TWI518041B - 自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種處理廢棄物的方法,特別係關於一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉的方法。
拜光電產業的發展之賜,提升了人類的生活品質也帶來了便利,但同時也出現許多製造光電產品過程中所產生的廢棄物,如:廢氫氟酸液及含鉬廢液等光電產業廢棄物,這些光電產業廢棄物通常含有混雜有氟、強酸或重金屬等物,此等物質對地球環境及人體都潛在著危害風險,需要進一步地回收處理。特別是台灣目前為提供全球面板及太陽能產品的主要國家之一,因此生產成品的過程中所產生的光電產業廢棄物數量更是驚人,目前發展出幾種習用處理光電產業廢棄物的方法,以將光電產業廢棄物降低毒性再行排放,或者自光電產業廢棄物中回收可再利用之物質。
習用處理光電產業廢棄物的方法之一為在一氫氟酸廢液中加入高純度之二氧化矽,以自該氫氟酸廢液中的氟及矽以氟矽酸鈉的組成形式沉澱而出,並獲得一低含氟量之廢液。然而,高純度之二氧化矽的價格高,因此以該習用處理光電產業廢棄物的方法之處理成本無法降低。
另一習用處理光電產業廢棄物的方法為在一廢氫氟酸液中加入含鈉化合物或含鋁化合物與含鈉化合物之混合物,以將氟從該氫氟酸廢液中分離,並生成冰晶石(即氟鋁酸鈉,Na3AlF6)。然而,由於該廢氫氟酸液中常含有二氧化矽等矽物質,該習用處理光電產業廢棄物的方法並
無法去除廢氫氟酸液中的矽物質,是以,該方法相當容易產生化學污泥,具有造成二次污染的風險。
另外,隨著全世界工業化的時代到來,金屬觸媒的使用率越來越高,尤其是含鎳、鋁及釩等的金屬觸媒應用性更是廣泛。然而,使用後的金屬觸媒因失去活性而成為一廢觸媒,該廢觸媒對地球環境造成莫大的負擔,故需進一步地回收處理。
習用處理廢觸媒的方法為利用鈉化焙燒法燃燒一含鎳及鋁之廢觸媒,以生成一含鎳鋁精礦,並進一步地將該鎳鋁精礦利用電爐熔融形成一鎳鋁合金,雖該鎳鋁合金可供販賣,惟,由於該鎳鋁合金中鎳與鋁的含量不一,導致該鎳鋁精礦的市場價值低落,進而使習用處理廢觸媒的方法經濟效益不佳;再者,電爐熔融需要在高溫下進行,在過程中容易造成環境污染且能耗亦高。
有鑑於此,的確有必要提供一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,以解決上述習用處理光電產業廢棄物方法存在的處理成本過高的問題,並且解決上述習用處理廢觸媒的方法存在的經濟效益低落、容易造成環境污染及能耗高等問題。
本發明之主要目的係提供一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可以利用另一廢棄物自該氫氟酸廢液中將氟以氟鋁酸鈉的形式沉出,以降低氫氟酸廢液之處理成本者。
本發明之另一目的係提供一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可將該氫氟酸廢液中的矽以氟矽酸鈉的形式沉出,以減少處理氫氟酸廢液時所產生之化學淤泥。
本發明之再一目的係提供一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可將一鎳精礦由一鎳鋁精礦提出,以增加處理廢觸媒之經濟效
益。
本發明之又一目的係提供一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可在低能耗的情況下將一鎳精礦由一鎳鋁精礦提出,以降低處理廢觸媒所需能耗者。
為達到前述發明目的,本發明所運用之技術手段及藉由該技術手段所能達到之功效包含有:
