TWI735346B - 飛灰處理方法、獲得金屬氫氧化物的方法及製備工業鹽的方法 - Google Patents

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Abstract

一種飛灰處理方法，包括：一設定步驟，依據重金屬溶出試驗曲線圖與不同液固比黏度變化曲線圖查出初始飛灰的初始黏度值；一酸洗作業步驟，係將初始飛灰、水與酸液加入酸洗槽均勻攪拌，再檢測並調節酸洗槽內漿液的酸鹼值比例，以符合重金屬溶出試驗曲線圖之曲線變化；一第一定量輸出步驟，係將酸洗作業後之漿液輸入至第一緩衝槽內並定量輸出；一第一過濾步驟，過濾第一緩衝槽所輸出之漿液中的微細顆粒；一乾燥與混碎步驟，去除通過第一過濾器的漿液之水分，再粉碎以形成粉體；一旋轉窯裂解步驟，以旋轉窯裂解該粉體中有機物並收集其飛灰渣。

Description

飛灰處理方法、獲得金屬氫氧化物的方法及製備工業鹽的方 法
本發明主要為一種飛灰處理方法、獲得金屬氫氧化物的方法及製備工業鹽的方法，特別是有關於一種減少分離重金屬過程中水、酸使用量的飛灰處理方法、獲得金屬氫氧化物的方法及製備工業鹽的方法。
飛灰(Fly ash)依字面意思為為飛揚於空氣中的細微顆粒，其為物質燃燒或焚化後所產生，可由廢氣攜帶逸出之固體殘餘粒狀物質。會產生飛灰的燃燒過程有化石燃料(Fossil Fuel)燃燒、鍋爐燃燒以及廢棄物焚化等。飛灰的組成主要是懸浮微粒、灰塵、煙煤或燃燒過程所產生的金屬微粒與氧化物，鑒於該飛灰內則含有許多有害重金屬元素物質，若進行掩埋的話，其溶出之有害重金屬物質便會對環境生態有所影響，因此如何有效針對該焚化飛灰處理問題，以使該焚化飛灰成為資源化之材料，進而創造該焚化飛灰再利用性。
飛灰含大量Ca、Na、K、Mg等鹼金屬及鹼土金屬氯化物/氧化物，故為高鹼性物質(pH約10.5~12.3)，常見的去除有害重金屬溶出的方法包含化學劑穩定法。如台灣專利公告號第TWI552811B公開一種「含有害重金屬焚化飛灰的處理方法」，其包含下列步驟：(a)在含有害重金屬焚化飛灰中添加水，且加熱至50至80℃，並予以混合攪拌，在攪拌過程中再加入石英砂，同時利用一超音波產生器輸送功率為150至300瓦的超音波，作用時間控制在2.5 至10分鐘，以形成固液礦漿；(b)利用一壓力泵將所述固液礦漿送入一濕式渦錐分級篩選機分離有害重金屬。
惟，該專利在處理飛灰的過程中，尤其是水洗過程，因無法掌握適當的、較佳的比例，因此極容易造成不必要的水資源的浪費。
另中國專利公告號第CN108179277B號公開一種「高鹽、重金屬含量高的飛灰處理方法」，其包括：採用酸洗液對飛灰進行洗滌，通過控制液固比，使飛灰中可溶性鹽最大限度地轉入洗液，獲得具有回收價值的濃鹽水，所得濃鹽水經過分離回收鹽後返回流程作為補充液繼續洗滌下批飛灰；洗滌後飛灰，採用酸浸液進行酸浸，通過控制液固比，使飛灰中重金屬最大限度地進入浸出液，獲得具有回收價值的重金屬浸出液，經過分離回收重金屬後殘餘液作為浸出補充液浸出下批飛灰；酸浸後的飛灰，通過分段洗滌工藝除掉殘餘重金屬離子及未浸出完全的重金屬，使飛灰浸出毒性達標，實現飛灰無害化。
