TWI817822B - 含鉻污泥的處理方法及鐵氧磁石的添加劑 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種含鉻污泥的處理方法及鐵氧磁石的添加劑。含鉻污泥的處理方法以純水清洗含鉻污泥，以獲得濕式污泥，其中含鉻污泥包含鉻及鋁；烘乾濕式污泥，以獲得乾基污泥；對乾基污泥進行高溫處理，以獲得高溫粉體，其中高溫粉體包含鉻及鋁的氧化物；以及以純水清洗該高溫粉體，以獲得處理後粉體。藉由高溫處理將含鉻污泥中的鉻及鋁轉化成金屬氧化物，且所得之處理後粉體可做為鐵氧磁石的添加劑，以提強鐵氧磁石的矯頑磁力。
Description
本發明是關於一種含鉻污泥的處理方法，特別是關於一種含鉻污泥的處理方法及鐵氧磁石的添加劑。
一般而言，習知含鉻污泥的處理方法主要係將鉻與其他金屬物質分離，再進行純化及利用。然而，習知的處理程序通常需導入大量化學藥劑，操作程序複雜且成本高，更可能產生其他廢水及/或廢棄物。
美國專利US04954168提出利用添加無機酸至含鉻、鋁、鐵及其他成分的污泥中，使pH值達0.1至1.0之間，藉以將鋁及鉻選擇性溶解。接著，調整pH值以沉澱出其他雜質(例如鐵)。然後，再將pH值調整至鹼性，以使鉻形成氫氧化鉻而沉澱，然後將含氫氧化鉻的溶液進行固液分離。然後，此方法需使用大量的無機酸及鹼液來調整pH值，可能造成其他污染問題。再者，鉻及鋁的溶解度差異不大，故不易分離。
中國專利CN102303940提出將含鉻污泥粉碎後，以硫酸進行酸浸處理，酸浸處理後進行固液分離，其中濾液中含有三價鉻(Cr
3+)，且分離後的殘渣以氫氧化鉀及雙氧水溶解。反應後再進行過濾，濾液中含有六價鉻(Cr
6+)，將六價鉻還原成三價鉻後，與前述濾液合併，以進行其他利用。相似地，此方法會用到大量的酸液、鹼液、氧化劑及還原劑，製程較複雜且操作成本高，還可能產生二次污染的問題。
中國專利CN100478462提出在含鉻鋁泥中加入含六價鉻的洗液，使鉻鋁泥解膠後，進行固液分離。濾液為含六價鉻溶液，其係經蒸發濃縮法後返回鉻鹽生產流程；濾餅則為除鉻鋁泥，再以還原劑將殘留的六價鉻還原成三價鉻，並加入絮凝劑使三價鉻沉澱，再回到鉻鹽生產流程。然而，此方法的操作流程較耗能且成本高，還須加入多種化學藥劑，同樣有造成二次污染的疑慮。
有鑑於此，亟須提供一種含鉻污泥的處理方法，以減少化學藥劑的使用，進而減少污染問題。
本發明之一態樣是提供一種含鉻污泥的處理方法，其係藉由高溫處理使含鉻污泥中的鉻及鋁形成氧化物，以進行後續處理。
本發明之另一態樣是提供一種鐵氧磁石的添加劑，其係包含上述態樣的處理後粉體。
根據本發明之一態樣，提供一種含鉻污泥的處理方法。方法包含以純水清洗含鉻污泥，以獲得濕式污泥，其中含鉻污泥包含六價鉻離子及聚合氯化鋁(polyaluminum chloride，PAC)；烘乾濕式污泥，以獲得乾基污泥；對乾基污泥進行高溫處理，以獲得高溫粉體，其中高溫粉體包含鉻及鋁的氧化物；以及以純水清洗該高溫粉體，以獲得處理後粉體。
根據本發明之一實施例，清洗含鉻污泥之步驟包含使含鉻污泥之液體導電度小於200 μS/cm。
根據本發明之一實施例，高溫處理包含結晶化乾基污泥。
根據本發明之一實施例，高溫處理之溫度為500℃至900℃。
根據本發明之一實施例，高溫處理係進行1小時至3小時。
根據本發明之一實施例，高溫粉體包含三氧化二鉻及三氧化二鋁。
根據本發明之一實施例，清洗高溫粉體之步驟包含使高溫粉體之液體導電度小於200 μS/cm。
根據本發明之一實施例，相較於該含鉻污泥，該處理後粉體包含較少的鈉、鎂、氟及/或硫。
根據本發明之一實施例，在清洗高溫粉體之後，上述方法更包含烘乾高溫粉體，以獲得處理後粉體。
根據本發明之另一態樣，提供一種鐵氧磁石的添加劑，其係包含上述的處理後粉體。
應用本發明之含鉻污泥的處理方法，以藉由高溫處理將含鉻污泥中的鉻及鋁轉化成金屬氧化物，不僅不須利用化學藥劑，以達到減少污染的功效，所得之粉體更可做為鐵氧磁石的添加劑，以提強鐵氧磁石的矯頑磁力。
如本發明所使用的「大約(around)」、「約(about)」、「近乎 (approximately)」或「實質上(substantially)」一般係代表在所述之數值或範圍的百分之20以內、或百分之10以內、或百分之5以內。
承上所述，習知含鉻污泥的處理方法通常須使用大量的酸液及各種化學藥劑，故可能產生更多的廢水及廢棄物，而有造成二次污染的問題。因此，本發明提供一種含鉻污泥的處理方法及鐵氧磁石的添加劑，其係藉由高溫處理將含鉻污泥中的鉻及鋁轉化成金屬氧化物。此方法不須利用化學藥劑，可達到減少污染的功效。再者，處理後的粉體可做為鐵氧磁石的添加劑，以增強鐵氧磁石的矯頑磁力(coercive force)。
