| 姓名 |
楊學明(Hsung-Ming Yang)
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畢業系所 |
環境工程研究所 |
| 論文名稱 |
高濃度氫氟酸廢液回收製備氟化鈣之研究-以結晶矽太陽能電池廠為例
(The Study of synthesis Calcium Fluoride Using The High-concentration Hydrofluoric Wastewater - A Case Study of Crystalline Silicon Solar Cells Factory)
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| 摘要(中) |
本研究主要目的為探討結晶矽太陽能電池廠所產生的高濃度氫氟酸廢液，以氟化鈣製程進行研究，探討添加不同鈣鹽、pH值、加藥劑量等操作因子，對污泥中成份的影響，以提高污泥回收之效益。
研究結果顯示，原廢液pH值<0.1、氟離子值(F-)為16%，且含有硝酸、鹽酸、硫酸，屬於高濃度混酸廢液。以氟化鈣製程處理結果顯示，以添加CaCl2研究在Ca/F比=1劑量時，pH=8時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最高(92.57%)；其次為氫氧化鈣劑量在Ca/F比0.8時，pH=9時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最佳(87.67%)；碳酸鈣則以Ca/F比0.8時，pH=8時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最佳(79.70%)。而廢水中氟離子去除效率都有99.9%以上。
另加藥程序控制上氫氧化鈣及碳酸鈣皆只要簡單以pH值當加藥控制點，即可達到反應效果，但以氫氧化鈣pH=9效果最好，污泥中有效氟化鈣濃度高達87.67%；且操作成本低廉每噸廢液處理費用約1,950元，反應過程中也僅有放熱反應，溫度僅需控制在80℃以下即無危險產生。而碳酸鈣因溶解性極差，造成過多無效浪費，且最高污泥中有效氟化鈣僅達到79.70%，操作時亦會產生大量二氧化碳，有工安之虞。添加氯化鈣雖能使污泥中產生92.57%最高有效氟化鈣濃度，但仍只是冶金級規格，且另需添加液鹼造成成本最高，達到每噸廢液處理約11,800元，較無經濟上效益。且需特別計算Ca/F比避免浪費成本及降低污泥中有效氟化鈣濃度。
另因各實廠廢液因製程調整不同，廢液混酸成份亦不相同，經研究結果顯示，廢液中含有硫酸、二氧化矽成份，反應後會降低污泥中有效氟化鈣濃度。 |
| 摘要(英) |
The objectives of this thesis is to synthesis CaF2 using the high concentration of HF wastewater from the crystalline-silicon solar cells industry. The influences of the type of calcium, solution pH, and dosage on the composition of the recycled CaF2 were also investigated.
The solution pH of the wastewater, which contained 16% HF, HNO3, HCl, and H2SO4, was lower than 0.1. The results showed that the recycled percentage of CaF2 is the highest (92.57%) when CaCl2 was added (Ca/F =1) at pH of 8. And the removal of F in all experiment was better than 99.9%. Besides, then Ca(OH)2 and CaCO3 were used, the recycle of CaF2 can be easily controlled by adjusting pH. When Ca(OH)2 was used, the chemical cost was the lowest. Though the reaction was exothermic, the operation is safe as long as the temperature was controlled below 80oC. Due to its low solubility, CaCO3 could not achieve high recycle percentage. Also, large amount of CO2 was produced. The recycled percentage was the highest when CaCl2 was used. However the quality of CaF2 is still not good enough. The adjustment of pH by NaOH also made the recycle of CaF2 by CaCl2 very expensive and not economic. In wastewater, other acids are usually present. The study also showed that when other acids are present in the wastewater, the amount of CaF2 would be reduced. |
| 關鍵字(中) |
★ 高濃度氫氟酸廢液
★ 氫氧化鈣
★ 碳酸鈣
★ 氯化鈣
★ 氟化鈣 |
關鍵字(英) |
★ the high concentration of HF wastewater
★ Calcium Hydroxide
★ Calcium Carbonate
★ Calcium Chloride
★ Calcium fluoride |
| 論文目次 |
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目 錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 前言 1
1.1研究緣起 2
1.2研究目的 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 結晶矽太陽能電池製程及廢水特性 7
2.1.1 結晶矽太陽能電池製程 7
2.1.2 結晶矽太陽能電池製造業廢水特性 12
2.1.3 結晶矽太陽能電池製造業廢水處理技術 16
2.2氟系廢水廠內處理技術 22
2.2.1鈣鹽沉澱法 22
2.2.2流體化床結晶法 23
2.2.3吸附法 25
2.2.4離子交換法 27
2.2.5薄膜法 28
2.3廠外含氟廢液處理技術 32
2.3.1氟化鈣製程 33
2.3.2氟矽酸鈉製程 36
2.3.3冰晶石(氟鋁酸鈉)製程 37
2.4氟化鈣製程使用化學藥品特性 39
2.4.1氫氧化鈣 39
2.4.2碳酸鈣 40
2.4.3氯化鈣 40
2.4.4三種鈣鹽比較 41
第三章 研究與實驗方法 43
3.1研究方法 43
3.2實驗水樣 46
3.3實驗裝置及防護用具 47
3.3.1實驗裝置 47
3.3.2防護用具 48
3.4實驗藥品 49
3.5實驗流程及步驟 50
3.5.1廢液成份分析 50
3.5.2鈣鹽配製 50
3.5.3氟化鈣製程試驗 52
3.5.4污泥成份分析 52
3.6分析項目及方法 54
3.6.1水中氟鹽檢測方法 54
3.6.2水中懸浮固體檢測方法 54
3.6.3 IC離子層析儀 54
3.6.4螢石檢驗法 55
第四章 結果與討論 57
4.1三種鈣鹽在不同pH值條件下對廢液反應效率之影響 58
4.1.1添加氫氧化鈣反應結果 58
4.1.2添加碳酸鈣反應結果 60
4.1.3添加氯化鈣反應結果 63
4.1.4添加三種鈣鹽比較 65
4.2添加不同氯化鈣加藥量 74
4.3混酸成份對氟化鈣污泥純度之影響 76
4.3.1廢液中硫酸含量之影響 76
4.3.2廢液中二氧化矽含量之影響 78
第五章 結論與建議 80
5.1結論 80
5.2建議 81
參考文獻 84 |
| 參考文獻 |
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| 指導教授 |
秦靜如(Ching-Ju Monica Chin)
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審核日期 |
2015-7-21 |
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