TWI760226B - 金屬氧化渣的處理方法 - Google Patents
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Abstract
一種金屬氧化渣的處理方法，是將冶煉過程中產生的一銅渣或鋁渣、與一助磨劑混合進行一研磨步驟，以達到研磨粒徑均質的效果；該助磨劑選自多元醇、硬酯酸鹽、醇胺類及偶聯劑所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合。在研磨過程中，助磨劑將包覆金屬氧化渣中的活性成分使其安定化，且有利資源化的應用。
Description
本發明係關於一種金屬氧化渣的處理方法，透過加入特定助磨劑，以包覆金屬氧化渣中的活性成分使其安定化，且有利資源化的應用。
鋁為高活性金屬，在提煉鋁的冶煉過程中會伴隨著氧化反應的發生，再加上原料中含有機物等雜質進而導致鋁渣的產生。鋁渣中的主要成分由氧化鋁、金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁、氧化矽及部分鹽類所組成，在鋁的一次冶煉生成的鋁渣稱作一次鋁渣灰，其含有40%~50%具回收價值的金屬鋁，所以會再次進行回收程序，經分離過後呈現粉末狀的鋁渣則稱為二次鋁渣灰，後續可繼續以球磨的方式，依據二次鋁渣灰中各成分物性的不同，在球磨後以篩網分離的方法將金屬鋁從二次鋁渣灰中分離出來，而殘留的混合物則稱為鋁灰。
目前國內處理鋁渣、鋁灰的方式大多以掩埋為主，然而，鋁渣灰中含有氮化鋁，極容易與環境中的水或是潮濕空氣進行化學反應，釋放出氨氣、氮、甲烷等氣體，直接掩埋容易造成環境的污染。因此在進行後續處理之前，會對鋁渣灰進行安定化或穩定化，所謂的安定化是使鋁渣灰的活性成分仍保有活性，而穩定化則是將鋁渣灰的活性成分失活。
類似地，在提煉銅的冶煉過程中，同樣也會產生一次銅渣灰或二次銅渣灰，銅渣的化學主要成分是氧化矽 30-40%、氧化鈣 5-10%、氧化鎂 1-5%、二氧化鋁 2-4%，此外還有大量的鐵27-35%和少量鋅2-3%；主要礦石為鐵橄欖石（為含90%的FeSiO
4），故在銅渣中也有可以被回收利用的活性成分。
本發明提供一種金屬氧化渣的處理方法，是將冶煉過程中產生的一金屬氧化渣(例如銅渣或鋁渣)與一助磨劑混合進行一研磨步驟，該助磨劑選自多元醇、硬酯酸鹽、醇胺類及偶聯劑所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合。
上述的研磨步驟可以是在乾磨或濕磨的條件下進行的，該助磨劑的各成分加熱混合，並霧化噴灑至該金屬氧化渣的表面，接著進行該研磨步驟。在研磨步驟的過程中，由於上述的助磨劑會包覆鋁渣的表面，助磨劑可以作為鋁渣的分散劑或物理表面改性劑，除了能控制鋁渣的粒徑，減少鋁灰粉末顆粒的結塊或再團聚，也能後在使研磨後的金屬氧化渣粉體的表面形成保護層，而達到表面改性且抗水解的方法。因此，對處理過的鋁渣而言，鋁渣中的氮化鋁被包覆，不會與水(H
2O)反應，故能減少鋁渣鋁灰生成氨氣的機會，減少氨氣之釋出。
其中，該研磨步驟是透過球磨或輪輾來進行，助磨劑可以選擇性的在球磨或輪輾的過程之前與鋁渣混合，接著進行研磨步驟。在濕式研磨的條件下，該助磨劑是以該金屬氧化渣的總重為基礎而添加50wt%以上的份量。在乾式研磨的條件下，該助磨劑是以該金屬氧化渣的總重為基礎而添加3 wt%至5 wt% 的份量。
在乾式研磨之後，還可以包含對上述的已研磨的金屬氧化渣進行一風選步驟與一分篩步驟。該分篩步驟至少使用10目以及400目的篩網。