一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係包含:提供一鎳鋁精礦;將該鎳鋁精礦與一含鈉鹼粉混合,於200~800℃下反應2~4小時,以生成一第一燒結物;將該第一燒結物浸入60~100℃的水中反應0.5~2小時,以獲得一鎳精礦及一鋁酸鈉溶液;將一鹼性物質加入該鋁酸鈉溶液中,以獲得一鋁酸鈉貴液及氫氧化鋁;提供一氫氟酸廢液;將該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液與一鈉鹽混合,於60~100℃下反應1~4小時,其中,該鹼性物質係選自由氫氧化鎂、氫氧化鈣及氫氧化鈉所組成之群組。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鎳鋁精礦為一含鎳及鋁之廢觸媒經鈉化焙燒法所生成之產物。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該含鈉鹼粉係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉及氫氧化鈉所組成之群組。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鈉鹽係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉及硫酸鈉所組成之群組。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鈉鹽係以理論反應量的1至3倍與該氫氟酸廢液及該鋁酸鈉貴液混合反應。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鋁酸鈉貴液的酸鹼值為pH 11~12。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該氫氟
酸廢液之矽含量係小於1wt%。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,係藉由加入一含鈉鹽類,使該氫氟酸廢液之矽含量小於1wt%。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該含鈉鹽類係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉及硫酸鈉所組成之群組。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可以利用另一廢棄物自該氫氟酸廢液中將氟沉出,以達到降低氫氟酸廢液之處理成本的功效。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可將該氫氟酸廢液中的矽以氟矽酸鈉的形式沉出,以減少處理氫氟酸廢液時所產生化學淤泥之功效。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可將一鎳精礦由一鎳鋁精礦提出,以達到增加處理廢觸媒經濟效益之功效。
本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可在低能耗的情況下將一鎳精礦由一鎳鋁精礦提出,以降低處理廢觸媒所需能耗者。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係包含:提供一鎳鋁精礦;將該鎳鋁精礦與一含鈉鹼粉混合反應,以生成一第一燒結物;將該第一燒結物浸入溫水中反應,以獲得一鎳精礦及一鋁酸鈉溶液;將一鹼性物質加入該鋁酸鈉溶液中,以獲得一鋁酸鈉貴液及氫氧化鋁;提供一氫氟酸廢液;將該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液與一鈉鹽混合反應,以生成氟
鋁酸鈉。
詳言之,該鎳鋁精礦係為一含鎳及鋁之廢觸媒經鈉化焙燒法所生成之產物,鎳鋁精礦中含有金屬鎳及金屬鋁,鈉化焙燒法即為在固態物料加入鈉化劑燃燒,並生成易溶於水之鈉化合物,此為本領域具有通常知識者所知悉,在此不再贅述。該含鈉鹼粉係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉及氫氧化鈉所組成之群組,於本實施例中,該含鈉鹼粉係選用碳酸鈉。
首先,將該鎳鋁精礦與該含鈉鹼粉混合,並於200~800℃下反應2~4小時,以生成一第一燒結物。更詳言之,該鎳鋁精礦及該含鈉鹼粉混合並於上述之條件下進行反應時,該鎳鋁精礦中的金屬鋁會與該含鈉鹼粉作用,以生成鋁酸鈉,藉此將該鎳鋁精礦中的金屬鋁以鋁酸鈉的形式釋出,使該鎳鋁精礦去除金屬鋁後產生該鎳精礦,該第一燒結物即包含鋁酸鈉、該鎳精礦及未反應之含鈉鹼粉等物質。
