氧化铝与冷却方式于热熔融过程扮演角色之研究-NationalKaohsiung.PDF

工程科技與教育學刊 第六卷 第一期 民國九十八年三月 第 92 ～104 頁 氧化鋁與冷卻方式於熱熔融過程扮演角色之研究 郭益銘 1 、楊朝欽1 、王建文1 、蔡政賢2 、羅逸文3 1.中華醫事科技大學 環境與安全衛生工程系 2. 國立高雄應用科技大學 化學工程與材料工程系 3. 中華醫事科技大學 資訊管理系 E-mail: kuoyiming@ 摘 要 熱熔融法係為目前常用之有害廢棄物處理技術，而在熱熔融程序中，玻璃化效果通常以鹽基度 （CaO/SiO 比值）作探討，但熔渣中之玻璃基底主要成分為 CaO/SiO /Al O ，而Al O 之影響鮮少被提及。 2 2 2 3 2 3 因此，本研究以純物質模擬有害物質，並將之熱熔融，以 Al2O3 與冷卻方式作為變因，以半定量 X 光繞射 分析測定結晶相與玻璃相及掃描式電子顯微鏡觀察熔渣外觀，發現以空氣緩冷卻時，Al2O3 比例增加會使熔 渣結構由鏈狀矽酸鹽漸漸連結，在 Al O 比例介於 15-20%期間，熔渣變成玻璃狀結構，在 Al O 提升至 25% 2 3 2 3 以上時，由於 Al 原子將取代 Si 進入玻璃狀結構，排列整齊後將形成架狀結晶。而水冷熔渣在無 Al2O3 存在 時，係呈現鏈狀矽酸鹽結晶，但在 3%之 Al O 將導致原子排列失序，形成玻璃狀結構，隨 Al O 增加亦無 2 3 2 3 法成為結晶結構之熔渣。而無論在空冷或水冷熔渣，Al2O3 含量達到 25% ，重金屬之移動性均大為增高，由 於 Al-O 鍵結強度較 Si-O 為弱，因此，Al 之取代行為，將可能導致熔渣包匣能力下降。 關鍵字：熱熔融、熔渣、鹽基度、Ｘ光繞射分析儀、掃描式電子顯微鏡 1. 前 言 以熱熔融法來處理有害廢棄物是目前常用的方法之一，係將處理廢棄物加熱至熔流點以上之高溫，破 壞並分解有機物，添加玻璃添加劑形成玻璃化之熔渣，包封有害金屬，可略分為固化、穩定化與分離等 3 個階段 [1][6][7] ，此外，熔融過程將揮發低沸點有害金屬並大幅降低孔隙率，使熔渣體積更為減小，而玻璃 化則以 SiO2 為包覆重金屬之晶格主要成分，可維持化學的穩定性，減少重金屬的溶出 [8] ，熔渣中之玻璃基 底主要成分為 CaO/SiO /Al O 三成分，文獻多注重 CaO 與 SiO 含量對於玻璃化效果之討論，而 Al O 之影 2 2 3 2 2 3 響則鮮少被提及。 此外，冷卻方式對於熔渣之性質影響甚大，以水驟冷（quenching ）方式會產生玻璃化物質，形成 Si-O 之網狀結構以包匣重金屬，並形成安定之玻璃質熔渣，減低重金屬溶出之可能性；於空氣中緩降溫度則易 產生結晶物質 [5][9] ，而在實驗中顯示空冷緩降溫方式較易長成大晶粒之結晶結[2] ，形成之結晶結構較驟冷 所形成之非結晶（amorphous ）結構中較易溶出[3][4] 。 因此，本研究以純物質模擬有害物質進行熱熔融反應，以 Al2O3 與冷卻方式作為變因，並進行序列萃取 法（sequential extraction ）分析，測定金屬之移動分佈比例，並以半定量 X 光繞射（x-ray diffra