不鏽鋼集塵灰的固定化方法
2023-05-24 23:07:16
專利名稱：不鏽鋼集塵灰的固定化方法
技術領域：
本發明涉及一種不鏽鋼集塵灰的固定化方法，特別是涉及一種將有害物事業的廢棄物經固化處理後，轉變成無害廢棄物的不鏽鋼集塵灰的固定化方法。
因近幾年來生活品質的提高，所以，許多物品都採用具有抗腐蝕、耐高溫及美觀不易變色等優點的不鏽鋼為材料，而不鏽鋼是合金鋼中添加鉻(Cr)含量超過11.5％而具有耐腐蝕性，所以其煉製過程中必定會添加高鉻合金鐵，使煉製不鏽鋼時所產生的集塵灰中含有大量的鉻，該集塵灰是屬於有害事業廢棄物，而不鏽鋼集塵灰歸類於有害廢棄物的原因，如下面附表1所示，主要是其毒性溶出試驗(簡稱TCLP)中六價鉻(Cr6+)及總鉻濃度超出環保法規的標準。其他如碳鋼的集塵灰也屬於有害廢棄物，其集塵灰中所含的鉛、鋅、鎘等重金屬離子濃度於毒性溶出試驗測得超出環保法規的標準。
附表1是電爐及轉爐集塵灰經水泥固化後的毒性溶出測驗結果。
單位PPM
目前不鏽鋼集塵處理技術，除了固化法之外，還有電漿爐熔融回收、直接造粒回爐以及鐵磁體安定化法，而該電漿爐熔融回收、直接造粒回爐的處理成本高。鐵磁體安定化法，如一般不鏽鋼轉爐煙塵的安定化方法，其藉由多重包覆煙塵而降低其中有害金屬離子溶出的安定化方法，其不鏽鋼轉爐煙塵的安定化方法，包含有a.將不鏽鋼轉爐煙塵浸漬於水中；b.於步驟a.的浸漬液中加入二價鐵鹽，並於曝氣、pH值介於11至13及溫度介於40至80度下反應0.5至2小時，而形成包覆有鐵氧磁體的沉澱物；c.過濾分離出步驟b.的沉澱物；煙塵的安定化更包含將煙塵置入鐵氧磁體化裝置的四口球形反應器(二升容量)，再加入適量的清水及氫氧化鈉，再將該反應器置入加熱包中加熱，同時由該空氣壓縮機中打入4L/min空氣攪拌，至溫度升至所需溫度後，加入適量的亞鐵鹽溶液，繼續曝氣使其完成鐵氧磁體包覆，該鐵氧磁體的形成是由鐵氧磁體的結晶結構和天然的尖晶石(MgAl2O4)型的立方晶系相同，其中Mg2+可為其他金屬離子(M2+)取代，而Al3+可為Fe3+或其它三價離子取代，而形成分子式為M2+M23+O42-的鐵氧磁體尖晶石型構造物，一般進入尖晶石型鐵氧磁體的金屬元素，差不多已涵蓋所有常用的金屬種類。如果所形成的尖晶石鐵氧磁體中，若二價的M2+離子進入結晶構造中八面體空隙，而三價的M3+離子一半進入八面體空隙，一半進入四面體空隙，則形成所謂逆尖晶石結構鐵氧磁體，其具有磁性的軟性質；此種不鏽鋼轉爐煙塵的安定化方法的作業不但複雜且不符經濟效益。
有些廠商為了操作簡便及降低設備投資成本，大都採用固化法為主，而目前固化法處理，是將碳鋼與不鏽鋼集塵灰混合的固化法處理，並無單獨將不鏽鋼集塵灰固化法處理的技術。
本發明目的在於提供一種集塵灰固定化方法，可單獨處理不鏽鋼集塵灰，將有害廢棄物轉變成無害廢棄物的不鏽鋼集塵灰的固定化方法。
本發明的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於在不鏽鋼集塵灰中添加硫代硫酸根離子水溶液，使得六價鉻還原成三價鉻，之後，再添加亞鐵離子與三價鉻結合成尖晶石結構，使其安定化，最後，並利用水泥予以固化處理，而使重金屬限於固化體中，使本發明可防止有害重金屬的溶出，而原本屬於有害廢棄物的不鏽鋼集塵灰，經固化處理後轉變成符合環保法規一般廢棄物的標準。