續將該第一燒結物浸入60~100℃的水中反應0.5~2小時,以將該鎳精礦分離並獲得一鋁酸鈉溶液。詳言之,由於鋁酸鈉在溫熱水中的溶解度高,故在反應0.5~2小時後即形成該鋁酸鈉溶液,藉此與不溶於溫水之該鎳精礦分離。值得注意的是,該第一燒結物與水反應時的溫度不係低於100℃,以避免水達沸點而沸騰;另外,該第一燒結物及水混合時之溫度則應在60℃以上,以加速該第一燒結物中的鋁酸鈉溶解於水中的速率。較佳地,係清洗獲得之鎳精礦,以獲得本發明之自氫氟酸廢液中回收氟鋁酸鈉的第一產物。
接著,將該鹼性物質加入該鋁酸鈉溶液中,以獲得氫氧化鋁及一鋁酸鈉貴液。詳言之,該鹼性物質為本身含有OH-官能基或經水解後可獲得OH-官能基之化合物,較佳地,該鹼性物質係選自由氫氧化鎂、氫氧化鈣及氫氧化鈉所組成之群組,於本實施例中,該鹼性物質為氫氧化鈉。
當該鹼性物質釋出OH-官能基時,OH-官能基會與該鋁酸鈉溶液中的鋁離子(Al3+)反應,以生成氫氧化鋁析出,添加該鹼性物質將會使獲得之該鋁酸鈉貴液的鹼度提高至約pH 11~12,而經添加鹼性物質之鋁酸鈉溶液中的鋁含量因氫氧化鋁析出而降低,並獲得含較高純度鋁酸鈉之鋁酸鈉貴液。較佳地,係清洗獲得之氫氧化鋁,以獲得本發明之自氫氟酸廢液中回收氟鋁酸鈉的第二產物。並且,較佳係將該鹼性物質慢慢加入該鋁酸鈉溶液中,並同時藉由觀察氫氧化鋁是否自該該鋁酸鈉溶液沉出決定該鹼性物質的添加量,當氫氧化鋁大量析出時,則停止加入該鹼性物質。
該氫氟酸廢液係由生產光電產品的過程中所產生,該氫氟酸廢液係含有至少一種不純物,該不純物可能為溶解於該氫氟酸廢液中的矽、二氧化矽、鹽酸、硫酸、硝酸及金屬陽離子等。而該氫氟酸廢液隨著生產光電產品時的製程不同,其中的矽含量大約為5~10wt%,因此,較佳地,與該鋁酸鈉貴液混合之前,係先將該氫氟酸廢液之矽含量降低至1wt%以下,以防止與鋁酸鈉貴液反應時,氫氟酸廢液中內含的矽物質對後續形成氟鋁酸鈉的反應產生干擾,係可利用各種方法降低該氫氟酸廢液中的矽含量,在此並不設限,於本實施例中,係藉由加入一含鈉鹽類,使該氫氟酸廢液中的矽物質以氟矽酸鈉的形式沉出,令該氫氟酸廢液之矽含量小於1wt%,該含鈉鹽類係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉及氫氧化鈉所組成之群組。
續混合該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液與該鈉鹽,於常壓並60~100℃下反應1~4小時,以生成氟鋁酸鈉與一餘液(反應式詳見化學式(1))。該鈉鹽係可以選自由氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉或氫氧化鈉所組成之群組,該鈉鹽之純度等級較佳係為工業級以上,在此並不對該鈉鹽的種類及純度多做限制,惟該鈉鹽係對該氫氟酸廢液及該鋁酸鈉貴液具有反應活性,以生成氟鋁酸鈉。由於氟鋁酸鈉於水中的溶解度低,故當氟鋁酸鈉
生成後,係以沉澱物的形式析出,較佳地,可進一步將氟鋁酸鈉與該餘液分離,續以清水清洗氟鋁酸鈉並烘乾,以獲得本發明自氫氟酸廢液中回收氟鋁酸鈉之方法的第三產物。
6HF+NaAlO2+Na2CO3 → Na3AlF6+3H2O+CO2 化學式(1)
較佳地,係可藉由化學式(1)之該鈉鹽與該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液共同反應生成氟鋁酸鈉之反應式,得知該鈉鹽具有理論反應量,然而,為防止上述反應不完全,該鈉鹽的添加量係較佳可為理論反應量的1~3倍。
為了證實本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,得以利用該鎳鋁精礦中的鋁,成功地使氫氟酸廢液中的氟沉降以獲得氟鋁酸鈉,並且可順利自該鎳鋁精礦分離鎳及鋁,以獲得高純度之鎳精礦,係進行以下測試:
(A)鎳精礦之成分分析
於本試驗中,係將1000g之鋁含量為45wt%及鎳含量為4wt%之鎳鋁精礦,與含鈉鹼粉於600℃下反應2小時,並藉由改變含鈉鹼粉的反應量為鎳鋁精礦重量的50%(第A1組)、70%(第A2組)及100%(第A3組),續將獲得之該第一燒結物浸入80℃水中反應2小時,以獲得該鎳精礦及該鋁酸鈉溶液,利用感應偶合電漿質譜儀(Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy,ICP-MS)分別對該鎳鋁精礦及該鎳精礦進行成分分析,並進一步地藉由成分分析結果計算出鋁被浸出率及鎳被浸出率,分析結果請參照表1所示,在此係選用碳酸鈉作為該含鈉鹼粉。詳言之,鋁被浸出率的計算方式為:鋁被浸出率(%)=((〔該鎳鋁精礦中的鋁含量〕-〔該鎳精礦中的鋁含量〕)/該鎳鋁精礦中的鋁含量)×100%,同理,鎳被浸出率亦由相同方式計算而得。
