗石鋸切殘料(GSR)之組合中，高溫處理之溫度可用以製得具有預定密度及其它特性之聚集體。例如，在40%/60%焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)之混合物中，於1,070℃下高溫處理可得密度約1.5克/立方公分至約1.6克/立方公分之輕質聚集體(LWA)，而於1,200℃下高溫處理則可得密度約2.6克/立方公分之常重聚集體。
表I概示由40%/60%焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)之混合物中、於四種不同溫度下所製得之燒結聚集體之物理性質(相對乾及總體密度、水吸收力)及機械性質(個別聚集體抗壓強度(IACS))，市售LYTAG之相應性質亦提供於表I中。所選定之溫度為導致不同產物特性及不同微結構以供比較者。根據本發明之理想體系，較低溫度可產得多孔且低密度之輕質聚集體(LWA)。高溫則產得充分燒結或玻璃化、無孔之密實產物。
將LYTAG與由40%/60%焚化爐底灰(IBA)/花崗石鋸切殘料(GSR)混合物中所製且於1,070℃下燒結(稱為LWA-1)或於1,090℃下燒結(稱為LWA-2)之聚集體之性質相比較後顯示，LWA-1具有可與LYTAG相比之密度及聚集體強度，然其具有較高之水吸收力。燒結之LWA-2具有比LWA-1及LYTAG高之密度及強度，然其亦具有比LYTAG高之水吸收力。
實例3
此實例中，所製之高溫處理聚集體包含焚化爐底灰(IBA)及黏土。
這些實驗中所用的膨潤土及高嶺土、頁岩及板岩之平均化學分析乃示於下列表J中。實例3所用之焚化爐底灰(IBA)組份與實例1及2所用者相同。此處亦使用與實例1相同的設備。
令膨潤土、高嶺土、頁岩及板岩接受分別如圖1及10－12中所述且更詳盡述於實例1中之處理。
將1公斤焚化爐底灰(IBA)樣品以水與固體為2之比濕磨8小時，而後將碾磨之漿液篩濾及將小於355微米之部分予以過濾以移除自由態水。再將所製得之固體濕塊於110℃下乾燥並碾磨成粉末。
以100%/0%、80%/20%、60%/40%、40%/60%(焚化爐底灰(IBA)/膨潤土)之選定比例將膨潤土、高嶺土、頁岩及板岩各加至已碾磨之焚化爐底灰(IBA)粉中。再於分批混合器中將粉末與水(最多佔所得混合物總乾重之40%)混合以形成黏土樣之物質混合物以供丸粒化。
所有之這些添加劑(黏土、頁岩及板岩)均具有極細之微粒尺寸分佈。因此彼等可用圖5及7中所示之處理法以焚化爐底灰(IBA)處理，其可在焚化爐底灰(IBA)濕磨之前或之後加入。所用之頁岩及板岩已經碾磨。如果尚未碾磨，則彼等可能必須在與焚化爐底灰(IBA)混合之前先予碾磨或者彼等可與焚化爐底灰(IBA)一起濕磨。所得之綠色丸粒在約4毫米至約11.2毫米之範圍內。將含有(例如)膨潤土之丸粒包覆上膨潤土粉，而後於110℃下乾燥，其後送入實例1所述之旋轉窯中。將丸粒以於介於1,080℃至1,220℃間之溫度下燃燒約10至約12分鐘，其後由窯中排出並令其於室溫下冷卻。
結果
下列表K－M概示包含焚化爐底灰(IBA)及膨潤土且於不同高溫處理溫度下高溫處理之聚集體之物理及機械性質。
高溫處理之聚集體之相對乾密度及水吸收力乃如同實例1中所述之法測定。個別聚集體抗壓強度(IACS)乃如同實例2中所述之法測定。個別聚集體之抗壓強度亦定義為如下之聚集體強度質量指數(“ASMI”)： 其中P＝破碎負載量(公斤)且m＝丸粒的質量(公斤)。
抗壓強度之平均值係由每種高溫處理之溫度及每種比例下製得至少十二種聚集體所完成之試驗中計算出。
下列表K概示包含不同比例之焚化爐底灰(IBA)與膨潤土且於不同溫度下高溫處理之聚集體之測試結果。資料繪在圖1的圖上。表K概示物理性質(相對乾密度、水吸收力)及機械性質(個別聚集體抗壓強度(IACS)及聚集體強度質量指數(ASMI))。如上所討論，混合物中黏土濃度之增加將使樣品之初始軟化、最大密實化與熔化間的溫度間隔變寬，此乃由於焚化爐底灰(IBA)之化學組份及礦物學獲得改良之故。
得自高濃度焚化爐底灰(IBA)之混合物中之聚集體之水吸收力乃隨著溫度的增加而快速降低，而得自具高量黏土之混合物中之聚集體之水吸收力則顯現隨著溫度而較為逐步地降低。個別聚集體抗壓強度(IACS)及聚集體強度質量指數(ASMI)如所預期地與密度呈現類同的趨勢，增加至最大密實化之溫度且於更高之空氣溫度下降低。聚集體強度在含100%焚化爐底灰(IBA)混合物之聚集體方面乃隨著溫度而快速增加，然而聚集體強度乃隨著混合物中黏土量之增加而變得較為漸次增加。