本發明的不鏽鋼集塵灰的固化方法，其依序包含一還原步驟、安定化步驟以及固化步驟，在該還原步驟中，是將不鏽鋼集塵灰中添加硫代硫酸根離子水溶液均勻攪拌，使得不鏽鋼集塵灰中的六價鉻還原成三價鉻，接著，在該安定化步驟中，是將該還原步驟後，再添加亞鐵離子水溶液後攪拌並使其混合均勻，以使還原成的三價鉻予以安定化，最後，在該固化步驟中，是將安定化的三價鉻與水泥均勻攪拌予以固化，而使原本有害廢棄物的不鏽鋼集塵灰，經添加硫代硫酸根離子水溶液的還原及亞鐵離子水溶液的安定化，再利用水泥的固化，而轉變成符合一般廢棄物，而能有效達到作業便捷且降低成本的功效。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明
圖1是本發明較佳實施例的方塊流程圖。
如圖1所示，本實施例的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，主要是依序包含一還原步驟1、一安定化步驟2及一固化步驟3。
該還原步驟1是將不鏽鋼集塵灰中添加硫代硫酸根離子水溶液均勻攪拌，使得不鏽鋼集塵灰中的六價鉻還原成三價鉻。該安定化步驟2是將還原步驟後，再添加亞鐵離子水溶液，以使還原成的三價鉻予以安定化。該固化步驟3是將安定化的三價鉻與水泥均勻攪拌予以固化。
本發明依據上述各步驟，可先作一實驗例，其所得的實驗結果如下1還原實驗由於不鏽鋼集塵灰在鹼性的環境下添加硫代硫酸根離子水溶液，可將集塵灰中六價鉻(Cr6+)還原成三價鉻(Cr3+)其反應式如
因此，本實驗取2000公克的不鏽鋼集塵灰，並以集塵灰與硫代硫酸根離子水溶液為100∶1的比例，將20公克的硫代硫酸根離子水溶液(本實驗例是採硫代硫酸鈉水溶液)添加於該集塵灰中並予以攪拌混合，如此集塵灰中所含的六價鉻大部份可還原成三價鉻，且該六價鉻濃度數據降至1.2PPM，已低於環保法規的2.5PPM標準以下，總鉻主要是以三價鉻(Cr3+)形態存在，所以總鉻濃度仍然超出溶出試驗標準5.0PPM以上，又如下面附表2所示，當愈提高硫代硫酸根離子水溶液的比例而增加重量時，其毒性溶出試驗(TCLP)測試結果，能使六價鉻的濃度降至愈低，由此可知，只要集塵灰與硫代硫酸根離子水溶液為100∶1以上的比例，都可將六價鉻濃度降低至環保法規標準之下。
附表2是添加不同重量硫代硫酸根離子的毒性溶出測驗結果。
單位PPM
2安定化實驗經還原實驗後的不鏽鋼集塵灰，其鉻在鹼性的環境中以氫氧化鉻Cr(OH)3形態存在，為了加速其沉澱速率及安定性，所以添加亞鐵離子水溶液，利用亞鐵離子(Fe2+)水溶液與氫氧化鉻反應，以形成穩定的尖晶石結構，其反應式如下
為了降低還原實驗後的總鉻濃度，本實驗集塵灰與亞鐵離子水溶液為100∶1以上的比例，將60公克(就本實驗是以集塵灰與亞鐵離子水溶液為100∶3的比例)的亞鐵離子水溶液(本實施例採硫酸亞鐵)，添加於還原實驗後的集塵灰中並予以攪拌混合均勻，如此，該集塵灰中所含的三價鉻予以安定化，使其總鉻濃度可降低至1.36PPM而符合環保法規5.0PPM標準以下，如附表3所示，亞鐵離子水溶液對三價鉻具有安定化的效果。
附表3是添加亞鐵離子的毒性溶出測驗結果。
單位PPM
3固化實驗經由安定化實驗後的不鏽鋼集塵灰，並以集塵灰與水泥為15∶100的比例，添加水泥會形成立體網狀結構，將不鏽鋼集塵灰中的重金屬匣限於固化體中，因此，該重金屬不易被酸性溶出。
