TWI521066B - Aluminum slag stability of the resource processing process - Google Patents

Description

鋁渣安定資源化處理流程

本發明係關於一種鋁渣安定劑及鋁渣安定資源化方法，將鋁渣廢棄物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資源化處理流程，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劑及安定資源化方法，係使用含氯化亞鐵、地瓜葉、香蕉葉及蒜頭等物質作為鋁渣廢棄物的安定劑，利用氯化亞鐵水解後之酸環境促使鋁渣進行安定化反應，當加熱蒸煮促進反應及蒸發水分後，剩餘之鋁渣不具異味，此經處理後之鋁渣即使再碰到水分，不會再產生氨臭味等異味，達成鋁渣安定化處理的目的。

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₍₁₎ → Al(OH)_3(s)+3/2H_2(g)，△H=-99.8kcal/mol

(2)碳化鋁Al₄C_3(s)+12H₂O₍₁₎ → 4Al(OH)_3(s)+3CH_4(g)，△H=-422.5kcal/mol

(3)氮化鋁AlN_(s)+3H₂O₍₁₎ → Al(OH)_3(s)+NH_3(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資源化處理流程，主要係藉由將特定比例之鋁渣、含氯化亞鐵、地瓜葉、香蕉葉及蒜頭等數種物質之組合物，再外加適量的水分，持續予以充分攪拌及加熱等步驟，使氮化鋁、碳化鋁、金屬鋁等有害物質快速的水解及離開鋁渣，最後所得之鋁渣粉末不具臭異味，即使在與水接觸亦不再排放異味及有害物質，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及可資源回收再利之目的。

本發明之鋁渣安定劑，其主要成分為至少含氯化亞鐵、地瓜葉、香蕉葉及蒜頭等四種物質之組合物。該鋁渣安定劑可選自含15%~45%(重量比)氯化亞鐵、12%~25%(重量比)地瓜葉、12%~25%(重量比)香蕉葉及61%~5%(重量比)蒜頭之組合物。

本發明之鋁渣安定劑具有高效率降低及排除鋁渣臭(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

本發明安定劑組成中所含的地瓜葉、香蕉葉及蒜頭等物質，由於屬於複方成分，無法分析其與待處理鋁渣間詳細的化學反應機制，但發明人經多次試驗結果發現，雖然單獨使用一種氯化亞鐵及具有某種程度抑制臭異味之效果，然地瓜葉、香蕉葉及蒜頭等物質與氯化亞鐵搭配，具有排除鋁渣臭(異)味的高效加成功效，使得本發明鋁渣安定劑之功效比單獨使用氯化亞鐵一種成分效率更高，最後經處理後所得之鋁渣粉末不具臭異味，即使在與水接觸亦不再排放異味及有害物質，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及可資源回收再利之目的，充分顯示本發明鋁渣安定劑具有新穎性及進步性。

本發明之鋁渣安定資源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混合物，其中鋁渣安定劑之添加量為鋁渣粉末重量的1%~20%、此步驟所直接加入之水分為鋁渣粉末重量的150%~300%；(c)將步驟(b)所得之混合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之混合物；(d)最後將步驟(c)所得之混合物加熱蒸煮至水分完全蒸發，剩下之乾燥粉末，即得安定化鋁渣。

以上於摻配、混和攪拌及加熱蒸煮排出之氣體，由廢氣收集系統導入廢氣處理系統，經處理後之淨化氣體符合空氣污染管制 法規後予以排放。

10‧‧‧鋁渣

20‧‧‧鋁渣安定劑

30‧‧‧水分

40‧‧‧粉碎

50‧‧‧摻配

60‧‧‧攪拌

70‧‧‧加熱蒸煮

80‧‧‧安定化鋁渣

第一圖 鋁渣安定資源化處理流程(一)

第二圖 鋁渣安定資源化處理流程(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。

本發明之鋁渣安定資源化處理流程(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)成為混合物，其中鋁渣安定劑之添加量為鋁渣粉末重量的1%~20%、此步驟所直接加入之水分為鋁渣粉末重量的150%~300%；(c)將步驟(b)所得之混合物攪拌(60)1~120分鐘，使成為混合均勻之混合物；(d)最後將步驟(c)所得之均勻混合物加熱蒸煮(70)加熱蒸煮至水分蒸發為止，剩下之乾燥粉末，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。

以上第一圖及第二圖，於摻配、混和攪拌及加熱蒸 煮排出之氣體，由廢氣收集系統導入廢氣處理系統，經處理後之淨化氣體符合空氣污染管制法規後予以排放(此廢氣收集處理部分於圖示中並未加以標示)。

