焚化灰渣熔融制成透水性微晶材料之研究.doc

焚化灰渣熔融製成透水性微晶材料之研究 Production of Water Permeable Microcrystalline Materials UsingGranulated Incinerator Fly Ash Slag 鄭大偉*T. W. Cheng* 杜志謙C. C. Tu  國立台北科技大學材料及資源工程研究所 摘要 台灣地區預計在民國九十四年前興建完成二十一座垃圾焚化廠，屆時每年將產生約 150萬噸之焚化灰渣。這些焚化灰渣中含有過量之戴奧辛及重金屬，若未加以妥善處理則會造成嚴重的二次污染。本研究採用電漿高溫熔融技術，將有害之焚化灰渣（反應灰與集塵灰）進行玻璃化處理，並將水淬之玻璃質熔渣進行一階段熱處理以形成微晶材料。研究結果顯示，在1150℃熱處理所得的微晶材料有較佳之物理及機械性質。微晶材料經XRD分析後發現其主要礦物相為透輝石（Diopside）及鈣鋁黃長石（Gehlenite）。此微晶材料具透水性，未來可發展為透水磚以達到環保及廢棄物資源化之目的。 關鍵詞：焚化灰渣，電漿熔融，微晶材料 投稿受理時間：93年3月16日 審查通過時間：93年7月9日 ABSTRACT There are 21 municipal waste incinerators under construction in Taiwan that are expected to be completed at the end of 2003. It is estimated that these incinerators will produce over two million tons of incinerated ashes every year. However, these incinerated ash contains large amount of hazardous materials such as Dioxins and heavy metals. If these hazardous materials cannot be carefully treated, it will cause detrimental secondary contamination. This research work adopted a plasma melting technology to treat incinerated ashes and produced microcrystalline materials. It was found that the main mineral phases were diopside and gehlenite. Microcrystalline materials produced at 1150℃ have the best physical and mechanical properties. These microcrystalline materials with good quality have great potential to serve as water permeable brick for construction applications. Keywords: Incinerator ashes, Plasma melting, Microcrystalline materials 壹、前言 根據環保署統計，民國九十一年之垃圾處理量接近七百萬噸[1]，因環保意識抬頭與衛生掩埋場之用地取得困難，故有四百三十萬噸之垃圾是以焚化方式處理。台灣地區在民國94年之前將興建完成21座大型都市焚化爐，屆時每年將有150-200萬噸之焚化灰渣。此等灰渣中因含有許多重金屬與毒性有機物[2]，若未加以妥善處理，則勢必造成環境的嚴重危害。若以水泥固化法處理焚化灰渣，則重金屬仍會有再溶出之疑慮。 近年來，世界各國相繼研發熔融處理技術。而國內則有行政院原子能委員會核能研究所將電漿熔融技術應用於廢棄物之處理[3]。焚化灰渣高溫熔融處理是利用高溫加熱至灰渣熔點，因而使得重金屬固結至熔渣的矽酸鹽網狀架構中；而毒性有機物則被高溫所分解，並且達到安定化、減量化、減容化之目的。本研究為將熔融之惰性玻璃質熔渣(其主要成份為SiO2、CaO及Al2O3)經適當熱處理後，嘗試獲得性質優良之「微晶材料」或稱為「結晶化玻璃」。 貳、實驗方法及步驟 本研究之樣品來自台灣北部某大型焚化廠之反應灰及集塵灰。由SiO2-Al2O3-CaO系統之熔流點溫度分佈圖顯示[4]，當CaO/SiO2 = 1且CaO+SiO2＝85wt%及CaO/