再結晶與磁選程序對垃圾熔渣之影響研究

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鄭世智(Shih-chih Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所

論文名稱

再結晶與磁選程序對垃圾熔渣之影響研究
(Influence of Re-Crystallization and Magnetic Separation Procedure on Refuse Slag)

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摘要(中)

摘要
隨著垃圾灰渣的產量日趨增加，灰渣的妥善處理與處置將取代過去的垃圾掩埋，成為國內迫切的環保問題。本研究針對都會垃圾焚化廠產出的底灰與飛灰進行實驗式規模且自行研發的電漿熔融爐高溫處理灰渣，透過灰渣性質分析、灰渣調質、空冷，再結晶與磁選等程序，探討操作條件對於灰渣熔融後的垃圾熔渣性質影響，並經由相關文獻分析、實驗成果，以及統計方法進行綜合評析，探討灰渣熔融的前處理程序、再結晶操作條件與資源化策略。
研究結果顯示，焚化灰渣經熔融後，熔渣重金屬溶出率皆遠低於法規值，可進行再利用與資源化。熔渣經再結晶程序，所產生的主要晶相為鈣鋁黃長石(Gehlenite)與鈣鎂黃長石(Akermanite)，而晶相的產生使機械強度大幅提升。材料性質方面，空冷、再結晶與磁選熔渣吸水率皆低於1.0%，符合天然粒料的規範值。但因比重與硬度值規範不同，使各類熔渣的應用性有所差異。空冷熔渣適合做為細粒料或次級舖面材料；再結晶熔渣的性質介於天然粗粒料與再生粗粒料之間，應用價值明顯高於空冷熔渣；磁選熔渣經鹼矽骨材反應試驗後，磁選熔渣介於無害骨材與潛在有害區域之間，因此若磁選熔渣做為粒料方面應用可能較不適合，但因磁選熔渣屬玻璃質熔渣，且無結晶相的產生，因此可做為玻璃材料應用。

摘要(英)

Abstract
Along with the gradual increasing yield of the refuse residues, the appropriate management and treatment of the residues has become an urgent environmental protection problem in this country. The present study aims at the high temperature treatment of the bottom ash and fly ash, with a self-developed laboratory-scale plasma furnace, and then verifying the various influences on the properties of refuse slag through different procedures, such as the analysis of residues properties, residues composition adjusting, air-cooling and recrystalization and magnetic separation etc., and finally performing a comprehensive evaluation of such influences by the exploration of literatures as well as experimental results, so as to establish the pre-processing procedure for the refuse melt, the operational conditions of recrystalization and recovery strategy. In light of the study results, it is revealed that the dissolution ratio of heavy metals contained in the incinerator residues, after the implementation of the melting process, is much lower than the regulatory standard. The hardness of recrystalization slag is dramatically higher than that of magnetic separation slag and air cooling slag, therefore it is suitably used as pavements; and the magnetic separation slag belongs to the glassy slag, which is suitably used as the raw material of glass. Both the air cooling slag and magnetic separation slag don’t have a clear crystalline structure, whereat the recrystalization slag mainly consists of Gehlenite (Ca2Al2SiO7) and Akermanite (CaMg(SiO7), however, the strength of Wollastonite (CaSiO3) is dramatically much lower than others, in addition to its crystalline strength will be decreasing further along with the longer time of heat treatment. The optimum temperature maintaining time for the air cooling slag is one hour, and at this moment the crystalline structure of slag will have the maximum strength. While comparing the values, it is found that the value acquired from the alkali silica reaction of recrystalization slag, magnetic separation slag and air cooling slag is at least 1.0 larger than the Sc/Rc ratio of the slag, wherein the ratio of magnetic separation slag lays at the border between the non-hazardous area and potential hazardous area, however the values of both air cooling slag and recrystalization
slag are then lay in the non-hazardous area.

論文目次

目錄
第一章前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的與內容 2
第二章文獻回顧 3
2-1 焚化灰渣之來源與特性 3
2-2 底灰之物化特性與微觀結構 6
2-2-1 底灰之物理特性 6
2-2-2 底灰之化學特性 8
2-3 飛灰之物化特性與微結構 10
2-3-1 飛灰之物化特性 10
2-3-2 飛灰之化學元素分佈特性 11
2-4 熔融處理技術探討 14
2-4-1 熔融原理 16
2-4-2 灰渣熔融處理之效應與操作因子 17
2-4-3 熔渣種類與特性 20
2-4-4 玻璃質熔渣與再結晶作用 21
2-4-5 熔渣資源化與再利用 26
2-4-6 骨材鹼矽反應 28
2-5 熔融技術與熔渣性能研究探討 30
第三章實驗材料與方法 45
3-1 實驗流程 45
3-2 實驗設計 47
3-2-1 空冷程序對熔渣性質影響實驗 47
3-2-2 熱差分析(DTA) 50
3-2-3 再結晶程序對熔渣性質影響實驗 51
3-2-4 灰渣金屬磁選程序對垃圾熔渣性質之影響試驗 53
3-3 實驗設備、材料與方法 55
3-3-1 實驗設備 55
3-3-2 實驗材料 57
3-3-2-1 都市垃圾焚化底灰與反應灰 57
3-3-3 實驗與分析設備 58
3-4 實驗分析 59
3-4-1 前處理 59
3-4-2 實驗分析 59
3-5 實驗分析 58
第四章結果與討論 72
4-1 垃圾焚化飛灰與底灰基本性質 72
4-1-1 物理性質 72
4-1-2 化學特性 77
4-1-3 小結 82
4-2 空冷程序對垃圾熔渣性質之影響 83
4-2-1 物理性質 83
4-2-2 化學特性 86
4-2-3 物種型態與微觀結構 88
4-2-4 化學抗蝕性 91
4-2-5 鹼矽骨材反應 93
4-2-6 熱差分析(DTA) 94
4-2-7 小結 96
4-3 再結晶程序對垃圾熔渣性質之影響 98
4-3-1 物理性質 98
4-3-2 化學特性 105
4-3-3 物種型態與微觀結構 108
4-3-4 化學抗蝕性 117
4-3-5 鹼矽骨材反應 121
4-3-6 小結 122
4-4 灰渣磁選程序對垃圾熔渣性質之影響 124
4-4-1 物理性質 124
4-4-2 化學特性 126
4-4-3 物種型態與微觀結構 131
4-4-4 化學抗蝕性 134
4-4-5 鹼矽骨材反應 135
4-4-6 小結 136
4-5 空冷熔渣、再結晶熔渣與磁選熔渣之綜合評析 138
4-5-1 空冷熔渣、再結晶熔渣與磁選熔渣之基本性質探討 138
4-5-2 空冷熔渣、再結晶熔渣與磁選熔渣之XRD晶相物種評析 140
4-5-3 空冷熔渣、再結晶熔渣與磁選熔渣之化學抗蝕性評析 142
4-5-4 空冷熔渣、再結晶熔渣與磁選熔渣之鹼矽骨材反應 143
第五章結論與建議 145
5-1 結論 145
5-2 建議 150
參考文獻 151

參考文獻

參考文獻
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指導教授

王鯤生(Kuen-sheng Wang)

審核日期

2006-7-21

推文