惟上述專利僅提出「採用酸浸液進行酸浸，通過控制液固比，使飛灰中重金屬最大限度地進入浸出液」等概念，並未詳細揭露液固比與酸洗液比例與酸鹼值的關係，因此容易產生大量的廢水及浪費酸液，形成生產成本的浪費與環保上的危害。
本發明的目的在於提供一種飛灰處理方法，係以預先試驗的一重金屬溶出動力試驗曲線與不同液固比黏度變化曲線，來定出預處理的飛灰與水與酸液的比例，並在反應過程中，監測該混合漿液的酸鹼值，並根據該重金屬溶出動力試驗曲線作適當的水與酸液之酸鹼值比例的調整，以獲得較佳的重金屬溶出效果。
為達成上述目的，本發明提供一種飛灰處理方法，包括：一設定 步驟，係根據一初始飛灰的酸鹼值比對一重金屬溶出試驗曲線圖中的初始反應時間的酸鹼值，得出最接近該酸鹼值之曲線所對應的一液固比值，再依據該液固比值經由一不同液固比黏度變化曲線圖，查出與該液固比值對應的一黏度值，以作為該初始飛灰的初始黏度值；一酸洗作業步驟，係將符合一初始比例之該初始飛灰、一水與一酸液加入一酸洗槽並均勻攪拌呈泥漿狀，使該初始飛灰內的重金屬與該水與該酸液反應而洗提(elution)重金屬，該初始飛灰與水的比例調配符合該初始黏度值，該酸洗作業步驟包含一酸鹼值控制單元，用以檢測該酸洗槽內溶液的酸鹼值，並控制該水與該酸液的酸鹼比例以調節該酸洗槽內溶液的酸鹼值，使其與反應時間的對應關係符合該重金屬溶出試驗曲線圖之選定的曲線變化；一第一定量輸出步驟，係將該酸洗作業後之該酸洗槽內的漿液輸入至一第一緩衝槽內，並對該第一緩衝槽進行一可控制輸出量大小的漿液輸出；一第一過濾步驟，以一第一過濾器收集該第一緩衝槽所輸出之該漿液的碳粒與重金屬成分之多個微細顆粒；一乾燥與混碎步驟，用以去除通過該第一過濾器的該漿液之水分，進而形成乾燥固體物，再粉碎該乾燥固體物以形成均勻粒徑大小之粉體；以及一旋轉窯(rotary kiln)裂解步驟，以一旋轉窯裂解該粉體中有機物，並以一料斗收集經裂解後所產生的飛灰渣。
在一些實施例中，該初始比例之初始飛灰、水與酸液的重量比例依序為1：4~7：1~4。
在一些實施例中，該酸洗作業步驟中，加入該酸洗槽的酸液為廢酸，且於該酸鹼值控制單元中，用以控制該水與該酸液的酸鹼比例的方式係利用加入一可控制加入量大小的純酸至該酸洗槽，以調整該酸洗槽的酸液值。
在一些實施例中，該酸洗作業步驟之該酸鹼值控制單元係以設置於該酸洗槽內的一酸鹼值量測計量測該酸洗槽內漿液的酸鹼值。
在一些實施例中，該酸洗作業步驟更包含於該酸洗槽內加入一氧 化劑，該第一定量輸出步驟之一第一緩衝槽內更可加入一混凝劑。
在一些實施例中，該第一過濾步驟之該第一過濾器所收集的該些微細顆粒係多次再加至該第一緩衝槽內，以進行多次循環過濾。
在一些實施例中，該第一過濾步驟係對該第一過濾器中予以加水沖洗。
本發明的次一目的在於提供一種獲得金屬氫氧化物的方法，係利用前述之飛灰處理方法過程中，第一過濾器所過濾的重金屬成分再加以酸鹼中和後過濾、乾燥後獲得之產物。
