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TWI873655B - 應用混燒灰渣製備地磚之方法 - Google Patents

應用混燒灰渣製備地磚之方法 Download PDF

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TWI873655B
TWI873655B TW112119845A TW112119845A TWI873655B TW I873655 B TWI873655 B TW I873655B TW 112119845 A TW112119845 A TW 112119845A TW 112119845 A TW112119845 A TW 112119845A TW I873655 B TWI873655 B TW I873655B
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李韋皞
鄭大偉
王予賢
金永勳
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國立臺北科技大學
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本發明係為一種應用混燒灰渣製備高壓地磚之方法，其係取一固體再生燃料進行一燃燒製程後，產生一混燒灰以及一混燒底渣，再取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料，取得該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料，最後將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚。

Description

應用混燒灰渣製備地磚之方法
本發明係關於一種方法，特別是一種應用混燒灰渣製備地磚之方法。
由於經濟快速發展除了造成自然資源的過度開採外，廢棄物的產出也與日俱增，特別是紡織業、光電面板業、半導體產業及造紙業...等企業於生產製程所衍生之廢棄物以及所衍生之有害事業廢棄物。
針對上述廢棄物，目前政府除了積極推動由產業的源頭進行減量外，亦致力於將上述廢棄物進行回收後再利用。
為此，對於回收廢棄物再進行利用的想法，近年來環保署極力推廣「固體再生燃料」(Solid Recovered Fuel，簡稱SRF)的使用，其固體再生燃料亦可稱為固體回收燃料或固體再利用燃料。
固體再生燃料(SRF)由塑料與生質物(如廢紙、木材與其他木質纖維廢棄物)等非有害且具適燃性物質以及符合燃料品質標準(分別為淨熱值、氯含量、汞含量、鉛含量以及鎘含量)的回收所轉製而成。固體再生燃料(SRF)具 有低環境衝擊、低燃料成本、並可應用於高能源效率鍋爐及燃燒設施等三大優勢。
固體再生燃料(SRF)相較於煤炭，固體再生燃料(SRF)作為燃料更能達成減碳之效。此外，將適燃性廢棄物分離製成固體再生燃料(SRF)做為工業鍋爐燃料使用，也可減少現有焚化爐負荷。
目前，現有的固體再生燃料(SRF)主要之使用者為工業用鍋爐、水泥旋窯、煉鋼業熔爐及煉焦爐、專用燃燒發電設備等等，不涵蓋廢棄物焚化裝置。
而根據環保署所制訂的「固體再生燃料製造技術指引與品質規範」符合固體再生燃料(SRF)的廢棄物種類有廢塑膠(廢PET、廢PP、廢PE及廢PLA等等)、廢橡膠、廢紙、廢木材、廢纖維(廢布、廢人造纖維及紡織殘料等)、汙泥、動植物性廢棄物(蔗渣)及垃圾等等。
然而，在循環式流體化床鍋爐中燃燒固體再生燃料(SRF)，仍會產生混燒灰及混燒底渣，且由於混燒灰及混燒底渣的成分多元、複雜，仍會造成對環境造成不小的負擔。
而於現今環保意識下，將燃燒固體再生燃料(SRF)後產生的混燒灰及混燒底渣再此進行利用是非常必要且須被大力推廣的。
為此，如何將燃燒固體再生燃料(SRF)後產生的混燒灰及混燒底渣再此回收進行利用，為本領域技術人員所欲解決的問題。
本發明之一目的，在於提供一種應用混燒灰渣製備地磚之方法，使用爐石粉作為無機聚合技術之原料，搭配天然砂及鹼性溶液並以混燒灰及混燒底渣取代天然砂後進行混拌，透過高壓製成磚體，有效將混燒灰及混燒底渣進行資源化運用，更可以於產品製作過程減少使用水泥粉所產生之二氧化碳。
針對上述之目的，本發明提供一種應用混燒灰渣製備地磚之方法，其包含：取一固體再生燃料進行一燃燒製程後，產生一混燒灰以及一混燒底渣；取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料；取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料；以及將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚。
本發明提供一實施例，其中於取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料之步驟中，該混燒灰之一重量百分比係為20Wt%到60Wt%，該爐石粉之一重量百分比係為20Wt%。
本發明提供一實施例，其中於取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料之步驟中，該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為0Wt%，該天然砂之一重量百分比係為20Wt%到60Wt%，進一步，該混燒灰及該天然砂之該重量百分比之總和為80Wt%。
