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系統識別號 U0002-2403200810395600
中文論文名稱 高能球磨飛灰內重金屬在高溫環境下穩定之研究
英文論文名稱 The study of stabilization of heavy metals from high energy ball milling of MSWI fly ash in high temperature conditions
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 96
學期 1
出版年 97
研究生中文姓名 黃彥為
研究生英文姓名 Yen-Wei Huang
學號 694331223
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-01-18
論文頁數 93頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-楊萬發
委員-孫常榮
中文關鍵字 焚化飛灰  高能球磨  重金屬  穩定 
英文關鍵字 MSWI fly ash  heavy metal  stabilize  high energy ball milling 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 都市垃圾焚化飛灰的性質複雜,其中重金屬多數超過TCLP溶出標準,所以多半採取固化處理,但仍有再溶出之虞,因此燒結是未來取代固化較好的替代方式。為了促進燒結體的重金屬穩定及降低燒結過程消耗的龐大能量,所以嘗試透過穩定劑的添加以及研磨,降低表面能量,改變焚化飛灰的結構特性並穩定其中的重金屬且提升燒結後的試體強度,以達到燒結資源化之效果。
本研究使用行星式球磨機,用高能濕式球磨的方式搭配穩定劑的添加並以氫氟酸總量消化,來了解重金屬在不同溫度的逸散率變化。並以粒徑分析儀、X-ray粉末繞射儀、掃描式電子顯微鏡等儀器,分析粉體研磨前後之性質差異與變化,以利於粉體後續之使用。
研究結果發現,研磨飛灰的重金屬溶出濃度低於法規標準。而以30%Al2O3取代水萃灰搭配以0.8M磷酸共同球磨,對於含量比較大的重金屬Zn跟Pb來說,在800℃以及1000℃時,對於重金屬Zn能有效的控制其逸散率在20%-30%之間,且在1200℃時,也能將其逸散率控制至41%。對於重金屬Pb的穩定效果上,在800℃時能將逸散率控制在14%左右,而在1000℃及1200℃的逸散率則是控制在22%左右,具有不錯的控制效果。而在強度上,也隨著溫度的提升強度逐漸增加,在1200℃時最高可達343 kg/cm2。
英文摘要 Since municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash contains a lot of heavy metals, which exceed the regulatory limits of hazardous waste usually, and the disposal of fly ash has presented a significant problem. Consequently, the stabilizing and recovering of MSWI fly ash is the majority trend, and sintering is a potentially technology in the future.
In the study, the characteristics of heavy metals volatilities of MSWI fly ash handled by water-extraction and then high energy ball milling with different stabilizers were investigated. The particle size analyzer, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) were used to exam the properties after milling. The hydrofluoric acid digestion was applied to evaluate the heavy metals volatilities of the ashes.
The results showed that, the addition of 30% Al2O3 with 0.8 M phosphoric acid ball milling, the volatility of Zn and Pb could be controlled within 20-30% in the sintering temperature of 800 and 1,000 oC, which can also control the volatility in 41% and 22%at 1200 oC relatively. The compression strength of regenerated aggregate was increased with the elevation of temperature gradually, reached 344 kg/cm2 at 1,200 oC, which reached the criteria of constructional aggregate.
Key words: MSWI fly ash, high energy ball milling, heavy metals, stabilization, sintering, regenerated aggregate.
