专利名称：以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法
技术领域：
本发明与废弃物处理有关，特别是关于一种以重金属物种转化、烧结，瓷化合并处理含重金属废弃物的方法。
背景技术：
公知危害性废弃物(hazardous waste)处理方法，包含有化学稳定及固化(chemical Stabilization/Fixation)、匣限法(Encapsulation)、祛毒法(Detoxification)等；但上述处理法均有其缺陷存在，且大多不易通过或仅免强通过“毒性特性溶出试验”(Toxicity Characteristics LeachablityProcedure，TCLP)的检测；而处理后的废弃物大多无法再利用，需要经过掩埋的动作，而这些废弃物所造成的长期性渗出(leaching)或去固化势(defixation potentials)等现象，此等二次污染问题对环境的所造成影响是无法估计的。
以往对于含重金属废弃物的处理方式大多是采用固化法，其方式为将前述废弃物混合水泥与螯合剂等化学固化剂，使其固化成固体，最后再经过掩埋的处理步骤。
但经过长时间后，该处理后的固体会逐渐崩解，而令包含在其中的毒性物质逸出。亦即，公知的用固化法处理含重金属废弃物，无法避免长期渗出以及去固化势等会造成二次污染的问题。日前台塑的汞污泥事件即为一最佳事证。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，可有效降低危害性废弃物的毒性。
本发明的又一目的在于提供一种以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，经过本发明处理后的废弃物，可再利用于其他用途。
为实现上述目的，本发明提供的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，包含有下列步骤a.将含重金属的废弃物，加入预定比例的黏土，并使二者充分混合；b.将步骤a的混合物送入一烘烤炉中加热，使该混合物中的各成分可分别进行瓷化反应与高温氧化；以及c.待该烘烤炉加热完毕，将冷却后的该混合物取出。
其中步骤a中还包含有研磨与搅拌步骤。
其中步骤a还加入一预定剂量的安定剂，与该重金属废弃物与黏土充分混合。
其中步骤b的加热方式是采阶段式加热法。
其中该阶段式加热方式包含有至少三加热阶段，第一阶段的加热温度为100-110℃，第二阶段的加热温度为280-320℃，第三阶段的加热温度为580-620℃，各阶段的加热时间至少维持20分钟。
其中该阶段式加热法还包含有第四加热阶段，其加热温度为780-820℃，加热时间至少维持20分钟。
其中加热温度至1300℃。
依据本发明所提供的含重金属废弃物处理法，是利用含重金属污泥充分混合黏土，再经过高温烘烤，使混合物在高温环境下，各种物质重新键结或部分断键，以改变重金属或氰化物等有毒物质的化学性质，而达到无害化，甚至资源化。
瓷化反应为本发明的重要原理，在高温下，污泥中的重金属将与黏土中的氧化硅及氧化铝等成分结合，进行重新键结，或使重金属原子拘限于黏土的硅化物(silicate)与铝化物(aluminate)等分子结构中。而经瓷化反应后的产物，其强度类似岩石，比市售砖高，可供建材或环境工程中废水处理的生物接触滤材等用途使用。
另一原理为高温氧化，例如在高温下，剧毒性的氰化物(CN)会分解为无毒的二氧化碳(CO2)以及氮气(N2)。而高毒性的六价铬(Cr6+)也会转变为三价铬(Cr3+)。
具体实施例方式
以下举一较佳实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例所处理的废弃物，为某电镀厂所产出的污泥，该污泥经脱水机脱水后其含水量为78％，其中所包含主要的重金属成分，如表一所示表一处理前的废弃物的各成分含量
原污泥中各类重金属以及氰化物的TCLP检测值均远高于台湾所公告的“溶出毒性事业废弃物溶出试验标准“。
本发明的处理步骤为，首先将该污泥先经预定时间烘烤，以除去该污泥中的水分；再加入约1.5倍重的黏土以及约5％的安定剂(如含二价铁(Fe2+)的无机化合物)，其作用在于助熔以及加速拘限污泥中的重金属成分；为了使其充分混合，因此必须再经过研磨、搅拌等动作；之后加入预定比例的水，加压以制成预定形状的混合物，以使处理后的产物可直接再利用。
接著将上述混合物送入一烘烤炉中加热，其加热时间当视污泥混合物的总量及所含重金属成份及浓度而定；而加热的方式则采阶段式加热法，其中第一阶段的加热温度约为105℃左右，其目的在于去除水分；第二阶段的加热温度约为300℃左右，目的在于除去混合物中的结晶水；第三阶段的加热温度约为600℃左右，目的在于除去有机物，并使混合物中各分子的键结初步重新组合；而第四阶段的加热温度约为800℃左右，目的在于使混合物中各分子的键结再次重新组合，以达再利用的目的；各加热阶段大约需维持20分钟以上。最后加热至1300℃，使混合物内的各成分在加热的过程中充分进行瓷化以及高温氧化等烧结反应。
