TW202000597A

TW202000597A - 硫酸銨回收再利用方法

Info

Publication number: TW202000597A
Application number: TW107121521A
Authority: TW
Inventors: 林再添; 賴家燕
Original assignee: 日玉盛複合材料股份有限公司
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-01-01

Abstract

一種硫酸銨回收再利用方法，首先是將一硫酸銨水溶液與一氫氧化鈣加入一反應單元中，使硫酸銨水溶液與氫氧化鈣反應形成一硫酸鈣粒子與一氨水水溶液；然後利用一過濾單元分離硫酸鈣粒子與氨水水溶液；接著利用一蒸餾單元對氨水水溶液進行蒸餾純化而產生一氨水；再來是將一結晶助劑與硫酸鈣粒子加入一硫酸鈣反應單元，使硫酸鈣粒子與結晶助劑反應形成一硫酸鈣水溶液；最後是將硫酸鈣水溶液通入至一硫酸鈣晶鬚生長單元，使硫酸鈣水溶液於硫酸鈣晶鬚生長單元中結晶形成一硫酸鈣晶鬚。

Description

硫酸銨回收再利用方法

本發明係有關於一種硫酸銨回收再利用方法，尤其是指一種利用硫酸銨製備出硫酸鈣晶鬚與氨水之硫酸銨回收再利用方法。

半導體產業在製造過程中，通常會排出硫酸等廢液，而目前技術對硫酸廢液的處理，主要是藉由通入氨氣來與硫酸反應，進而生成硫酸銨。一般來說，硫酸銨因為含有氮，通常是當作氮肥而施加於農耕土壤中，但由於工業廢液所製得的硫酸銨有可能會受到重金屬的汙染，因此礙於法令的限制，導致工業廢液所製得的硫酸銨無法作為肥料使用，只能轉作為淨水、造紙或顏料的原料，相對了限制了硫酸銨的用途，進而無法產生較高的經濟價值。

有鑒於在現有的技術中，工業產生的硫酸廢液在經過加氨生成硫酸銨之產物後，礙於法令的規定而無法作為肥料，只能作為淨水、造紙或顏料使用，不僅限制了硫酸銨的用途，而且所能產生的經濟價值也不高；緣此，本發明之主要目的在於提供一種硫酸銨回收再利用方法，可以有效地將硫酸銨回收製成較具有經濟價值的產物。

為了達到上述目的，本發明所採用之必要技術手段是提供一種硫酸銨回收再利用方法，包含以下步驟：首先步驟(a)是將一硫酸銨水溶液與一氫氧化鈣加入一反應單元中，使硫酸銨水溶液與氫氧化鈣反應形成一硫酸鈣粒子與一氨水水溶液；然後步驟(b)是利用一過濾單元分離硫酸鈣粒子與氨水水溶液；接著步驟(c)是利用一蒸餾單元對氨水水溶液進行蒸餾純化而產生一氨水；再來步驟(d)是將一結晶助劑與硫酸鈣粒子加入一硫酸鈣反應單元，使硫酸鈣粒子與結晶助劑反應形成一硫酸鈣水溶液；最後步驟(e)是將硫酸鈣水溶液通入至一硫酸鈣晶鬚生長單元，使硫酸鈣水溶液於硫酸鈣晶鬚生長單元中結晶形成一硫酸鈣晶鬚。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，在步驟(a)之後更包含一步驟(a1)，利用一砂磨機將硫酸鈣粒子之粒徑磨細。較佳者，在步驟(a1)之後更包含一步驟(a2)，利用一攪拌槽將經過砂磨機磨細之硫酸鈣粒子與氨水水溶液均勻攪拌。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，在步驟(c)之後更包含一步驟(c1)，利用一氨水儲存槽儲存氨水。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，在步驟(e)之後更包含一步驟(e1)，更將硫酸鈣水溶液通入至一硫酸鈣結晶槽，使硫酸鈣水溶液於硫酸鈣結晶槽中結晶形成一硫酸鈣結晶。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，過濾單元為一陶瓷濾膜。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，步驟(c)之蒸餾單元係以至少一蒸餾塔對氨水水溶液進行蒸餾而產生一氨氣，並利用一冷凝吸收設備吸收氨氣而產生氨水。較佳者，至少一蒸餾塔為一超重力短塔。

如上所述，本發明利用氫氧化鈣與硫酸銨反應後，可以生成硫酸鈣與氨氣，然後再將硫酸鈣進一步製造成硫酸鈣晶鬚與硫酸鈣結晶，以及將氨氣提純並收集成氨水，意即藉由本發明所提供之硫酸銨回收再利用方法，可以有效的將硫酸銨廢液轉變成硫酸鈣晶鬚、硫酸鈣結晶與氨水等產物。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