以溫度之效應以及黏土之加入對燒結聚集體之性質為基準(示於圖1及表K中)，以於約1,080℃至約1,140℃之廣溫度範圍下燒結之40%/60%理想焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物(其具有約1.5克/立方公分至約2.0克/立方公分之密度)較為理想。此混合物於燒結期間之表現狀態及所得燒結輕質聚集體(LWAs)之最終性質可因而比100%焚化爐底灰(IBA)及其它焚化爐底灰(IBA)/膨潤土組合更易於控制，故使其更易於製造。此聚集體可用於應用範圍中包括作為混凝土中之輕質聚集體。
表L概示於三種選定之溫度下之包含40%/60%理想焚化爐底灰(IBA)/膨潤土混合物之聚集體之某些物理性質(得自表K之相對乾密度、水吸收力)及機械性質(得自表K之個別聚集體抗壓強度(IACS)及聚集體強度質量指數(ASMI))，LYTAG之相應性質亦提供於表L中以供比較。
在焚化爐底灰(IBA)與黏土之既定組合方面，溫度可用以產製具有預定密度及其它特性之聚集體。
具有可與LYTAG相比或優於LYTAG之性質之輕質聚集體可根據所需之聚集體性質而由此組合中產製。
表M概示由焚化爐底灰(IBA)與膨潤土及其它添加劑、高嶺土、頁岩及板岩中所產製之聚集體之表現狀態。其顯示聚集體之高溫處理之溫度範圍、相應密度、水吸收力、聚集體強度質量指數(ASMI)範圍，以及不同比例之添加劑與焚化爐底灰(IBA)比及不同之添加劑物質之最大密實化之溫度。圖10-12顯示不同比例之高嶺土、頁岩及板岩之密度(克/立方公分)與溫度(℃)間之關聯。兩種黏土膨潤土及高嶺土，以及頁岩及板岩經發現對改善焚化爐底灰(IBA)之高溫處理之行為狀態具有類同之效應，此乃因彼等之低鈣濃度所致。然而觀察到，由焚化爐底灰(IBA)/頁岩及焚化爐底灰(IBA)/板岩混合物中所製之丸粒之密實化需要略為較高之溫度，此乃由於有略為較高量之矽土及礬土存在於這兩種物質中之故。
以這些實例對廢玻璃、花崗石鋸切殘料、黏土(諸如膨潤土及高嶺土)、頁岩及板岩之高溫處理混合物為基準，爐底灰(“FBA”)(其與來自都市固體廢棄物(“MSW”)焚化爐之粉碎燃料灰(“PFA”)具有相同來源)咸信亦可用以形成於混凝土及其它應用中之輕質及常重燒結及玻璃化聚集體。爐底灰(“FBA”)必須碾磨(最好與焚化爐底灰(IBA)一起濕磨)成適當的微粒尺寸。理想者，有95體積%之焚化爐底灰(IBA)與爐底灰(FBA)碾磨混合物微粒小於約30微米。粉碎燃料灰(PFA)的化學分析乃示於表N及O中，亦提供焚化爐底灰(IBA)之分析以供比較。焚化爐底灰(IBA)及爐底灰(FBA)之高溫處理乃更詳盡地於2005年9月28日提出之專利申請案11/238,758號中討論，其乃併入本文中以供參考。
雖然上述實例中，乃將一種矽鋁物質與焚化爐底灰(IBA)混合以形成聚集體，然亦可將數種矽鋁物質與焚化爐底灰(IBA)混合以形成聚集體。
本文所述之體系為供完成本發明之實例。只要不脫離本發明之精髓及範圍(由下列申請專利範圍所定義)，亦可進行這些實例之改良。
10．．．凝集體
12．．．矽鋁物質(“SAM”)微粒
14．．．焚化爐底灰(IBA)微粒
16．．．孔
18．．．隨意塑性黏合劑微粒
20．．．聚集體
22．．．小粒
24．．．基質
26．．．表層
28．．．內孔
28a．．．小表孔
30．．．玻璃化聚集體
圖1為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與膨潤土之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖；圖2為根據本發明方法所產製之凝集體的實例之圖示橫斷面；圖3為根據本發明體系之燒結聚集體的實例之圖示橫斷面；圖4為根據本發明體系之玻璃化聚集體的實例之圖示橫斷面；圖5為根據本發明體系之製造聚集體的方法；圖6為根據本發明體系之燒結聚集體的實例之照片；圖7為根據本發明體系之另一個製造聚集體的方法；圖8為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與廢玻璃之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖；圖9為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與花崗石鋸切殘料之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖；圖10為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與高嶺土之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖；圖11為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與頁岩之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖；圖12為根據本發明體系之密度(克/立方公分)隨著焚化爐底灰(IBA)之高溫處理溫度(℃)而變化以及密度隨著焚化爐底灰(IBA)與板岩之混合物之高溫處理溫度(℃)而變化之圖。