此外，在該風選步驟與該分篩步驟之前，更包含一化學表面改性步驟，是將包含偶聯劑的一表面改性劑噴灑至該研磨步驟後的該金屬氧化渣的表面，且該表面改性劑為偶聯劑與多元醇的混合。
請參閱圖1的處理方法流程圖以理解本發明中各實施態樣。
於一實施態樣中，提供一種金屬氧化渣的安定化處理方法，包含將冶煉過程中產生的一金屬氧化渣進行破碎步驟S1、磁選步驟S2，接著與一助磨劑混合(即步驟S25)進行一研磨步驟S3。
前述的金屬氧化渣，是指在冶煉過程產生的鋁渣或銅渣，在破碎步驟S1，將金屬氧化渣破碎至小於20mm的尺寸，在磁選步驟S2，將金屬氧化渣中的含鐵組成物除去。
在進行研磨步驟S3之前，將該助磨劑加熱霧化之後，噴灑至該金屬氧化渣的表面，接著進行該研磨步驟S3，研磨步驟S3是透過球磨機或/及輪輾機來進行，使該助磨劑包覆該金屬氧化渣的表面，並使研磨後的金屬氧化渣粒徑小於3mm的尺寸。該助磨劑選自多元醇、硬酯酸鹽、醇胺類及偶聯劑所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合。
多元醇是指擁有多個羥基的醇類，或者，為平均分子量介於200 至10000之間的且含有多個羥基的聚合物。於本實施態樣中，多元醇可以選自聚乙二醇(PEG)、聚烯烴基二醇(PAG)和二甘醇(DEG)的至少一種或多種。
助磨劑中也可以是帶有多個羥基的胺類化合物(或被稱之為醇胺類)，上述醇胺類可以是例如，二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、三異丙醇胺(TIPA)、二乙醇單異丙醇胺(DEIPA)。
上述的助磨劑含有羥基，在研磨步驟S3的過程中同時作為包覆金屬氧化渣的物理表面改性劑，除了能控制金屬氧化渣的粒徑，減少金屬氧化渣粉末顆粒的團聚或再團聚，還能在研磨步驟S3時有較好的分散性，也能在金屬氧化渣鋁灰粉末的表面形成保護層，而達到表面改性目的。
對鋁渣而言，鋁渣中所含的氮化鋁(AlN)不會在與水反應，故能減少生成氨氣的機會，助磨劑的羥基也能減少氨氣之釋出。這樣的故處理過的鋁渣，其活性成分(例如氮化鋁)的活性仍然被保留，因此可以被再次的資源化利用。
在助磨劑中的硬酯酸鹽則作為潤滑劑。
於其中一實施態樣中，助磨劑的配方是以多元醇為主，此種助磨劑配方在研磨過程中作為金屬氧化渣的分散劑，可以降低粉磨能耗、提高磨粉效率，例如，助磨劑配方為90wt% 的 PEG 400 以及10wt% 的硬脂酸鈉。
助磨劑可以選擇性的在球磨或輪輾的過程之前，透過高溫使助磨劑各成分均勻混和，並霧化噴灑至金屬氧化渣的表面。在濕式研磨的條件下，該助磨劑是以該金屬氧化渣的總重為基礎(100wt%)，額外添加50wt%以上的份量，亦即，於5kg 的金屬氧化渣中添加2.5kg以上的份量，進一步地，是額外添加65wt%至90wt%的份量。在乾式研磨的條件下，是額外添加3 wt%至5 wt% 的份量。然而，該助磨劑也可以在破碎步驟S1之前加入金屬氧化渣中。
金屬氧化渣可以先進入球磨機中進行研磨成預定尺寸，接著，透過篩網選擇性，使達到預定尺寸的金屬氧化渣再次進入輪輾機中進行細磨。
以鋁渣為例，鋁渣中的主要成分由氧化鋁、金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁、氧化矽及部分鹽類所組成，在研磨之過程中，鋁灰中的成分依照延展性的不同，使延展性佳的金屬鋁在球磨過程中團聚，而其他延展性較低的氧化物則受球磨罐內的金屬球撞擊而越磨越細，故在乾式研磨之後，可以透過粒徑上的差異來篩分分離出各組成分並加以利用。