各加热阶段中的反应详述如后1.第一阶段加热至105℃，亦即为超过水的沸点，其目的在于去除污泥中大部分的水分。
2.第二阶段加热至300℃左右，是为去除混合物中的结晶水、附著水、吸附水等；重金属化合物则会随著分于键结开始重新组合，而开始物种转化，使逐渐安定化。
3.第三阶段加热至600℃左右，是为去除大部分有机物，增加重金属物种转化速率，使之不易溶出，并减少气化倾向。
4.第四阶段加热至800℃左右，可使1)重金属继续进行物种转化；2)转化后的重金属与污泥、土壤、废弃物等基质、添加剂、黏土逐渐反应瓷化反应，使重金属不易气化与不易溶出，以及3)污泥、土壤、废弃物等基质、添加剂、黏土等亦同时进行烧结反应，以形成细致化结构，围阻重金属。
5.最后再加热至1300-1400℃左右，使烧结、瓷化反应更为彻底，甚或进行融熔反应。此阶段的加热温度，当视基质各成分比例而定，原则上大概需超过1000℃，而加热时间亦是因成分不同而有所差异。
待加热完毕，将冷却后的混合物取出，烧结后产物的强度类似岩石，可作为人行道砖或其他种类的建材，或环境工程中废水处理的生物接触滤材。
表二为经本发明实施例各处理步骤处理后，其产物的TCLP溶出液中各类重金属及毒性物质含量的检测报告。其检测结果显示各类重金属以及氰化物的TCLP检测值均远低于台湾所公告的“溶出毒性事业废弃物溶出试验标准”；尤其如铅、铜、铬以及氰化物的检测值更是低于方法侦测极限，显示本发明的含重金属废弃物处理法具有卓越的处理效果；此外，经本处理法处理后的产物可直接再利用，可避免因掩埋所造成二次污染的可能，实具有环保的功效。
表二废弃物轻本发明的方法处理后的各成分含量
以下二点为发明人提出，以本发明的方法处理重金属废弃物应注意的事项1.对于某些高挥发性的重金属，例如汞或砷，由于其可能在阶段加热时，混合物产生烧结、瓷化反应前即挥发。因此，对于具有高含量汞或砷的重金属污泥，可能不适用于本发明的处理方法，或是必须先用其他方式，预先去除污泥内的汞或砷。
2.阶段加热的过程中，大部分的重金属均因烧结或瓷化而形成十分安定与不易挥发的状态，其气化逸出者十分有限，纵然有少部分的重金属因气化而逸出，此时可以滤袋或是洗涤的方式捕集，并将其送反至污泥混合处，再次与黏土、安定剂等混合，而再次烧结、瓷化。
权利要求
1.一种以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，包含有下列步骤a.将含重金属的废弃物，加入预定比例的黏土，并使二者充分混合；b.将步骤a的混合物送入一烘烤炉中加热，使该混合物中的各成分可分别进行瓷化反应与高温氧化；以及c.待该烘烤炉加热完毕，将冷却后的该混合物取出。
2.依据权利要求1所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中步骤a中还包含有研磨与搅拌步骤。
3.依据权利要求1所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中步骤a还加入一预定剂量的安定剂，与该重金属废弃物与黏土充分混合。
4.依据权利要求1所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中步骤b的加热方式是采阶段式加热法。
5.依据权利要求4所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中该阶段式加热方式包含有至少三加热阶段，第一阶段的加热温度为100-110℃，第二阶段的加热温度为280-320℃，第三阶段的加热温度为580-620℃，各阶段的加热时间至少维持20分钟。
6，依据权利要求5所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中该阶段式加热法还包含有第四加热阶段，其加热温度为780-820℃，加热时间至少维持20分钟。
7.依据权利要求6所述的以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，其特征在于，其中加热温度至1300℃。
全文摘要
一种以重金属物种转化、烧结、瓷化合并处理含重金属废弃物的方法，取一含重金属废弃物与一预定比例的黏土充分混合，再将混合物送入一烘烤炉内加热，在高温下，该混合物内的各成分进行瓷化以及高温氧化等反应，使经烧结后的产物具有低溶出量的重金属或低毒性物质，以符合相关法令规定。
文档编号B09B3/00GK1714954SQ20041006192
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者魏玉麟, 李王永泉 申请人:德镇盛工程股份有限公司