Claims (19)

  1. 一種製造輕質聚集體之方法，其包含：將來自都市固體廢棄物焚化爐之焚化爐底灰(“IBA”)與鈣含量低於焚化爐底灰(IBA)之第二種非煤灰的矽鋁廢棄物質混合；在水的存在下將混合物凝集以形成凝集體；及於旋轉窯中在約1050℃至約1240℃的溫度下高溫處理凝集體，以形成相對乾密度低於2 g/cm3 之玻璃晶狀多孔性輕質聚集體。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：在凝集之前將至少焚化爐底灰(IBA)的粒徑減小。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中減小粒徑包含碾磨至少焚化爐底灰(IBA)。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第二種物質包含採礦廢棄物。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中採礦廢棄物包含花崗石殘料。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第二種物質包含廢玻璃。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含： 混合焚化爐底灰(IBA)和第二種物質與塑性黏合劑。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中塑性黏合劑包含黏土。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：濕磨至少焚化爐底灰(IBA)；濕磨後移除水；使經高溫處理的凝集體驟冷；及在驟冷期間使用至少一些所移除之水。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：高溫處理凝集體至一溫度以燒結凝集體而形成燒結輕質聚集體。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：使凝集體玻璃化至一溫度以造成揮發及使被揮發的氣體截留於熔化的液相中，如此使凝集體膨脹而形成輕質聚集體。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：以焚化爐底灰(IBA)對第二種廢棄物質之比例及溫度為基礎(至少有一部分)來控制聚集體的密度。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：將焚化爐底灰(IBA)及第二種物質與有機物質混合。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其包含：以有機物質於混合物中之比例和溫度為基礎(至少有一部分)來控制聚集體的密度。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：將佔混合物乾重約30%至約70%之焚化爐底灰(IBA)與佔混合物乾重約70%至約30%之第二種物質混合。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：藉丸粒化方式將混合物凝集。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：藉擠壓方式將混合物凝集。
  18. 如申請專利範圍第2項之方法，其包含：將至少焚化爐底灰(IBA)的粒徑減小以通過150微米之篩網。
  19. 一種製造輕質聚集體之方法，其包含：將來自都市固體廢棄物焚化爐之焚化爐底灰(“IBA”)與頁岩或板岩混合；在凝集之前將至少焚化爐底灰(IBA)的粒徑減小；在水的存在下將混合物凝集以形成凝集體；及於旋轉窯中在約1060℃至約1240℃的溫度下高溫處理凝集體，以膨脹凝集體而形成相對乾密度低於2 g/cm3 之輕質聚集體。
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