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系統識別號 U0002-2907200721311000
中文論文名稱 都市垃圾焚化底渣燒製輕質骨材膨脹機制之研究
英文論文名稱 The Expansion Mechanism of Lightweight Aggregate Sintering from MSWI Bottom Ash
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 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 陳政綱
研究生英文姓名 Cheng-Gang Chen
學號 694330704
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-13
論文頁數 117頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-曾迪華
委員-陳豪吉
委員-高思懷
中文關鍵字 粗底渣  氧化鐵  逸氣分析  膨脹氣體 
英文關鍵字 lightweight aggregate  MSWI bottom ash  expansion 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 已往都市垃圾焚化底渣再利用的產品常為道路級配、管溝回填料、填方材等,而為了增加底渣回收再利用之價值,嘗試將底渣進行輕質骨材的燒製。早期輕質骨材皆以天然材料為素材,如浮石、膨脹頁岩、板岩、黏土礦物等,而都市垃圾焚化灰渣由於成份複雜,性質不均,和天然膨脹材料與其他人工膨脹材料的性質差異甚大,需經適當調整。
本實驗將SiO2和Fe2O3添加於研磨後之粗粒徑底渣,利用不同燒結條件觀察粒料受熱膨脹之情況,進一步設計膨脹氣體收集裝置,將燒製過程所產生之氣體進行分析。實驗共分成四個階段。實驗一:研究氧化鐵添加對膨脹氣體產生之影響;實驗二:研究添加SiO2之影響;實驗三:研究添加細底渣之變化;實驗四:進行不同燒結氣氛之研究。
由實驗結果得知,經逸氣分析系統進行膨脹氣體收集研究是可行的,也確認膨脹過程中CO2於高溫焙燒時產生。添加SiO2對產氣並無太大影響,而原料添加10%細底渣後,CO2的產生趨勢與實驗一和實驗二相差不遠,由實驗四可得知氮氣氣氛幫助了骨材於高溫下黏度的提升,有助於輕質化。燒結體之TCLP量相當低,安全性相當可靠,重金屬總量變化也不大,對環境負荷相當輕微。
英文摘要 Lightweight aggregate was produced by natural expansion material, e.g. pumice, shale, and clay. This study used a municipal solid waste incinerator (MSWI) bottom ash as the material to sinter an artificial lightweight aggregate.Comparing MSWI bottom ash with natural expansion material, we found that the compounds of MSWI bottom ash were complex and heterogeneous. Therefore adding SiO2 and Fe2O3 to the milling of MSWI bottom ash was necessary. And then we used different parameters of sintering to understand the quantity of the expansion gas during the sintering process. The experiment was divided into four parts. First experiment discussed the relation between the quantity of the expansion gas with Fe2O3 when fixed the quantity of MSWI bottom ash and specimens didn’t have deformed during the sintering process. Second experiment fixed the parameters of the sintering and comprehended the influence of adding SiO2. Third experiment, added 10% of fine grain MSWI bottom ash and Fe2O3 to coarse grain MSWI bottom ash, found the effect of adding the fine grain MSWI bottom ash. Final experiment discussed the effect of the form of the artificial lightweight aggregate in the different sintering atmospheres. The compounds of MSWI bottom ash for producing CO2 were more important than adding Fe2O3. In addition the reduction atmosphere was helpful to produce the high quality of the artificial lightweight aggregate.
論文目次 總目錄
中文提要 I
ABSTRACT II
總目錄 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 X


第一章 前言 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 焚化灰渣之種類及特性 3
2-2 焚化底渣之性質 4
2-2-1 焚化底渣之物理性質 4
2-2-2 焚化底渣之化學性質 5
2-3 輕質骨材相關研究 6
2-3-1 輕質骨材之發展 6
2-3-2 骨材燒製之研究 8
2-3-3 輕質骨材膨脹機制探討 11
2-4 逸氣分析相關研究 17
2-4-1 逸氣分析之發展 17
2-4-2 逸氣分析之應用 18
2-5 氣相層析相關研究 20
2-5-1 氣相層析之原理 20
2-5-2 氣相層析之應用 23
第三章 研究內容及工作方法 26
3-1 研究方法 26
3-2 研究步驟及實驗方法 29
3-3 實驗項目 31
3-4 實驗藥品與材料 37
3-4-1 實驗藥品 37
3-4-2 實驗設備與分析儀器 38
3-5 逸氣分析裝置及標準品進樣系統設立 41
第四章 實驗成果與討論 46
4-1 底渣基本物理及化學性質 46
4-1-1 底渣物理特性 46
4-1-2 底渣化學組成分析 48
4-2粗粒徑底渣燒製輕質骨材 51
4-2-1 燒製原料之熱分析 51
4-2-2 燒製原料之調質 55
4-3 輕質骨材膨脹機制之研究 57
4-3-1 膨脹氣體之逸氣分析 58
4-3-2 燒結體之內部結構與外觀 77
4-3-3 燒結體晶相變化之研究 88
4-4 燒結體之工程性質分析 92
第五章 結論與建議 100
5-1 結論 100
5-2 建議 102
參考文獻 103
附錄 110

