TWI665171B - 垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，主要係備取25-35wt.%之垃圾焚化飛灰或經處理後之含鉛污泥及35-45wt.%之含矽材料，並添加25-35wt.%之助熔劑後加以充分攪拌混合後，以1100℃-1400℃溫度範圍加熱熔融，繼而將熔融玻璃以350℃-500℃溫度範圍退火，退火後再將玻璃移至室溫環境下冷卻，即可獲得一般玻璃或水晶玻璃；藉此，可巧妙地利用垃圾焚化飛灰中之氧化物及鉛等成分作為部分助熔劑與玻璃原料之用，獲致降低玻璃燒成溫度、節能減碳及節省原物料、資源再利用等功效。

Description

垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法

本發明係與垃圾焚化飛灰處理有關，更詳而言之是指一種垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法者。

按，垃圾焚化(MSWI)飛灰之處理，國際上傳統作法多採固化及掩埋(即添加化學穩定劑之水泥固化/穩定化中間處理後，再進行獨立衛生掩埋之最終處置)方式，目前國內24座垃圾焚化廠中除了木柵焚化廠之外，其餘23座焚化廠飛灰皆採固化及掩埋處理，目前國內飛灰固化物掩埋場已漸不足，此等作法不僅飛灰無法再利用，且需佔用大量掩埋空間，且飛灰中有害物質亦有溶出之風險，顯然有待改善。

而木柵焚化廠產生之飛灰為原始飛灰，故經水洗後飛灰不僅可達重金屬及戴奧辛無害，且水溶性氯離子含量低(常可低於1%)，故目前可作為水泥廠煅燒石灰石之添加料，使飛灰可再利用。其次，目前亦有其他飛灰再利用之技術，如中華民國發明第338008號「用於人造骨材、輕質骨材等之吸附氧化觸媒材及其製法」、第397718號「以產業廢棄物及未利用資源為主原料所製造之具有連續貫通孔之燒 結體及其製造方法」及第201524935號「一種調濕陶瓷材料之結構與製作方法」等專利所示。

換言之，目前垃圾焚化飛灰之再利用技術，不是需利用特定之飛灰(如木柵焚化廠產生之原始飛灰)，即是僅將飛灰作為骨材、磚或陶瓷之材料，「資源化、減量化」之效果仍不足。

本發明之主要目的即在提供一種垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，其利用垃圾焚化飛灰作為製作玻璃之原料，不僅可減少地球資源礦物之開採、降低原物料成本，更可降低燒成玻璃之溫度，具節源減碳之功效，且可改變垃圾焚化飛灰固化掩埋之傳統作法，解決掩埋場不足之困境，獲致零廢棄、資源再利用與創造附加價值等多重效果，甚具實用價值者。

緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，主要係備取25-35wt.%之垃圾焚化飛灰及35-45wt.%之含矽材料，並添加25-35wt.%之助熔劑後加以充分攪拌混合，充分混合後予以置入一高溫爐內以1100℃-1400℃溫度範圍加熱熔融，繼而將熔融玻璃移至一退火爐內退火，退火溫度範圍為350℃-500℃，退火後再將玻璃移至室溫環境下冷卻，即可獲得一般玻璃，其中，垃圾焚化飛灰係指原始飛灰(即廢熱 回收鍋爐、節熱器、旋風集塵器等處收集之未添加外來物質之飛灰)、反應飛灰(即半乾式洗滌塔、袋式集塵器等處收集已添加外來物質，如熟石灰、粉狀活性碳等，之飛灰)、或共同匯出飛灰(即原始飛灰+反應飛灰)；藉此，可巧妙地利用垃圾焚化飛灰中之氧化物等成分作為部分助熔劑之用，用以獲致降低燒成玻璃之溫度、節能減碳及節省原物料、資源再利用等功效。

進一步地，該助熔劑係碳酸鈉或碳酸鉀。

進一步地，該含矽材料係矽砂或廢玻璃。

進一步地，該垃圾焚化飛灰中之氧化物係氧化鈣、氧化鈉或氧化鉀等。

進一步地，垃圾焚化飛灰係更經處理為含鉛污泥後，再混合該玻璃原料與助熔劑進行玻璃之製作，其方法係：先將垃圾焚化飛灰以低液固比(1-3)之比例加入水後快速攪拌，再固液分離脫水成為無害化飛灰及高濃度含鉛廢液，取出無害化飛灰後，將5-10倍水加入含鉛廢液，再將稀釋後之含鉛廢液固液分離，成為鉛濃度低於放流水標準之液體及含鉛污泥，取出鉛濃度低於放流水標準之液體後，再將含鉛污泥以150-180℃之溫度範圍加熱、乾燥；再將含鉛污泥與該玻璃原料與助熔劑混合進行加熱熔融、退火與室溫冷卻之步驟，進而獲致水晶玻璃。