為達成上述目的，本發明提供一種應用前述之設定步驟、酸洗作業步驟、第一定量輸出步驟與第一過濾步驟，再進行一第二定量輸出步驟，係以一第二緩衝槽收集該第一過濾步驟之該第一過濾器收集之該些微細顆粒；一酸鹼中和步驟，係將該第二緩衝槽定量輸出的該些微細顆粒至一中和槽，並將一水與一石灰均勻混合溶液加入該中和槽內，並在該中和槽內均勻混合；一第三定量輸出步驟，係以一第三緩衝槽收集該中和槽的漿液；一第二過濾步驟，以一第二過濾器收集該第三緩衝槽所輸出之該漿液的碳粒與重金屬成分之多個微細顆粒；以及一乾燥脫水步驟，係將通過該第二過濾器的漿液進行乾燥、脫水，以獲得一金屬氫氧化物。
在一些實施例中，該第一過濾步驟係對該第一過濾器中予以加水沖洗，且該第二過濾步驟係對該第二過濾器中予以加水沖洗。
本發明的再一目的在於提供一種製備工業鹽的方法，係利用前述之獲得金屬氫氧化物過程中，第二過濾器所過濾的漿液再加以真空濃縮為高鹽份鹵水後乾燥所獲得之工業鹽產物。
本發明的特點為：本發明應用真實的經驗數據決定出處理飛灰的酸洗階段中，初期中飛灰與水、酸液的固態比及酸洗反應過程中水與酸液的重 量比例及可在該酸洗反應過程中即時調整酸洗液的酸鹼值，以達成使用最少的水液與酸液，在預定時間內，有效率地完成飛灰漿液中分離有害的重金屬，以得到無害的飛灰渣，並進一步可將分離出的重金屬漿液，再進行酸鹼中和、過濾、乾燥處理，以獲得金屬氫氧化物，及利用上述酸鹼中和、過濾得到的漿液，進行真空濃縮步驟，以形成高鹽分鹵水，並乾燥後完成工業鹽產物。本發明酸洗作業步驟中，對於添加的酸液可以使用經回收再利用的廢酸，而在反應過程中調整酸洗槽中的酸液的酸鹼值時，可加入純酸到酸洗槽中，以改變其酸鹼值，達到降低酸液成本的功效。
11:初始飛灰
12:水
13:酸液
131:廢酸
132:純酸
14:氧化劑
2:酸洗槽
21:漿液
22:酸鹼值量測計
23:酸鹼值控制單元
3:第一緩衝槽
31:漿液
32:混凝劑
4:第一過濾器
41:微細顆粒
42:漿液
43:水
44:粉體
5:旋轉窯
51:料斗
52:飛灰渣
6:第二緩衝槽
61:中和槽
611:石灰水
62:第三緩衝槽
63:第二過濾器
631:水
64:乾燥脫水
641:金屬氫氧化物
7:第四緩衝槽
8:真空濃縮單元
81:高鹽份鹵水
82:乾燥脫水
821:工業鹽
P1:重金屬溶出試驗曲線圖
P2:不同液固比黏度變化曲線圖
步驟S11~S16:飛灰處理方法之步驟
步驟S11~S14及S21~S25:應用飛灰處理技術獲得金屬氫氧化物的方法之步驟
步驟S11~S14、S21~S24及S31~S33:應用飛灰處理技術製備工業鹽的方法之步驟
[圖1]為本發明一實施例應用之重金屬溶出動力試驗曲線圖；
[圖2]為本發明一實施例應用之不同固液比黏度變化圖；
[圖3]為本發明一實施例之飛灰處理方法之方法流程圖；
[圖4]為本發明一實施例之應用飛灰處理技術獲得金屬氫氧化物的方法；
[圖5]為本發明一實施例之應用飛灰處理技術製備工業鹽的方法；及
[圖6]為本發明之圖3至圖5之處理方法的示意圖。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以 實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。
[第一實施例]