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，此尚未處理之鋁渣樣品，以代號X表示。

實施例一：鋁渣安定劑摻配與製作

製作120kg的鋁渣安定劑，首先取40kg氯化亞鐵、20kg地瓜葉、20kg香蕉葉及40kg蒜頭四種物質，放入放置於粉碎機中，接著進行粉碎1~60分鐘，使得到平均粒徑小於1,000μm且均勻之組合物，即得鋁渣安定劑一態樣之樣品(以代號A表示)。

實施例二：鋁渣安定資源化處理

取一具加熱系統之混和攪拌槽，將1,000kg的鋁渣樣品(X)、120kg鋁渣安定劑樣品(A)及2,500kg水一同加入混和攪拌槽中，首先混和攪拌30分鐘，使其攪拌均勻，然後開始加熱至混和攪拌槽內之液體沸騰，然後持續加熱蒸煮至水份完全蒸發，剩下乾燥粉末，即為安定化鋁渣(以代號Y表示)。

未處理前之鋁渣(X)之pH值為10.5，氨氮檢出值為1,190mg/L；而經本發明處理後之安定化鋁渣(Y)之pH值為8.4，氨氮檢出值為13.2mg/L，詳表一，充分顯示經本發明處理後之安定化鋁渣(Y)已不具強鹼性及臭異味，即使再添加水分於安定化鋁渣(Y)上，亦不會再逸散臭異味。

又經本發明處理後之安定化鋁渣，經事業廢棄物毒性特性溶出程序(TCLP)檢測結果：pH值為7.50、總銅為1.06mg/L、總鋇為1.04mg/L、總砷為0.002mg/L、總硒為0.006mg/L、其餘六價鉻、總鉻、總鎘、總鉛、總汞均為N.D.，各檢測項目之檢測結果均符合管制標準，詳如表二所示。由此充分顯示經本發明處理後之安定化鋁渣(Y)不屬於有害事業廢棄物，除可直接送至衛生掩埋場處置外，亦可直接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。

雖然本發明已以較佳實例揭露如上，但並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本發明可供產業上利用，且經查相關前案，本發明揭露之鋁渣安定劑及鋁渣安定資源化處理流程，於申請前均未見於刊物或已公開使用，屬於在鋁渣廢棄物處理領域之創新技術，又本發明具體實施後，可確實防止鋁渣日後遇水再逸散異味，同時經本發明安定化之鋁渣經事業廢棄物毒性特性溶出程序(TCLP)結果皆符合管制標準，確實可達成資源回收再利用之目標。實非所屬技術領域中具有通常知識者依申請前之先前技術所能輕易完成，充分展現本發明具有新穎性及進步性；同時本發 明之鋁渣安定劑及鋁渣安定資源化處理流程，可協助國內解決鋁渣廢棄掩埋遭遇環保問題及達成鋁渣資源回收再利用之最終目的，增加產業競爭力，期望 貴局能早日准予專利，造福國內相關產業。

10‧‧‧鋁渣

20‧‧‧鋁渣安定劑

30‧‧‧水分

40‧‧‧粉碎

50‧‧‧摻配

60‧‧‧攪拌

70‧‧‧加熱蒸煮

80‧‧‧安定化鋁渣

Claims (6)

1. 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混合物，其中鋁渣安定劑之添加量為鋁渣粉末重量的1%~20%、此步驟所直接加入之水分為鋁渣粉末重量的150%~300%；(c)將步驟(b)所得之混合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之混合物；(d)最後將步驟(c)所得之混合物加熱蒸煮至水分完全蒸發，剩下之乾燥粉末，即得安定化鋁渣。
2. 如申請專利範圍第1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、地瓜葉、香蕉葉及蒜頭四種物質之組合物。
3. 如申請專利範圍第1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為含15%~45%(重量比)氯化亞鐵、12%~25%(重量比)地瓜葉、12%~25%(重量比)香蕉葉，其餘重量比為蒜頭之組合物。
4. 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，其中鋁渣安定劑之添加量為鋁渣粉末重量的1%~20%、此步驟所直接加入之水分為鋁渣粉末重量的150%~300%； (b)將步驟(a)所得之組合物攪拌1~120分鐘，使成為混合均勻之混合物；(c)最後將步驟(b)所得之混合物加熱蒸煮至水分完全蒸發，剩下之乾燥粉末，即得安定化鋁渣。
5. 如申請專利範圍第4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、地瓜葉、香蕉葉及蒜頭四種物質之組合物。
6. 如申請專利範圍第4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為含15%~45%(重量比)氯化亞鐵、12%~25%(重量比)地瓜葉、12%~25%(重量比)香蕉葉，其餘重量比為蒜頭之組合物。