Fullpaper--焚化灰渣水淬熔渣制成轻质无机聚合材料-台北科技大学.PDFVIP

第十一屆海峽兩岸環境保護學術研討會 焚化灰渣水淬熔渣製成輕質無機聚合材料之研究 1 1 2 1 3 鄭大偉 ，柯明賢 ，邱文通 ，翁祖炘 ，張琪芬 1. 台北科技大學資源工程研究所，台北市 2. 原能會核能研究所，桃園縣 3. 中央大學能源工程研究所，桃園縣 摘要 焚化灰渣為有害廢棄物，其處理的方法常為各界所關注。近年來，焚化灰渣以高溫熔 融處理的方式逐漸受到重視。因為此方法能夠達到減容、減量的效果，亦能防止灰渣中有害 重金屬的再度溶出。但是高溫熔融處理的成本高，若能將熔融後之熔渣再生利用，則為高溫 熔融處理焚化灰渣成功的關鍵。本研究是利用焚化灰渣經電漿熔融並水淬後之水淬熔渣做為 原料，在高鹼性之條件下進行無機聚合化作用。在製程中，以過氧化物當作發泡劑，並經脫 水後形成多孔輕質之無機聚合材料。研究結果顯示，此無機聚合材料的製程簡單，有良好的 物理及機械性質，且具有隔熱、防火及完全不發煙之性質，可為焚化灰渣的再利用處理的方 法另闢一新途徑，達到資源化之目的。 焚化灰渣、高溫熔融、輕質無機聚合材料、熱傳導係數 關鍵字 ： 1. 前言 近年來，隨著台灣地區工商業的快速繁榮，衍生出許多垃圾處理的問題。由 於台灣地狹人綢，現有的垃圾掩埋場已不敷使用。因此，可以減少容量的垃圾焚 化處理方法逐漸取代傳統的掩埋法。然而焚化法並非全無缺點，台灣地區估計每 年將產生約一百五十萬噸的飛灰及底灰。此等焚化灰渣含有戴奧辛及大量的重金 屬等有害物質[1，2]，若未加以妥善處理，將會造成嚴重的二次污染。一般對於 焚化灰渣的處理均採用固化法，特別是水泥固化法。但是水泥固化法處理後的試 體有體積大及在最終處置場中若受弱酸淋洗，將可能破壞固化試體使重金屬有再 度溶出的疑慮。為避免以上水泥固化法的缺點，採用熔融處理技術，將焚化灰渣 予以高溫熔融處理。熔融處理後之熔渣可有效的包封重金屬於矽酸鹽的網狀結構 中，減少重金屬溶出的可能。同時使之減容、無害化，成為永久安定化玻璃體之 熔渣。 無機聚合物（Geopolymer）為一具有與沸石(Zeolite)類似之架狀結構，由鋁矽 酸鹽礦物、鹼性溶液和矽酸鈉溶液混合製成，在高鹼之條件下，將礦物粉末中矽、 鋁元素溶出鍵結形成矽氧及鋁氧四面體後，再相互鍵結而成的封閉架狀結構，經 脫水硬化後即可形成無機聚合物。而由於水淬熔渣中富含 Si、Al 成分與鋁矽酸 1 第十一屆海峽兩岸環境保護學術研討會 鹽玻璃(CaO-SiO2-Al2O3)之主成分類似，故可做為替代其他鋁矽酸鹽礦物作為製作 無機聚合物之原料，再加上水淬熔渣具無害化特性，故可利用成為良好的環境再 生材料。本研究將焚化灰渣熔融後之水淬熔渣再進一步的資源化，製成輕質的無 機聚合材料。 2. 實驗方法與步驟 本研究所使用之水淬熔渣為核能研究所提供，將焚化灰渣進行電漿熔融之處 理，依底灰：飛灰= 2：1 之配比混合後，再利用核能研究所之電漿爐(250 kg/hr)， 進行熔融。熔融後之熔漿並進行水淬，以獲得水淬熔渣。此水淬熔渣的主要化學 成分如表 1 所示，且經 TCLP 實驗結果(如表 2 所示)均符合環保署所規定的限制 值。無機聚合材料的製作即將此水淬爐渣細碎後過 200 Mesh 篩網，取篩下細料 備用。將配置好的鹼性溶液及矽酸鈉溶液與水淬熔渣粉末作均勻混合，並添加適 量的高錳酸鉀溶液攪拌 15 分鐘後，加入適量雙氧水再攪拌 10 秒鐘後，注入模具 中使其成形，接著將樣品分別置入 25℃及 60℃烘箱內使水份去除，硬化後形成 輕質無機聚合物。最後進行各項性質測試及分析。防火絕熱試驗為根據 Davidovits [3]之試驗方法，製成厚度 10±0.5 mm 之無機聚合物薄板，以