本發明提供一實施例，其中於取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成 一混合底料之步驟中，該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為40Wt%到60Wt%，該天然砂之一重量百分比係為0Wt%，進一步，該混燒灰及該混燒底渣之該重量百分比之總和為80Wt%。
本發明提供一實施例，其中於取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料之步驟中，該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為10Wt%，該天然砂之一重量百分比係為10Wt%。
本發明提供一實施例，其中於取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料後之步驟中，該鹼性溶液係為一鈉鹽溶液。
本發明提供一實施例，其中該鈉鹽溶液係為一NaOH溶液或一Na2SO3溶液。
本發明提供一實施例，其中於取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料後之步驟中，該液固比係介於0.2至0.3之間。
本發明提供一實施例，其中於將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚之步驟中，該壓力係介於70Kgf/cm2至90Kgf/cm2之間。
S10:步驟
S20:步驟
S30:步驟
S40:步驟
第1圖：其為本發明之一實施例之應用混燒灰渣製備地磚之方法之流程示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：習知由固體再生燃料中產生的混燒灰及混燒底渣，是由新型固體再生燃料(SRF)放入循環式流體化床鍋爐燃燒後所產生之產物，由於混燒灰及混燒底渣會造成過度膨脹，而導致強度下降，再者也因為混燒灰及混燒底渣之組成成分複雜，因此會對環境造成負擔。
本發明改良了一種應用混燒灰渣製備地磚之方法，使用爐石粉作為無機聚合技術之原料，搭配天然砂及鹼性溶液並以混燒灰及混燒底渣取代天然砂後進行混拌，透過高壓製成磚體，有效將混燒灰及混燒底渣進行資源化運用，更可以於產品製作過程減少使用水泥粉所產生之二氧化碳。
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。
首先，請參閱第1圖，其為本發明之一實施例之應用混燒灰渣製備地磚之方法之流程示意圖，如圖所示，其步驟包含：步驟S10：取固體再生燃料進行燃燒製程後，產生混燒灰以及混燒底渣； 步驟S20：取混燒灰及爐石粉進行混拌，並依據攪拌比例加入天然砂或/及混燒底渣混拌第一時間後，形成混合底料；步驟S30：取混合底料與鹼性溶液依據液固比混拌第二時間後，形成漿料；以及步驟S40：將漿料灌入製磚模具，並依據壓力進行高壓製程後，形成地磚。
於本實施例中，如步驟S10所述之，取一固體再生燃料進行一燃燒製程，透過該燃燒製程的過程，取得其所產生的一混燒灰以及一混燒底渣。
其中，上述之該固體再生燃料係為以具適燃性之廢棄物，並須符合燃料品質標準，稱為SRF(Solid recovered fuel，簡稱SRF)，亦可稱為固體回收燃料、固體再利用燃料或固體再生燃料。
本實施例中之該固體再生燃料之廢棄物涵蓋非有害適燃性之事業廢棄物與一般垃圾或是事業員工垃圾兩類，其中事業廢棄物包含廢塑膠、廢橡膠、廢紙、廢木材、廢纖維、有機污泥、漿紙污泥、紡織污泥等，一般垃圾或是事業員工垃圾則通常需經由機械分選處理程序(Mechanical Treatment,MT)或機械生物處理程序(Mechanical Biological Treatment,MBT)分選後之適燃性廢棄物，方可作為該固體再生燃料之原料。
於本實施例中，該燃燒製程係使用循環是鍋爐、工業用鍋爐、水泥旋窯、煉鋼業熔爐、煉焦爐或專用燃燒發電設備之其中之一，本實施例係使用循環式鍋爐作為說明，但不僅限於此。
接續上述，於本實施例中，如步驟S20所述之，取得該混燒灰及該混燒底渣後，取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料。
其中，於本實施例中，該混燒灰之一重量百分比係為20Wt%到60Wt%，該爐石粉之一重量百分比係為20Wt%。
另外，於本實施例中，其中該攪拌比例之該混燒底渣係可為0Wt%，也就是說，當該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為0Wt%，該天然砂之一重量百分比係為20Wt%到60Wt%，進一步，該混燒灰及該天然砂之該重量百分比之總和為80Wt%。
進一步，於本實施例之中，其中該攪拌比例之該天然砂係可為0Wt%，也就是說，當該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為40Wt%到60Wt%，該天然砂之一重量百分比係為0Wt%，進一步，該混燒灰及該混燒底渣之該重量百分比之總和為80Wt%。