請參閱圖1，其係繪示根據本發明一些實施例之含鉻污泥的處理方法100的流程圖。首先，進行操作110，以純水清洗含鉻污泥，以獲得濕式污泥。在一些實施例中，含鉻污泥係來自於在鋁素材皮膜處理製程中所產生之含鉻廢水，再經由傳統廢水處理方法所衍生出的含鉻污泥。在一些實施例中，含鉻污泥包含鉻(Cr)及鋁(Al)。在一些實施例中，含鉻污泥包含六價鉻離子及聚合氯化鋁(polyaluminum chloride，PAC)。應理解的是，聚合氯化鋁常用於廢水處理中，故可能存在於廢水處理後產生的污泥中。在一些實施例中，在操作110之後，含鉻污泥中的六價鉻離子(Cr
6+)可轉化成氫氧化鉻(Cr(OH)
3)，且聚合氯化鋁可水解成氫氧化鋁(Al(OH)
3)。
在一些實施例中，操作110包含使含鉻污泥的液體導電度小於200 μS/cm，較佳為小於100 μS/cm，以避免殘留污染物及雜質。在一些實施例中，以純水清洗含鉻污泥後，可進行固液分離，以取得濕式污泥的濾餅。在一些實施例中，含鉻污泥還包含鈉(Na)、鎂(Mg)、氟(F)及硫(S)等雜質元素。前述雜質元素可能在利用純水清洗的過程中，因不溶於水而可在固液分離步驟中被去除。
接著，進行操作120，烘乾濕式污泥，以獲得乾基污泥。在一些實施例中，烘乾濕式污泥係利用約60℃至約100℃的溫度加熱約4小時至約8小時，以去除濕式污泥中的水分及部分揮發性物質。
然後，進行操作130，對乾基污泥進行高溫處理，以獲得高溫粉體。在一些實施例中，高溫處理包含將乾基污泥的粉體結晶化，例如破壞聚合氧化鋁的結構。在一些實施例中，操作130包含將乾基污泥放到高溫爐中，並以約500℃至約900℃的溫度進行高溫處理，較佳為約600℃至約700℃。在一些實施例中，高溫處理係進行約1 小時至約3小時。利用前述的加熱溫度及加熱時間可有效達成結晶化或破壞聚合氯化鋁的結構，且可避免多餘的能量浪費。
在一些實施例中，高溫處理可將鉻及鋁的氫氧化物(如上述操作110中所產生的氫氧化鉻及氫氧化鋁)轉化成氧化物，例如三氧化鉻(CrO
3)、三氧化二鉻(Cr
2O
3)及氧化鋁(Al
2O
3)，以利於後續應用。
接著，進行操作140，以純水清洗高溫粉體，以獲得處理後粉體。在一些實施例中，操作140包含清洗高溫粉體至其液體導電度小於200 μS/cm，較佳為小於100 μS/cm，以避免殘留污染物及雜質，例如被聚合氯化鋁包覆或吸附的水溶性雜質(包含鈉、鎂、氟及硫等雜質元素)。因此，相較於含鉻污泥，處理後粉體包含較少的鈉、鎂、氟及/或硫。在一些實施例中，在純水清洗高溫粉體後，可進行固液分離，以取得濾餅，再將濾餅烘乾，以獲得處理後粉體。在前述實施例中，烘乾步驟可利用約60℃至約100℃的溫度加熱約4小時至約8小時，以去除處理後粉體中的水分及部分揮發性物質。
在一些實施例中，處理後粉體富含氧化鋁及三氧化二鉻。因此，處理後粉體可做為鐵氧磁石的添加劑。在一些實施例中，基於100克的鐵氧磁石，處理後粉體的添加量為約7×10
-4克至約1×10
-2克。添加少量的處理後粉體即可增加鐵氧磁石的矯頑磁力，且不會對鐵氧磁石的其他性質造成負面影響，例如殘留磁束密度(residual magnetic flux density，Br)及最大磁能積值(maximum energy product，(BH)
max)。
以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。
實施例一
將100克的含鉻污泥以純水洗滌至液體的導電度小於200 μS/cm，進行固液分離，以取得濕式污泥的濾餅，並將其烘乾，以獲得乾基污泥。將乾基污泥放置於高溫爐中，以700℃進行高溫處理1小時後，取得高溫粉體。接著，將高溫粉體以純水洗滌至液體的導電度小於200 μS/cm，再進行固液分離及烘乾，以獲得處理後粉體。
分別對高溫處理前後的乾基污泥及處理後粉體進行X光繞射(X-ray diffraction，XRD)分析，如圖2A及圖2B所示。再者，利用X光螢光光譜儀(X-ray fluoresecence，XRF)對處理後粉體進行元素分析，分析結果如表1所示。另外，將處理後粉體添加至鐵氧磁石中，並檢測磁石的各種性質，檢測結果如表2所示。
實施例二
實施例二係利用與實施例一相似的製程，差異之處僅在於高溫處理改成以500℃進行3小時。對高溫處理後的處理後粉體進行X光繞射分析，如圖2C所示。處理後粉體亦利用X光螢光光譜儀進行元素分析，分析結果如表1所示。相似地，將實施例二的處理後粉體添加至鐵氧磁石中，並檢測磁石的各種性質，檢測結果如表2所示。