因此，鋁渣中的金屬鋁會因敲打而形成片狀金屬鋁。在乾式研磨的條件下，加入助磨劑能在研磨後能擁有比較大的粒徑，且研磨後的尺寸達到均質。故在乾式研磨之後，還可以包含對上述的已研磨的金屬氧化渣進行一風選步驟S5與一分篩步驟S4。
分篩步驟S4是將研磨後的金屬氧化渣依據粒徑進行篩選。以鋁渣為例，可以利用在10目的篩網分篩出粒徑為3mm以上的金屬鋁；利用400目的篩網分篩出粒徑為20μm以下的碳化鋁與金屬矽，作為陶瓷原料；10目至400目為金屬矽與氧化物混合物(介於3mm與20μm)則做為陶瓷原料。
風選步驟S5是粒徑小且重量輕的金屬氧化物(氧化鋁)受風力(負壓)牽引而達成集料目的，同時將粒徑較小的(例如20μm以下的氧化鋁)與其他的產物分離，並作為塗料填充原料。
於本實施態樣中，可以依需求在該風選步驟S5與該分篩步驟S4之前，更包含一化學表面改性步驟(即步驟S45)，是將包含偶聯劑的一表面改性劑噴灑至該研磨步驟S3後的該金屬氧化渣的表面。
偶聯劑是一種同時具有能與無機粒子表面進行反應的極性基團，和與有機物有反應性或相容性的有機官能團的化合物。偶聯劑的一端能與粉體(即磨碎後的金屬氧化渣)表面結合，對金屬氧化渣進行表面改性，另一端可與分散介質有強的相互作用，因此可以提高粉體與其他聚合物材料的親和性，讓粉體在聚合物材料中的分散。故加入偶聯劑之後的金屬氧化渣組成物能與塗料、樹酯之類的聚合物材料均勻混合，改善金屬氧化渣組成物作為填充材料的分散度，並提高加工性能，增加回收金屬氧化渣鋁灰的資源化的應用範圍。於本實施態樣中，偶聯劑可以選自矽烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑。
於另一實施態樣中，該表面改性劑為偶聯劑與多元醇的混合，例如，表面改性劑的配方為60wt%的PEG 400以及40wt% 的單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑，透過高溫使表面改性劑各成分均勻混和，並霧化噴灑至金屬氧化渣的表面，接著進行該風選步驟S5與該分篩步驟S4。
S1,S2,S25,S3,S4,S45,S5:步驟
圖1是金屬氧化渣的處理方法流程圖。
S1,S2,S25,S3,S4,S45,S5:步驟
Claims (9)
- 一種金屬氧化渣的處理方法，包含將冶煉過程中產生的一金屬氧化渣與一助磨劑混合進行一研磨步驟，該助磨劑選自多元醇、硬酯酸鹽、醇胺類及偶聯劑所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合；其中，該助磨劑於加熱霧化之後，噴灑至該金屬氧化渣的表面，接著進行該研磨步驟。
- 如請求項1所述之處理方法，其中，該研磨步驟是透過球磨或輪輾來進行。
- 如請求項1所述之處理方法，其中，該助磨劑是以該金屬氧化渣的總重為基礎而添加3wt%至5wt%的份量。
- 如請求項3所述之處理方法，其中，在該研磨步驟後，更包含一風選步驟與一分篩步驟。
- 如請求項4所述之處理方法，其中，該分篩步驟至少是用10目以及400目的篩網。
- 如請求項4所述之處理方法，其中，在該研磨步驟後，在該風選步驟與該分篩步驟之前，更包含一化學表面改性步驟，是將包含偶聯劑的一表面改性劑噴灑至該研磨步驟後的該金屬氧化渣的表面。
- 如請求項6所述之處理方法，其中，該表面改性劑為偶聯劑與多元醇的混合。
- 如請求項1所述之處理方法，其中，該助磨劑是以該金屬氧化渣的總重為基礎而添加50wt%以上的份量。
- 如請求項1所述之處理方法，其中，該金屬氧化渣為銅渣或鋁渣。
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