請參照圖1、圖2、圖3及圖6所示。本實施例之飛灰處理方法，包括：一設定步驟(步驟S11)、一酸洗作業步驟(步驟S12)、一第一定量輸出步驟(步驟S13)、一第一過濾步驟(步驟S14)、一乾燥與混碎步驟(步驟S15)以及一旋轉窯裂解步驟(步驟S16)；
該設定步驟(步驟S11)，係根據一初始飛灰11的酸鹼值比對一重金屬溶出試驗曲線圖P1(水平軸為時間，垂直軸為酸鹼值)中初始反應時間的酸鹼值，得出最接近該酸鹼值之曲線所對應的一液固比值，再依據該液固比值經由一不同液固比黏度變化曲線圖P2(水平軸為液固比值，垂直軸為黏度)，查出與該液固比值對應的一黏度值，以作為該初始飛灰11的初始黏度值；
該酸洗作業步驟(步驟S12)，係將符合一初始比例之該初始飛灰11、一水12與一酸液13加入一酸洗槽2並均勻攪拌呈泥漿狀(例如使用馬達攪拌器進行)，使該初始飛灰11內的重金屬與該水12與該酸液13反應而洗提(elution)重金屬，該初始飛灰11與水12的比例調配符合該初始黏度值，該酸洗作業步驟(步驟S12)更包含一酸鹼值控制單元23，用以檢測該酸洗槽2內漿液21的酸鹼值，並調節該酸洗槽2內漿液21的酸鹼值比例，使該漿液21的酸鹼值與反應時間的對應關係符合該重金屬溶出試驗曲線圖P1之選定的曲線變化，如此可以在相同的反應時間內，以較節省的水量進行最佳的重金屬溶出；
該第一定量輸出步驟(步驟S13)，係將該酸洗作業後之該酸洗槽2 內的漿液21輸入至一第一緩衝槽3內，並對該第一緩衝槽3進行一可控制輸出量大小的漿液31輸出，當然，為了增加該第一緩衝槽3的沉澱效果，可以在該該第一緩衝槽3添加混凝劑32；
該第一過濾步驟(步驟S14)，係以一第一過濾器4收集該第一緩衝槽3所輸出之該漿液31的碳粒與重金屬成分之多個微細顆粒41；
該乾燥與混碎步驟(步驟S15)，用以去除通過該第一過濾器4的該漿液42之水分，進而形成乾燥固體物，使可較準確地控制其溫度，之後再粉碎該乾燥固體物以形成均勻粒徑大小、不結塊之粉體44；以及
該旋轉窯裂解步驟(步驟S16)，以一均勻加熱的旋轉窯(rotary kiln)裂解該粉體44，並以一料斗51收集經裂解後所產生的飛灰渣52，如此制得一去除有害物的飛灰渣52。
在一實施例中，前述該初始比例之初始飛灰11、水12與酸液13的酸鹼值比例依序為1：4~7：1~4。
在一些實施例中，於該酸洗作業步驟(步驟S12)中，加入該酸洗槽2的酸液13可利用回收的廢酸131，且於該酸鹼值控制單元23中，用以控制該水12與該酸液13的酸鹼比例的方式係利用加入一可控制加入量大小的純酸132至該酸洗槽2，以調整該酸洗槽2的酸液值(例如加入純酸132可降低其酸液值，加入水12可提升其酸液值)。
在一些實施例中，該酸洗作業步驟(步驟S12)之該酸鹼值控制單元23係以設置於該酸洗槽2內的一酸鹼值量測計22量測該酸洗槽2內漿液21的酸鹼值，並將該值回報至該酸鹼值控制單元23。
在一些實施例中，該第一過濾步驟(步驟S14)之該第一過濾器4所收集的該些微細顆粒41(含有重金屬及碳粉)係多次再加回該第一緩衝槽3內，以進行多次循環過濾，以提高重金屬析出率，當然，也可在該第一過濾步驟(步 驟S14)中對該第一過濾器4予以加水43沖洗，以改變漿液42的黏度，提高第一過濾器4的過濾效果。