100‧‧‧硫酸銨回收再利用系統

1‧‧‧硫酸銨水溶液儲存槽

2‧‧‧氫氧化鈣儲存槽

3‧‧‧反應單元

4‧‧‧過濾單元

5‧‧‧蒸餾單元

6‧‧‧氨水儲存槽

7‧‧‧結晶助劑供應單元

8‧‧‧硫酸鈣反應單元

9‧‧‧硫酸鈣晶鬚生長單元

10‧‧‧硫酸鈣結晶槽

L1‧‧‧硫酸銨水溶液

L2‧‧‧氨水水溶液

L3‧‧‧氨水

L4‧‧‧結晶助劑

S1‧‧‧氫氧化鈣

S2‧‧‧硫酸鈣粒子

LC1‧‧‧硫酸鈣晶鬚

LC2‧‧‧硫酸鈣結晶

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之硫酸銨回收再利用系統之系統方塊圖；以及第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之硫酸銨回收再利用方法之步驟流程圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之硫酸銨回收再利用系統之系統方塊圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之硫酸銨回收再利用方法之步驟流程圖。

如圖所示，本實施例之硫酸銨回收再利用方法是在一硫酸銨回收再利用系統100之基礎下運作，而硫酸銨回收再利用系統100包含一硫酸銨水溶液儲存槽1、一氫氧化鈣儲存槽2、一反應單元3、一過濾單元4、一蒸餾單元5、一氨水儲存槽6、一結晶助劑供應單元7、一硫酸鈣反應單元8、一硫酸鈣晶鬚生長單元9以及一硫酸鈣結晶槽10。

如第二圖所示，硫酸銨回收再利用方法之步驟S01首先是將一硫酸銨水溶液L1與一氫氧化鈣S1加入反應單元3中，使硫酸銨水溶液L1與氫氧化鈣S1反應形成一硫酸鈣粒子S2與一氨水水溶液L2；其中，如第一圖所示，步驟S01是透過連通於反應單元3之硫酸銨水溶液儲存槽1提供硫酸銨水溶液L1至反應單元3，並且透過是透過連通於反應單元3之氫氧化鈣儲存槽2提供氫氧化鈣S1至反應單元3。其中，在步驟S1形成硫酸鈣粒子S2與氨水水溶液L2之後，步驟S02更可利用砂磨機(圖未示)來將硫酸鈣粒子S2之粒徑磨細，而當硫酸鈣粒子S2之粒徑磨細之後，更可接著步驟S3利用一攪拌槽(圖未示)將經過砂磨機磨細之硫酸鈣粒子S2與氨水水溶液L2均勻攪拌，藉以避免硫酸鈣粒子S2凝聚沉澱。此外，硫酸銨水溶液L1與氫氧化鈣S1之化學反應如以下式(一)所示：Ca(OH)₂+(NH₄)₂SO₄=△=CaSO₄+2NH₃ ↑ +2H₂O...式(一)

接著步驟S04是利用一過濾單元4分離硫酸鈣粒子S2與氨水水溶液L2；在本實施例中，過濾單元4為一陶瓷濾膜。

再來，步驟S05是利用一蒸餾單元5對氨水水溶液L2進行蒸餾純化而產生一氨水L3；在本實施例中，蒸餾單元5是以一蒸餾塔對氨水水溶液L2進行蒸餾而產生一氨氣，並利用一冷凝吸收設備(圖未示)吸收氨氣而產生氨水L3，然而在實務上亦可以多個蒸餾塔對氨水水溶液L2進行蒸餾，而多個蒸餾塔意味著氨水水溶液L2經過更多的蒸餾過程，進而可以使氨氣的濃度更為提高，同時使冷凝吸收設備所吸收產生的氨水L3的濃度也能相對的提高；此外，蒸餾塔在本實施例中例如為一超重力短塔。

承上所述，在氨水水溶液L2經過蒸餾單元5之蒸餾純化產生氨水後，步驟S06更利用氨水儲存槽6 儲存氨水。

在步驟S04利用過濾單元4分離硫酸鈣粒子S2與氨水水溶液L2之後，隨著步驟S05的進行，步驟S07也同時將一結晶助劑L4與硫酸鈣粒子S2加入一硫酸鈣反應單元8中，使硫酸鈣粒子S2與結晶助劑L2反應形成一硫酸鈣水溶液。其中，硫酸鈣反應單元8是連通於過濾單元4與結晶助劑供應單元7，藉以接受過濾單元4所提供之硫酸鈣粒子S2與結晶助劑供應單元7所提供之結晶助劑L4。此外，在本實施例中，結晶助劑L4包含一增溶劑與一分散劑，增溶劑例如為草酸或乙酸等酸性溶液，而分散劑例如為甲醇、乙醇、丙三醇、三乙醇胺或十二烷基苯磺酸鈉等溶液，藉此，硫酸鈣粒子S2會因為結晶助劑L4之增溶劑與分散劑的作用而溶解而離子態，並均質化地分散。