由上述實驗室的操作實驗均已成熟，接下來就可做規模化試驗，將300公升的水與7.5kg硫代硫酸根離子混合成硫代硫酸根離子水溶液，其將750kg不鏽鋼集塵灰中與硫代硫酸根離子水溶液攪拌混合，使得不鏽鋼集塵灰中的六價鉻還原成三價鉻，接著再添加75公升的水與22.5kg亞鐵離子混合成亞鐵離子的水溶液後，經攪拌並使其混合均勻，以使還原成的三價鉻予以安定化，最後，將225kg水泥均勻攪拌予以固化，如附表4所示，六價鉻為0.004PPM，而總鉻為1.75PPM均符合環保法規標準以下，規模化操作，其所有不鏽鋼集塵灰中的重金屬溶出試驗均符合環保標準，使得本發明可將有害的不鏽鋼集塵灰經由硫代硫酸根離子水溶液的還原作用、亞鐵離子水溶液的安定化及利用水泥固化後，轉換成符合毒性溶出試驗(TCLP)的一般廢棄物。
附表4是規模化試驗的毒性溶出測驗結果。
單位PPM
由上所述得知，本發明可將不鏽剛集塵灰經由添加硫代硫酸根離子水溶液攪拌均勻，使其六價鉻還原成三價鉻，再添加亞鐵離子的水溶液，而使三價鉻成安定化，最後，利用水泥將集塵灰予以固化，藉以還原作用、安定化及水泥固化的作業過程，就能將有害的不鏽鋼集塵灰廢棄物轉換成無害的一般廢棄物，而確能達到作業方便且降低成本功效。
權利要求
1.一種不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於其主要依序包含有還原步驟、安定化步驟及固化步驟；該還原步驟是將不鏽鋼集塵灰中添加硫代硫酸根離子水溶液均勻攪拌，使得不鏽鋼集塵灰中的六價鉻還原成三價鉻；該安定化步驟是在該還原步驟後，再添加亞鐵離子水溶液並加以攪拌混合均勻，以使還原成的三價鉻予以安定化；該固化步驟是將安定化的三價鉻與水泥均勻攪拌予以固化。
2.如權利要求1所述的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於在該還原步驟中硫代硫酸根離子與集塵灰的比例至少為1∶100。
3.如權利要求1所述的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於在該安定化步驟中亞鐵離子與集塵灰的比例至少為1∶100。
4.如權利要求1所述的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於在該固化步驟中水泥與集塵灰的比例至少為15∶100。
5.如權利要求1所述的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於該硫代硫酸根離子為硫代硫酸鈉。
6.如權利要求1所述的不鏽鋼集塵灰的固定化方法，其特徵在於該亞鐵離子為硫酸亞鐵。
全文摘要
一種不鏽鋼集塵灰的固定化方法,其主要依序包含還原步驟、安定化步驟、固化步驟,其是在不鏽鋼集塵灰中添加硫代硫酸根離子水溶液,使得六價鉻還原成三價鉻,之後,再添加亞鐵離子與三價鉻結合成尖晶石結構,使其安定化,最後,並利用水泥予以固化處理,而使重金屬限於固化體中,因此可防止有害重金屬的溶出,而原本屬於有害廢棄物的不鏽鋼集塵灰,經固定化處理後轉變成符合環保法規一般廢棄物的標準。
文檔編號B09B3/00GK1333091SQ00120338
公開日2002年1月30日 申請日期2000年7月7日 優先權日2000年7月7日
發明者王志國, 吳鴻銘, 黃培特, 張文春 申請人:燁聯鋼鐵股份有限公司