表目錄
表2-3-1 輕質骨材膨脹氣體成份之相關研究 14
表2-4-1 EGD-EGA系統取樣技術之比較 19
表2-5-1 氣體之相對熱傳導值 24
表3-3-1 樣品名稱和添加量之關係 31
表3-3-2 樣品名稱和添加量之關係 32
表3-3-3 樣品名稱和添加量之關係 33
表3-3-4 樣品名稱和添加量之關係 34
表3-4-1 實驗所需之藥品 37
表3-4-2 實驗所需之材料器具 37
表3-5-1 層析實驗操作參數 43
表3-5-2 N2與CO2於不同進樣時間下所調製之氣體標準品 44
表3-5-3 標準氣體於重覆分析之層析數據 45
表4-1-1 底渣基本物理特性分析 46
表4-1-2 底渣元素組成 49
表4-1-3 底渣重金屬含量 49
表4-1-4 底渣之TCLP試驗 50
表4-2-1 金屬化合物熔融溫度 51
表4-2-2 主要共晶體之混合物及熔融溫度 54
表4-3-1 實驗一之層析圖譜數據 59
表4-3-2 NO.1於430℃~1080℃連續出峰之數據 60
表4-3-3 NO.5於430℃~1080℃連續出峰之數據 61
表4-3-4 實驗二之層析圖譜數據 63
表4-3-5 NO.1-F於430℃~1070℃連續出峰之數據 64
表4-3-6 NO.5-F於430℃~1070℃連續出峰之數據 65
表4-3-7 實驗三之層析圖譜數據 67
表4-3-8 NO.1A-F於430℃~1060℃連續出峰之數據 68
表4-3-9 NO.20A-F於430℃~1060℃連續出峰之數據 69
表4-3-10 實驗四之層析圖譜數據 71
表4-3-11 BA(Air)於430℃~1070℃連續出峰之數據 73
表4-3-12 BA(N2)於430℃~1070℃連續出峰之數據 74
表4-3-13 BA-10FI(Air)於430℃~1060℃連續出峰之數據 75
表4-3-14 BA-10FI(N2)於430℃~1060℃連續出峰之數據 76
表4-3-15 陶粒加熱後於各變形點下之外觀 78
表4-3-16 XRD相關操作數據 88
表4-4-1 輕質骨材與常重骨材性質比較表 92
表4-4-2 實驗一和實驗二之燒結體視孔隙度和吸水率 96
表4-4-3 實驗三和實驗四之燒結體視孔隙度和吸水率 97
表4-4-5 燒結體之TCLP試驗 98
表4-4-6 燒結體之燒結前、後重金屬含量變化 99

















圖目錄
圖2-3-1 燒結之四個機制 10
圖2-3-2 燒結進行情況 11
圖2-3-3 Riley對黏土礦物之膨脹性成份三相圖 12
圖2-5-1 層析管效率和溶劑效率圖示 21
圖2-5-2 理論板數之計算 21
圖2-5-3 溶劑效率之計算 22
圖2-5-4 解析力之計算 23
圖2-5-5 TCD電路示意圖 25
圖3-1 本研究之流程圖 28
圖3-2 抗壓試驗進行方式 36
圖3-5-1 EGA系統圖 42
圖3-5-2 六孔採樣閥之填樣(上)及注入(下) 42
圖3-5-3 標準氣體進樣管線圖 44
圖3-5-4 標準氣體於重覆分析之層析圖譜 45
圖4-1-1 粗底渣研磨後之粒徑分佈圖 47
圖4-1-2 細粒徑底渣之粒徑分佈圖 48
圖4-2-2 粗底渣添加5%細底渣TG/DTA分析圖 53
圖4-2-3 粗底渣添加10%細底渣TG/DTA分析圖 53
圖4-2-4 原料成份於三相圖內之位置 55
圖4-3-1 NO.1於1080℃時CO2之逸出情況 58
圖4-3-2 NO.2於1080℃時CO2之逸出情況 59
圖4-3-3 NO.1於430℃~1080℃層析圖譜 60
圖4-3-4 NO.5於430℃~1080℃層析圖譜 61
圖4-3-5 NO.1-F於1070℃時CO2之逸出情況 62
圖4-3-6 NO.5-F於1070℃時CO2之逸出情況 62
圖4-3-7 NO.1-F於430℃~1070℃層析圖譜 64
圖4-3-8 NO.5-F於430℃~1070℃層析圖譜 65
圖4-3-9 NO.1A-F於1060℃時CO2之逸出情況 66
圖4-3-10 NO.5A-F於1060℃時CO2之逸出情況 66
圖4-3-11 NO.20A-F於1060℃時CO2之逸出情況 67
圖4-3-12 NO.1A-F於430℃~1060℃層析圖譜 68
圖4-3-13 NO.20A-F於430℃~1060℃層析圖譜 69
圖4-3-14 BA(Air)於1070℃時CO2之逸出情況 70
圖4-3-15 BA(N2)於1070℃時CO2之逸出情況 70
圖4-3-16 BA-10FI(Air)於1060℃時CO2之逸出情況 71
圖4-3-17 BA-10FI(N2)於1060℃時CO2之逸出情況 71
圖4-3-18 BA(Air)於430℃~1070℃層析圖譜 73
圖4-3-19 BA(N2)於430℃~1070℃層析圖譜 74
圖4-3-20 BA-10FI(Air)於430℃~1060℃層析圖譜 75
圖4-3-21 BA-10FI(N2)於430℃~1060℃層析圖譜 76
圖4-3-22 實驗一之燒結體內部結構與外觀 80
圖4-3-23 實驗二之燒結體內部結構與外觀 82
圖4-3-24 實驗三之燒結體內部結構與外觀 85
圖4-3-25 實驗四之燒結體內部結構與外觀 87
圖4-3-26 【粗底渣+10%細底渣】在氮氣氣氛下燒結前(下)及燒結後(上)之XRD圖 89
圖4-3-27 燒結體【NO.1A-F】(下)與燒結體【NO.10A-F】(上)之XRD圖 90
圖4-3-28 燒結體【BA-10FI(N2)】(下)與燒結體【BA-10FI(Air)】(上)之XRD圖 91
圖4-4-1 實驗一之燒結體視比重 93
圖4-4-2 實驗二之燒結體視比重 94
圖4-4-3 實驗三之燒結體視比重 94
圖4-4-4 實驗四之燒結體視比重 95



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