[第二實施例]
再請參照圖4及圖6所示。在本實施例之應用飛灰處理技術獲得金屬氫氧化物的方法，包括：進行前述之該設定步驟(步驟S11)、該酸洗作業步驟(步驟S12)、該第一定量輸出步驟(步驟S13)、該第一過濾步驟(步驟S14)；
再接續進行一第二定量輸出步驟(步驟S21)，其係以一第二緩衝槽6收集該第一過濾步驟(步驟S14)之該第一過濾器4所收集之該些含有重金屬的微細顆粒41；
續進行一酸鹼中和步驟(步驟S22)，係將該第二緩衝槽6定量輸出的該些微細顆粒41至一中和槽61，並將一水與一石灰均勻混合的石灰水611溶液加入該中和槽61內，並在該中和槽61內均勻混合(例如以馬達攪拌器攪拌之)；
再續行一第三定量輸出步驟(步驟S23)，係以一第三緩衝槽62收集該中和槽61的漿液並定量輸出；
再執行一第二過濾步驟(步驟S24)，以一第二過濾器63收集該第三緩衝槽62所輸出之該漿液(含有碳粒與重金屬成分之多個微細顆粒)；以及
以乾燥脫水步驟(步驟S25)，將通過該第二過濾器63的漿液進行乾燥脫水，以獲得一金屬氫氧化物251之產物。
在由第二實施例之改良的實施例中，該第一過濾步驟(步驟S14)係對該第一過濾器4中予以加水43沖洗，且該第二過濾步驟(步驟S24)係對該第二過濾器63中予以加水631沖洗之。
[第三實施例]
請參照圖5與圖6所示。本實施例之應用飛灰處理技術製備工業鹽 的方法，包含：進行如第二實施例所述之該設定步驟(步驟S11)、該酸洗作業步驟(步驟S12)、該第一定量輸出步驟(步驟S13)、該第一過濾步驟(步驟S14)、該第二定量輸出步驟(步驟S21)、該酸鹼中和步驟(步驟S22)、該第三定量輸出步驟(步驟S23)與該第二過濾步驟(步驟S24)；
再續行一第四定量輸出步驟(步驟S31)，係以一第四緩衝槽7收集該第二過濾步驟(步驟S24)之該第二過濾器63所收集之該些微細顆粒；
續進行一真空濃縮步驟(步驟S32)，係將該第四緩衝槽7定量輸出該漿液至一真空濃縮單元8，將該漿液濃縮成高鹽份鹵水81；以及
進行一乾燥脫水步驟(步驟S33)，係將該高鹽份鹵水81進行乾燥脫水82工藝，以製備該工業鹽821。
上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
步驟S11~S16:飛灰處理方法之步驟

Claims (9)

  1. 一種飛灰處理方法，包括：一設定步驟，係根據一初始飛灰的酸鹼值比對一重金屬溶出試驗曲線圖中初始反應時間的酸鹼值，得出最接近該酸鹼值之曲線所對應的一液固比值，再依據該液固比值經由一不同液固比黏度變化曲線圖，查出與該液固比值對應的一黏度值，以作為該初始飛灰的初始黏度值；一酸洗作業步驟，係將符合一初始比例之該初始飛灰、一水與一酸液加入一酸洗槽並均勻攪拌呈泥漿狀，使該初始飛灰內的重金屬與該水與該酸液反應而洗提重金屬，該初始飛灰與水的比例調配符合該初始黏度值，該酸洗作業步驟包含一酸鹼值控制單元，用以檢測該酸洗槽內漿液的酸鹼值，並調節該酸洗槽內漿