論文目次 目錄
中文提要 Ⅰ
英文提要 Ⅱ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 XⅡ
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 焚化飛灰來源及特性 3
2-1-1 焚化飛灰物理性質 4
2-1-2 焚化飛灰化學性質 5
2-1-3 焚化飛灰中重金屬來源與特性 5
2-2 研磨粉體技術 8
2-2-1 超細粉體特性 8
2-2-2 研磨相關之研究 10
2-3 以磷酸處理重金屬之相關研究 11
2-4 飛灰組成對燒結影響之研究 13
第三章 實驗材料與研究方法 15
3-1 實驗材料 15
3-2 實驗藥品及器材 16
3-3 實驗設備 17
3-4 分析設備 19
3-5 研究方法 21
3-5-1 研究流程圖 21
3-5-2 水萃前處理操作條件 22
3-5-3 行星式球磨機參數 23
3-5-4 添加穩定劑的操作參數 25
3-5-5 建立高溫環境的操作參數 26
3-5-6 研磨後粉體之各項分析 27
3-5-7 實驗方法 28
第四章 結果與討論 33
4-1 飛灰物理特性分析 33
4-1-1 pH值、含水率及灼燒減量 33
4-1-2 粒徑分析 34
4-2 飛灰化學特性分析 35
4-2-1 元素分析與重金屬含量 35
4-2-2 TCLP溶出濃度 37
4-3 水萃灰性質分析 39
4-3-1 水萃灰粒徑分析 39
4-3-2 水萃灰元素分析 40
4-3-3 水萃灰毒性特性溶出程序 41
4-4 研磨灰特性分析 42
4-4-1 研磨灰粒徑分析 42
4-4-2 研磨灰TCLP溶出濃度 44
4-5 重金屬的逸散率變化 46
4-5-1 重金屬- Zn 的逸散率 46
4-5-2 重金屬-Pb 的逸散率 49
4-5-3 重金屬-Cu的逸散率 52
4-5-4 重金屬-Cr的逸散率 55
4-5-5 重金屬-Cd的逸散率 58
4-6 調質研磨灰在不同高溫的XRD變化 63
4-6-1 高溫下研磨灰的XRD變化 63
4-6-2 高溫下不同濃度的磷酸研磨灰的XRD變化 64
4-6-3 高溫下不同比例的Al2O3取代研磨灰的XRD變化 67
4-6-4 高溫下30%Al2O3搭配0.8M磷酸的XRD變化 70
4-7 高溫下調質研磨灰的SEM以及強度變化 71
4-7-1 30% Al2O3 取代水萃灰共同研磨 71
4-7-2 以0.8M的磷酸進行研磨 75
4-7-3 30%Al2O3搭配0.8M的磷酸進行研磨 80
第五章 結論與建議 86
5-1 結論 86
5-2 建議 87
參考文獻 89
圖目錄
圖3-1 實驗流程圖..................................................................................21
圖 3-2 行星球磨操作參數.....................................................................24
圖3-3 穩定劑添加的操作參數..............................................................25
圖3-4 高溫環境操作參數......................................................................26
圖3-5 重金屬逸散率操作流程..............................................................31
圖4- 1 鍋爐灰粒徑分佈圖......................................................................34
圖4- 2 反應灰粒徑分佈圖......................................................................34
圖4- 3 水萃灰粒徑分佈圖......................................................................39
圖4- 4 一小時內 不同轉速所研磨的最小粒徑趨勢圖之一................42
圖4- 5 一小時內 不同轉速所研磨的最小粒徑趨勢圖之二................43
圖4- 6 添加 SiO2 對重金屬Zn 在不同溫度的逸散率.........................46
圖4- 7 添加 Al2O3 對重金屬Zn 在不同溫度的逸散率.......................47
圖4- 8 以磷酸為研磨液 重金屬Zn 的逸散率.....................................48
圖4- 9 添加 SiO2 對重金屬Pb 在不同溫度的逸散率.........................49
圖4- 10 添加 Al2O3 對重金屬Pb 在不同溫度的逸散率.....................50
圖4- 11 以磷酸為研磨液 重金屬Pb 的逸散率....................................51
圖4- 12 添加 SiO2 對重金屬Cu 在不同溫度的逸散率.......................52
圖4- 13 添加 Al2O3 對重金屬Cu 在不同溫度的逸散率.....................53
圖4- 14 以磷酸為研磨液 重金屬Cu 的逸散率...................................54
圖4- 15 添加 SiO2 對重金屬Cr 在不同溫度的逸散率........................55
圖4- 16 添加 Al2O3 對重金屬Cr 在不同溫度的逸散率......................56
圖4- 17 以磷酸為研磨液重金屬Cr 的逸散率......................................57
圖4- 18 添加 SiO2 對重金屬Cd 在不同溫度的逸散率.......................58
圖4- 19 添加 Al2O3 對重金屬Cd 在不同溫度的逸散率.....................59
圖4- 20 以磷酸為研磨液 對於重金屬Cd 的逸散率...........................60
圖4-21 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸對重金屬的逸散率.........................61
圖4- 22 水萃灰在高溫環境前後的XRD 圖變化.................................63