進一步地，垃圾焚化飛灰加入水後係以500rpm 轉速快速攪拌。

110‧‧‧備料並混合

120‧‧‧加熱熔融

130‧‧‧退火

140‧‧‧室溫冷卻

210‧‧‧水萃取並固液分離

220‧‧‧稀釋鉛並固液分離

230‧‧‧加熱含鉛污泥

第一圖係本發明一較佳實施例之流程圖。

第二圖係本發明另一較佳實施例之流程圖。

以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後，其中：

首先，請參閱第一圖與表一所示，本發明一較佳實施例之垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，係包含有以下步驟：

本發明之第一步驟係備料並混合110：係備取25-35wt.%之垃圾焚化飛灰及35-45wt.%之含矽材料，並添加25-35wt.%之助熔劑後加以充分攪拌混合。該垃圾焚化飛灰係指原始飛灰(即廢熱回收鍋爐、節熱器、旋風集塵器等處收集之未添加外來物質之飛灰)、反應飛灰(即半乾式洗滌塔、袋式集塵器等處收集已添加外來物質，如熟石灰、粉狀活性碳等，之飛灰)、或共同匯出飛灰(即原始飛灰+反應飛灰)，個別飛灰係分別先均勻混合，以確保該批飛灰成分之一致性，並利於後續製成玻璃產品之品質穩定性，其後分別置於密閉容器內備用。垃圾焚化廠因空污防制設備(APCDs)略有不同，可大致區分為二大類：(1)原始飛灰、反應飛灰分 別匯出之焚化廠：該廠原始飛灰、反應飛灰係分別收集，且分別經輸送管道匯出，故可分別取得原始飛灰、反應飛灰。(2)共同匯出飛灰之焚化廠：該廠原始飛灰收集後，經輸送管道再匯入反應飛灰，故原始飛灰與反應飛灰即混合，最後共同匯出；此類焚化廠不易分別取得原始飛灰或反應飛灰，所取得之共同匯出飛灰即係原始飛灰及反應飛灰之混合飛灰。該含矽材料係矽砂或廢玻璃，該助熔劑係碳酸鈉或碳酸鉀。

本發明之第二步驟係加熱熔融120：將充分混合後之垃圾焚化飛灰、含矽材料與助熔劑置入一高溫爐內以1100℃-1400℃溫度範圍加熱熔融。

本發明之第三步驟係退火130：係將熔融玻璃移至一退火爐內退火，退火溫度範圍為350℃-500℃。

本發明之最後步驟係室溫冷卻140：將退火後之玻璃移至室溫環境下冷卻，即可獲得一般玻璃。

前揭樣品編號中，“O”為原始飛灰、“R”為反應飛灰、“C”為共同匯出飛灰(共匯飛灰)、“P”為含鉛污泥。另，一般市售容器玻璃密度為2.46g/cm³、平板玻璃密度為2.50g/cm³、鉛晶質玻璃密度2.70g/cm³。

藉此，本發明所提供之垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，其利用垃圾焚化飛灰作為製作玻璃之部分原料，可取代部分傳統製作玻璃之矽砂，亦可製成一般玻璃，進而獲致節省原物料、達到零廢棄、資源再利用、創造附加價值之功效。更且，垃圾焚化飛灰包含有鉛、鎘及/或戴奧辛及鈣、氯、鈉、鉀、鎂等氧化物、氯化物成分，本發明利用垃圾焚化飛灰作為製作玻璃之部分原料時，可巧妙地運用垃圾焚化飛灰中包含之氧化鈣、氧化鈉、氧化鉀等成分作為燒成玻璃所需之助熔劑(flux)，故可降低燒成玻璃之溫度，獲得節能減碳之功效。

其次，如第二圖所示，係本發明另一較佳實施例之垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，其步驟大體上與 前揭實施例相同，不同處在於：垃圾焚化飛灰係更經處理為含鉛污泥後，再混合該玻璃原料與助熔劑進行玻璃之製作，其方法如下：