其中，於本實施例中，係有另一較佳實施態樣，亦可以該混燒灰、該爐石粉、該天然砂以及該混燒底渣混拌，其配方組成為該混燒灰之一重量百分比係為60Wt%，該混燒底渣之一重量百分比係為10Wt%，該天然砂之一重量百分比係為10Wt%，該爐石粉之一重量百分比係為20Wt%
接續上述，請復參閱第1圖，如本實施例之步驟S30至步驟S40所述之步驟，取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料後，將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚。
其中該鹼性溶液係為一鈉鹽溶液，該鈉鹽溶液該鈉鹽溶液係為一NaOH溶液或一Na2SO3溶液。
於本實施例中，使用該鈉鹽溶液係由於該鈉鹼溶液係為一種習知常用的無機聚合之技術，此種技術係透過無機聚合物為一種非晶質或半晶質的材料，此材料主要以鋁矽酸鹽(Alumino-Silicate)礦物或廢棄物，置於鹼性溶液中，使Si、Al膠體由礦物表面析出，形成無機聚合物之前導物(Geopolymer Precursor)。
隨後添加鹼金屬矽酸鹽溶液以提供足夠之Si離子及觸發聚合反應，形成無機聚合物的主幹，一般來說，無機聚合物的形成包括下列四個過程：(1)鋁矽酸鹽礦物粉體在鹼性溶液中的溶解；(2)溶解的矽、鋁離子由固體顆粒表面向顆粒間隙擴散；(3)鹼金屬矽酸鹽溶液和矽、鋁離子之間發生聚合反應；(4)凝膠相逐漸排除剩餘的水分，固結硬化成矽鋁無機聚合材料。
無機聚合物是由SiO4及AlO4四面體共用氧原子相互鍵結形成Si-O-Al之封閉的架狀結構，與沸石相似。其硬化機制與水泥類似為系統膠體之粒子與粒子間產生無機聚合作用。在室溫下硬化時間約為1.5-2小時，而四小時後即有80%以上之抗壓強度。其與水泥最大不同是水泥硬化後鍵結形式為水合鍵結，無機聚合物則是化學鍵結。
透過上述之無機聚合技術，以該混合底料與一鹼性溶液依據該液固比混拌該第二時間後，形成該漿料，其中該液固比係介於0.2至0.3之間。
最後再將該漿料灌入該製磚模具中，施以該壓力使其形成本實施例所製作出之該地磚，其中，該壓力係介於70Kgf/cm2至90Kgf/cm2之間。
本實施例之優點在於，搭配天然砂及鹼性溶液並以混燒灰及混燒底渣取代天然砂後進行混拌，透過高壓製成磚體，有效將混燒灰及混燒底渣進行資源化運用，更可以於產品製作過程減少使用水泥粉所產生之二氧化碳，讓混燒灰及混燒底渣能夠被充份利用，達到資源永續發展的目的。
接著，於此係舉下列實際範例說明以本實施例之應用混燒灰渣製備地磚之方法之該地磚之實施態樣。
實施例A：
該攪拌比例：該混燒灰20Wt%、該爐石粉20Wt%、該天然砂60Wt%、該混燒底渣0Wt%；該第一時間：2分鐘(該混燒灰、該爐石粉、該天然砂及該混燒底渣之混拌時間)；該液固比：0.21；該第二時間：3分鐘(該混合底料與該鹼性溶液之混拌時間)；以及該壓力：80Kgf/cm2。
實施例B：
該攪拌比例：該混燒灰40Wt%、該爐石粉20Wt%、該天然砂40Wt%、該混燒底渣0Wt%；該第一時間：2分鐘(該混燒灰、該爐石粉、該天然砂及該混燒底渣之混拌時間)； 該液固比：0.29；該第二時間：3分鐘(該混合底料與該鹼性溶液之混拌時間)；以及該壓力：80Kgf/cm2。
實施例C：
該攪拌比例：該混燒灰20Wt%、該爐石粉20Wt%、該天然砂0Wt%、該混燒底渣60Wt%；該第一時間：2分鐘(該混燒灰、該爐石粉、該天然砂及該混燒底渣之混拌時間)；該液固比：0.23；該第二時間：3分鐘(該混合底料與該鹼性溶液之混拌時間)；以及該壓力：80Kgf/cm2。
實施例D：
該攪拌比例：該混燒灰10Wt%、該爐石粉20Wt%、該天然砂60Wt%、該混燒底渣10Wt%；該第一時間：2分鐘(該混燒灰、該爐石粉、該天然砂及該混燒底渣之混拌時間)；該液固比：0.22；該第二時間：3分鐘(該混合底料與該鹼性溶液之混拌時間)；以及該壓力：80Kgf/cm2。
藉由上述之實施例A、實施例B、實施例C以及實施例D所制得之該地磚，進行熱壓膨脹分析，依據國家標準CNS1258規範之規定，目的在求得水泥砂漿之膨脹係數，試驗所用之儀器為高壓蒸煮鍋及量測水泥砂漿長度變化的比較側長儀；高壓蒸煮鍋即高壓蒸氣爐裝有自動壓力控制器並設有安全閥，從開始加壓時起在45~75分鐘內鍋爐內之壓力會到達規範之指定壓力20.8kgf/cm2，並維持至少三小時，蒸煮結束後將試體取出，於15分鐘內使水溫降至23度，保持試體及水在此溫度15分鐘，然後量其長度變化，其分析結果如下表一。
Figure 112119845-A0305-12-0011-1
實施例A、實施例B、實施例C以及實施例D該地磚之分別之熱壓膨脹分析如上表一所述之，其中，個別的實施例之該磚體雖然均有膨脹，但均 無破裂之現象發生，且膨脹率也都有低於規範限制值0.8%，因此以本發明製作出之該地磚係符合國家標準CNS1258規範之規定。
以上所述之實施例，本發明係為一種應用混燒灰渣製備地磚之方法，使用爐石粉作為無機聚合技術之原料，搭配天然砂及鹼性溶液並以混燒灰及混燒底渣取代天然砂後進行混拌，透過高壓製成磚體，有效將混燒灰及混燒底渣進行資源化運用，更可以於產品製作過程減少使用水泥粉所產生之二氧化碳。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
S10:步驟
S20:步驟
S30:步驟
S40:步驟