比較例一及比較例二
比較例一為直接將含鉻污泥進行烘乾後，進行X光螢光光譜儀的元素分析，分析結果如表1所示。比較例二為習知的鐵氧磁石，檢測磁石的各種性質，檢測結果如表2所示。
如圖2A所示，由於進行高溫處理前的乾基污泥含有聚合氯化鋁等不具結晶性的物質，因此XRD結果的雜訊比(S/N ratio)很高，沒有晶體結構的特徵訊號。在經過高溫處理後，如圖2B及圖2C所示，實施例一及實施例二的處理後粉體具有明顯的晶體結構訊號，故可知高溫處理已破壞乾基污泥中的聚合氯化鋁的結構。再者，由圖2B及圖2C可知，處理後粉體中包含氧化鋁、三氧化二鉻及三氧化鉻的晶體。
表1
根據表1，相較於未經過本發明之處理流程的比較例一，實施例一及實施例二可具有較高含量的鉻及鋁成分，且實施例一及實施例二中的鈉、鎂、氟及硫的成分皆顯著地減少。
表2
根據表2，相較於比較例二的習知鐵氧磁石，添加實施例一及實施例二的處理後粉體之鐵氧磁石的本質矯頑磁力(intrinsic coercive force，iHc)有顯著地提升，且其他的性質及磁石特性(例如殘留磁束密度(Br)及最大磁能積值( (BH)
max)並沒有顯著差異。因此，可證明添加實施例一及實施例二的處理後粉體至鐵氧磁石中可有效增加磁石的本質矯頑磁力，且不會對磁石的其他性質有負面的影響。
根據上述實施例，本發明提供之含鉻污泥的處理方法可在不使用化學藥劑的情況下，藉由高溫處理將含鉻污泥中的鉻及鋁轉化成金屬氧化物，且所得之處理後粉體可做為鐵氧磁石的添加劑，以提強鐵氧磁石的矯頑磁力。因此，本發明之含鉻污泥的處理方法可在不造成污染的情況下，將含鉻污泥轉化成具有應用性的物質。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。
100:方法
110,120,130,140:操作
根據以下詳細說明並配合附圖閱讀，使本揭露的態樣獲致較佳的理解。需注意的是，如同業界的標準作法，許多特徵並不是按照比例繪示的。事實上，為了進行清楚討論，許多特徵的尺寸可以經過任意縮放。
[圖1]係繪示根據本發明一些實施例之含鉻污泥的處理方法的流程圖。
[圖2A]係根據本發明一些實施例之高溫處理前之乾基污泥的X光繞射分析圖。
[圖2B]及[圖2C]係根據本發明一些實施例之高溫處理後之處理後粉體的X光繞射分析圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:方法
110,120,130,140:操作
Claims (10)
- 一種含鉻污泥的處理方法，包含： 以純水清洗該含鉻污泥，以獲得一濕式污泥，其中該含鉻污泥包含六價鉻離子及聚合氯化鋁(polyaluminum chloride，PAC)； 烘乾該濕式污泥，以獲得一乾基污泥； 對該乾基污泥進行一高溫處理，以獲得一高溫粉體，其中該高溫粉體包含鉻及鋁的氧化物； 以純水清洗該高溫粉體，以獲得一處理後粉體。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該清洗該含鉻污泥之步驟包含： 使該含鉻污泥之一液體導電度小於200 μS/cm。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該高溫處理包含結晶化該乾基污泥。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該高溫處理之一溫度為500℃至900℃。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該高溫處理係進行1小時至3小時。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該高溫粉體包含三氧化二鉻及氧化鋁。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中該清洗該高溫粉體之步驟包含： 使該高溫粉體之一液體導電度小於200 μS/cm。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中相較於該含鉻污泥，該處理後粉體包含較少的鈉、鎂、氟及/或硫。
- 如請求項1所述之含鉻污泥的處理方法，其中在該清洗該高溫粉體之後，更包含： 烘乾該高溫粉體，以獲得該處理後粉體。
- 一種鐵氧磁石的添加劑，包含請求項1至8所述之任一者所述之含鉻污泥的處理方法所製得之該處理後粉體。
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