液的酸鹼值比例，使該漿液的酸鹼值與反應時間的對應關係符合該重金屬溶出試驗曲線圖之選定的曲線變化，該初始比例之初始飛灰、水與酸液的重量比例依序為1：4~7：1~4；一第一定量輸出步驟，係將該酸洗作業後之該酸洗槽內的漿液輸入至一第一緩衝槽內，並對該第一緩衝槽進行一可控制輸出量大小的漿液輸出；一第一過濾步驟，以一第一過濾器收集該第一緩衝槽所輸出之該漿液的碳粒與重金屬成分之多個微細顆粒；一乾燥與混碎步驟，用以去除通過該第一過濾器的該漿液之水分，進而形成乾燥固體物，再粉碎該乾燥固體物以形成均勻粒徑大小之粉體；以及一旋轉窯裂解步驟，以一旋轉窯裂解該粉體中有機物，並以一料斗收集經裂解後所產生的飛灰渣。
  2. 如請求項1所述之飛灰處理方法，其中該酸洗作業步驟中，加入該酸洗槽的酸液為廢酸，且於該酸鹼值控制單元中，用以控制該水與該酸液 的酸鹼比例的方式係利用加入一可控制加入量大小的純酸至該酸洗槽，以調整該酸洗槽的酸液值。
  3. 如請求項1所述之飛灰處理方法，其中該酸洗作業步驟之該酸鹼值控制單元係以設置於該酸洗槽內的一酸鹼值量測計量測該酸洗槽內漿液的酸鹼值。
  4. 如請求項1所述之飛灰處理方法，其中該酸洗作業步驟更包含於該酸洗槽內加入一氧化劑，該第一定量輸出步驟之一第一緩衝槽內更可加入一混凝劑。
  5. 如請求項1所述之飛灰處理方法，其中該第一過濾步驟之該第一過濾器所收集的該些微細顆粒係多次再加至該第一緩衝槽內，以進行多次循環過濾。
  6. 如請求項1所述之飛灰處理方法，其中該第一過濾步驟係對該第一過濾器中予以加水沖洗。
  7. 一種應用飛灰處理技術獲得金屬氫氧化物的方法，包括：進行如請求項1所述之該設定步驟、該酸洗作業步驟、該第一定量輸出步驟、該第一過濾步驟；一第二定量輸出步驟，係以一第二緩衝槽收集該第一過濾步驟之該第一過濾器收集之該些微細顆粒；一酸鹼中和步驟，係將該第二緩衝槽定量輸出的該些微細顆粒至一中和槽，並將一水與一石灰均勻混合溶液加入該中和槽內，並在該中和槽內均勻混合；一第三定量輸出步驟，係以一第三緩衝槽收集該中和槽的漿液；一第二過濾步驟，以一第二過濾器收集該第三緩衝槽所輸出之含有重金屬成分之多個微細顆粒之該漿液；以及 一乾燥脫水步驟，係將通過該第二過濾器的漿液進行乾燥脫水，以獲得一金屬氫氧化物。
  8. 如請求項7所述之應用飛灰處理技術獲得金屬氫氧化物的方法，其中該第一過濾步驟係對該第一過濾器中予以加水沖洗，且該第二過濾步驟係對該第二過濾器中予以加水沖洗。
  9. 一種應用飛灰處理技術製備工業鹽的方法，包含：進行如請求項7所述之該設定步驟、該酸洗作業步驟、該第一定量輸出步驟、該第一過濾步驟與、第二定量輸出步驟、該酸鹼中和步驟、該第三定量輸出步驟與該第二過濾步驟；一第四定量輸出步驟，係以一第四緩衝槽收集該第二過濾步驟之該第二過濾器收集之該些微細顆粒；一真空濃縮步驟，係將該第四緩衝槽定量輸出該漿液至一真空濃縮單元，將該漿液濃縮成高鹽份鹵水；以及一乾燥脫水步驟，係將該高鹽份鹵水進行乾燥脫水，以製備該工業鹽。
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