最後，步驟S08是將硫酸鈣水溶液通入至硫酸鈣晶鬚生長單元9與硫酸鈣結晶槽10，使硫酸鈣水溶液於硫酸鈣晶鬚生長單元9中結晶形成一硫酸鈣晶鬚LC1，以及使硫酸鈣水溶液於硫酸鈣結晶槽10中結晶形成一硫酸鈣結晶LC2。其中，硫酸鈣晶鬚生長單元9主要是透過常壓酸化法將硫酸鈣水溶液中之二水硫酸鈣轉為硫酸鈣晶鬚LC1，此處之硫酸鈣晶鬚LC1為半水硫酸鈣晶鬚，但不限於此，在其他實施例中，硫酸鈣晶鬚生長單元9亦可為一蒸氣反應釜，並可在飽和蒸汽壓下透過加熱器將溫度與壓力分別控制在90℃~130℃與0.1MPa~0.3MPa之間，進而使硫酸鈣水溶液中之二水硫酸鈣在硫酸鈣晶鬚生長單元9內透過水熱法形成半水硫酸鈣晶鬚。另一方面，硫酸鈣結晶槽10則是在常壓下加熱60℃~100℃進行乾燥，使硫酸鈣水溶液脫水而形成粒狀結構之硫酸鈣結晶LC2。

綜上所述，由於現有技術是將工業產生的硫酸廢液經過加氨處理成硫酸銨後，將硫酸銨用於淨水、造紙或顏料等領域，不僅限制了硫酸銨的用途，且無法有效的提高硫酸銨所能產生的經濟價值；相較於此，本發明利用氫氧化鈣與硫酸銨反應後，可以生成硫酸鈣與氨氣，然後再將硫酸鈣進一步製造成硫酸鈣晶鬚與硫酸鈣結晶，以及將氨氣提純並收集成氨水，意即藉由本發明所提供之硫酸銨回收再利用系統，可以有效的將硫酸銨廢液轉變成硫酸鈣晶鬚、硫酸鈣結晶與氨水等產物。

其中，由於硫酸鈣晶鬚具有尺寸細微、阻燃、無毒、發煙量小、防腐蝕、耐磨、耐熱、減震與阻尼等功效，因此可應用在塑膠工業、陶瓷工業、塗料工業、金屬行業、化工行業或航空航太先進複合材料等領域，而硫酸鈣結晶可以作為填料使用，此外氨水可以作為化工原料，因此藉由本發明所提供之硫酸銨回收再利用方法，不僅可以使硫酸銨轉變成用途廣泛的硫酸鈣晶鬚、硫酸鈣結晶與氨水，且更因為應用領域的不同而大幅提高了硫酸銨所能產生的經濟價值。

上述僅為本發明較佳之實施例而已，並不對本發明進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

Claims

一種硫酸銨回收再利用方法，包含以下步驟：(a)將一硫酸銨水溶液與一氫氧化鈣加入一反應單元中，使該硫酸銨水溶液與該氫氧化鈣反應形成一硫酸鈣粒子與一氨水水溶液；(b)利用一過濾單元分離該硫酸鈣粒子與該氨水水溶液；(c)利用一蒸餾單元對該氨水水溶液進行蒸餾純化而產生一氨水；(d)將一結晶助劑與該硫酸鈣粒子加入一硫酸鈣反應單元，使該硫酸鈣粒子與該結晶助劑反應形成一硫酸鈣水溶液；以及(e)將該硫酸鈣水溶液通入至一硫酸鈣晶鬚生長單元，使該硫酸鈣水溶液於該硫酸鈣晶鬚生長單元中結晶形成一硫酸鈣晶鬚。
如申請專利範圍第1項所述之硫酸銨回收再利用方法，在步驟(a)之後更包含一步驟(a1)，利用一砂磨機將該硫酸鈣粒子之粒徑磨細。
如申請專利範圍第2項所述之硫酸銨回收再利用方法，在步驟(a1)之後更包含一步驟(a2)，利用一攪拌槽將經過該砂磨機磨細之該硫酸鈣粒子與該氨水水溶液均勻攪拌。
如申請專利範圍第1項所述之硫酸銨回收再利用方法，在步驟(c)之後更包含一步驟(c1)，利用一氨水儲存槽儲存該氨水。
如申請專利範圍第1項所述之硫酸銨回收再利用方法，在步驟(e)之後更包含一步驟(e1)，更將該硫酸鈣水溶液通入至一硫酸鈣結晶槽，使該硫酸鈣水溶液於該硫酸鈣結晶槽中結晶形成一硫酸鈣結晶。
如申請專利範圍第1項所述之硫酸銨回收再利用方法，其中，該過濾單元為一陶瓷濾膜。
如申請專利範圍第1項所述之硫酸銨回收再利用方法，其中，步驟(c)之該蒸餾單元係以至少一蒸餾塔對該氨水水溶液進行蒸餾而產生一氨氣，並利用一冷凝吸收設備吸收該氨氣而產生該氨水。
如申請專利範圍第7項所述之硫酸銨回收再利用方法，其中，該至少一蒸餾塔為一超重力短塔。