Claims (5)

  1. 一種應用混燒灰渣製備地磚之方法，其包含： 取一固體再生燃料進行一燃燒製程後，產生一混燒灰以及一混燒底渣； 取該混燒灰及一爐石粉進行混拌，並依據一攪拌比例加入一天然砂或/及該混燒底渣混拌一第一時間後，形成一混合底料； 取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料；以及 將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚； 其中，該混燒灰之一重量百分比係為20 Wt%到60 Wt%，該爐石粉之一重量百分比係為20 Wt%，而當該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為0 Wt%時，該天然砂之一重量百分比係為20 Wt%到60 Wt%，該混燒灰及該天然砂之該重量百分比之總和為80 Wt%，而當該攪拌比例之該混燒底渣之一重量百分比係為10 Wt%時，該天然砂之一重量百分比係為10 Wt%。
  2. 如請求項1所述之應用混燒灰渣製備地磚之方法，其中於取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料後之步驟中，其中該鹼性溶液係為一鈉鹽溶液。
  3. 如請求項2所述之應用混燒灰渣製備地磚之方法，其中該鈉鹽溶液係為一NaOH溶液或一Na 2SO 3溶液。
  4. 如請求項1所述之應用混燒灰渣製備地磚之方法，其中於取該混合底料與一鹼性溶液依據一液固比混拌一第二時間後，形成一漿料後之步驟中，該液固比係介於0.2至0.3之間。
  5. 如請求項1所述之應用混燒灰渣製備地磚之方法，其中於將該漿料灌入一製磚模具，並依據一壓力進行一高壓製程後，形成一地磚之步驟中，該壓力係介於70 Kgf/cm 2至90 Kgf/cm 2之間。
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期刊 徐佩璇 "混燒飛灰特性研究及再利用之可行性評估" 土木工程學系碩士論文 國立中央大學 2022年8月1日 *

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