圖4- 23 0.2M 濃度磷酸在高溫環境前後的XRD 圖變化....................64
圖4- 24 0.8M 濃度磷酸在高溫環境前後的XRD 圖變化....................65
圖4- 25 1.4M 濃度磷酸在高溫環境前後的XRD 圖變化....................66
圖4- 26 2.0M 濃度磷酸在高溫環境前後的XRD 圖............................66
圖4- 27 30%Al2O3 取代水萃灰研磨,高溫環境前後XRD 圖.........67
圖4- 28 30%Al2O3 取代水萃灰研磨,高溫環境前後XRD 圖.........68
圖4- 29 50%Al2O3 取代水萃灰研磨,高溫環境前後XRD 圖...........69
圖4- 30 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨,高溫環境下的XRD 圖.....70
圖4- 31 30% Al2O3 取代水萃灰共同研磨的SEM 圖...........................71
圖4- 32 30% Al2O3 取代水萃灰共同研磨的SEM 圖(800℃)..............72
圖4- 33 30% Al2O3 取代水萃灰共同研磨的SEM 圖(1000℃)............73
圖4- 34 30% Al2O3 取代水萃灰共同研磨的SEM 圖(1200℃)............74
圖4- 35 以0.8M 的磷酸為研磨液進行研磨SEM 圖...........................75
圖4- 36 以0.8M 的磷酸為研磨液進行研磨SEM 圖(800℃) ..............76
圖4- 37 以0.8M 的磷酸為研磨液進行研磨SEM 圖(1000℃) ............77
圖4- 38 以0.8M 磷酸為研磨液SEM 圖(1200℃之一) ........................78
圖4- 39 以0.8M 磷酸為研磨液SEM 圖(1200℃之二) ........................78
圖4- 40 以0.8M 磷酸為研磨液SEM 圖(1200℃之三) ........................79
圖4- 41 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖之一.........................80
圖4- 42 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖之二.........................80
圖4- 43 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖(800℃) ....................81
圖4- 44 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸進行研磨SEM 圖(1000℃) ..........82
圖4- 45 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖(1200℃之一) ..........83
圖4- 46 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖(1200℃之二) ..........83
圖4- 47 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖(1200℃之三) ..........84
圖4- 48 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸研磨SEM 圖(1200℃之四) ..........84
表目錄
表3- 1 實驗藥品.....................................................................................16
表3- 2 實驗材料器具.............................................................................16
表4- 1 飛灰物理性質.............................................................................33
表4- 2 鍋爐灰主要組成元素分析.........................................................35
表4- 3 鍋爐灰之重金屬含量.................................................................36
表4- 4 反應灰主要組成元素分析.........................................................37
表4- 5 反應灰之重金屬含量.................................................................37
表4- 6 鍋爐灰TCLP 溶出濃度.............................................................38
表4- 7 反應灰TCLP 溶出濃度.............................................................38
表4- 8 水萃飛灰主要組成元素分析.....................................................40
表4- 9 水萃飛灰之重金屬含量.............................................................40
表4- 10 水萃飛灰之TCLP 溶出濃度...................................................41
表4- 11 三種研磨粒徑最小條件與水萃灰的TCLP............................45
表4-12 不同比例Al2O3 取代在不同溫度的強度圖.............................72
表4-13 不同濃度磷酸研磨在不同溫度的強度圖.................................76
表4-14 30%Al2O3 搭配0.8M 磷酸在不同溫度的強度圖....................81
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