水萃取並固液分離210：先將垃圾焚化飛灰以低液固比(1-3)之比例加入水後以逾500rpm快速攪拌，使飛灰中大量的鉛錯合物Pb(OH)_m ^n-移出至液相，再固液分離脫水成為無害化飛灰及高濃度含鉛廢液。

稀釋鉛並固液分離220：取出無害化飛灰後，將5-10倍水加入含鉛廢液，以降低OH^-離子濃度，使廢液中Pb(OH)_m ^n-錯合物形成以Pb(OH)_2(s)沉澱物為主之含鉛污，再將稀釋後之含鉛廢液固液分離，成為鉛濃度低於放流水標準之液體及含鉛污泥。

加熱含鉛污泥230：取出鉛濃度低於放流水標準之液體後，再將含鉛污泥以150-180℃之溫度範圍加熱、乾燥，俾利含鉛污泥先行生成氧化鉛。

再將含鉛污泥與該玻璃原料與助熔劑混合後進行前述加熱熔融120、退火130與室溫冷卻140之步驟，即可獲得水晶玻璃。

藉此，由於垃圾焚化飛灰主要之有害重金屬為鉛，而鉛又是傳統製作水晶玻璃之原料，本發明利用垃圾焚化飛灰作為製作玻璃之部分原料，可巧妙地運用垃圾焚化飛灰含鉛之特性燒成水晶玻璃，可減少地球資源礦物(矽與鉛)之開採，進而降低原物料成本。

此外，本發明所製成之玻璃可應用於裝飾、藝術造型、建築、裝潢、光學玻璃等非食用容器之用途。

由上可知，本發明可將原本有害之垃圾焚化飛灰直接加以再利用，進而製為有價值之資材應用於各相關行業，可協助國內全部24座垃圾焚化廠之飛灰再利用製成玻璃，達成垃圾焚化飛灰「資源化、減量化、安定化、無害化」之效果。

綜上所述，本發明所提供垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，其巧妙地運用垃圾焚化飛灰中含助熔劑及鉛之特性，不僅可降低燒成玻璃之溫度，具節省能源與原物料之功效，且不論何種類型有害垃圾焚化飛灰均能製成玻璃，成為有價產品，達到零廢棄、資源再利用、創造附加價值、開創新興市場之多重目的，可改變目前國內外垃圾焚化飛灰通常係予以固化掩埋之處理方式，解決掩埋場不足之困境，甚具實用價值；緣是，本發明確實符合發明專利之要件，爰依法提出申請。

惟，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (2)

1. 一種垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，主要係備取25-35wt.%之垃圾焚化飛灰及35-45wt.%之含矽材料，並添加25-35wt.%之助熔劑後加以充分攪拌混合，充分混合後置入一高溫爐內以1100℃-1400℃溫度範圍高溫加熱熔融，繼而將熔融玻璃移至一退火爐內退火，退火溫度範圍為350℃-500℃，退火後再將玻璃移至室溫環境下冷卻，即可獲得一般玻璃，其中，垃圾焚化飛灰係指原始飛灰(即廢熱回收鍋爐、節熱器、旋風集塵器等處收集之未添加外來物質之飛灰)、反應飛灰(即半乾式洗滌塔、袋式集塵器等處收集已添加外來物質之飛灰，該外來物質為熟石灰、粉狀活性碳)、或共同匯出飛灰(即原始飛灰+反應飛灰)，該助熔劑係碳酸鈉或碳酸鉀，該含矽材料係矽砂或廢玻璃；其中，垃圾焚化飛灰中之氧化物成分可作為部分助熔劑之用，且，垃圾焚化飛灰係更經處理為含鉛污泥後，再混合該玻璃原料與助熔劑進行玻璃之製作，其方法係：先將垃圾焚化飛灰以低液固比(1-3)之比例加入水後快速攪拌，再固液分離脫水成為無害化飛灰及高濃度含鉛廢液，取出無害化飛灰後，將5-10倍水加入含鉛廢液，再將稀釋後之含鉛廢液固液分離，成為鉛濃度低於放流水標準之液體及含鉛污泥，取出鉛濃度低於放流水標準之液體後，再將含鉛污泥以150-180℃之溫度範圍加熱、乾燥；再將含鉛污泥與該玻璃原料與助熔劑混合後進行加熱熔融、退火與室溫冷卻之步驟，進而獲致水晶玻璃。
2. 如申請專利範圍第1項所述之垃圾焚化飛灰再利用製成玻璃之方法，其中，該垃圾焚化飛灰加入水後係以500rpm轉速快速攪拌。