表1:鋁被浸出率及鎳被浸出率的分析結果
請參照表1所示,當鎳鋁精礦與反應量為鎳鋁精礦重量的X1~X3%之含鈉鹼粉反應後,大約95%的鋁在反應過程中自該鎳鋁精礦分離,而鎳則未因反應而消耗,故分析結果偵測不到該鎳鋁精礦及該鎳精礦中的鎳含量變化。故,由測試結果可得知,當該鎳鋁精礦經由混合該含鈉鹼粉後,可去除其中的鋁進而獲得高純度之鎳精礦。在此係進一步地針對該鋁酸鈉溶液進行成分分析,得到該鋁酸鈉溶液中的鋁含量為71g/l。
(B)沉出氫氧化鋁之測試
於本測試中,係將1000ml之鋁含量為71g/l之鋁酸鈉溶液加入該鹼性物質調整該鋁酸鈉溶液之酸鹼值至pH 11~12,以獲得該鋁酸鈉貴液及氫氧化鋁,由於氫氧化鋁析出,故經添加鹼性物質的鋁酸鈉溶液中之鋁含量會下降,使該鋁酸鈉貴液中之鋁含量減至約30~40g/l,本試驗之該鹼性物質係選用氫氧化鈉。
(C)沉出氟鋁酸鈉測試
於本試驗中,係分別以不同反應量之鈉鹽進行沉出氟鋁酸鈉測試,本試驗之鈉鹽係選用碳酸鈉,並調整該鈉鹽之反應量為理論反應量(第C1組)、理論反應量的2倍(第C2組)及理論反應量的3倍(第C3組),第C1~C3組與500ml之鋁含量為35g/l之鋁酸鈉貴液,以及1000ml之氟含量為45g/l且矽含量小於1wt%之氫氟酸廢液於80℃下反應2小時,以生成氟鋁酸鈉及該餘液,利用感應偶合電漿質譜儀針對該鋁酸鈉貴液、該氫氟酸廢液及該餘液進行成分分析,並進一步計算獲得氟沉出率及鋁沉出率,測試結果請參照下表2。詳言之,氟沉出率的計算方式為:氟沉出
率(%)=((〔該氫氟酸廢液中的氟含量〕-〔餘液中的氟含量〕)/該氫氟酸廢液中的氟含量)×100%;鋁沉出率的計算方式為:鋁沉出率(%)=((〔該鋁酸鈉貴液中的鋁含量〕-〔餘液中的鋁含量〕)/該鋁酸鈉貴液中的鋁含量)×100%。
如表2所示,當該鈉鹽的反應量為理論反應量的1~3倍時,氟及鋁皆可達到92%以上之沉出率,並經由產物之成分分析確定該氫氟酸廢液中的氟及該鋁酸鈉貴液中的鋁以氟鋁酸鈉的組成沉澱而出。
(D)不同鈉鹽種類之沉出氟鋁酸鈉測試
於本試驗中,係分別以不同種類之鈉鹽進行沉出氟鋁酸鈉測試,本試驗之鈉鹽係選用碳酸鈉(第D1組)、氯化鈉(第D2組)、硫酸鈉(第D3組)及碳酸氫鈉(第D4組),第D1~D4組加入之鈉鹽皆為理論反應量的2倍,該鈉鹽係與500ml之鋁含量為35g/l之鋁酸鈉貴液,以及1000ml之氟含量為45g/l且矽含量小於1wt%之氫氟酸廢液於80℃下反應2小時,利用感應偶合電漿質譜儀針對該鋁酸鈉貴液、該氫氟酸廢液及該餘液進行成分分析,並進一步計算獲得氟沉出率及鋁沉出率,測試結果請參照下表3。本測試與測試(C)中的氟沉出率及鋁沉出率的計算方式相同,在此不再贅述。
如表3所示,選用該鈉鹽種類為碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉及碳酸氫鈉皆可獲得95%以上之氟沉出率,以及91%以上之鋁沉出率,並經由產物之成分分析確定該氫氟酸廢液中的氟及該鋁酸鈉貴液中的鋁以氟鋁酸鈉的組成沉澱而出。
(E)反應之再現性測試
本測試中,反應量為理論反應量2倍之該鈉鹽係與500ml之鋁含量為35g/l之鋁酸鈉貴液,以及1000ml之氟含量為45g/l且矽含量小於1wt%之氫氟酸廢液於80℃下反應2小時,利用感應偶合電漿質譜儀針對該鋁酸鈉貴液、該氫氟酸廢液及該餘液進行成分分析,並進一步計算獲得氟沉出率及鋁沉出率,測試結果請參照表4所示。於本試驗中,該鈉鹽係選用碳酸鈉,上述反應操作4次分別為第E1組、第E2組、第E3組及第E4組,藉本試驗得知反應的再現性高低。
由表4可知,不同組別所獲得之氟沉出率相當接近,由此可證該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液與該鈉鹽混合生成氟鋁酸鈉之反應,再現性係良好。
(F)該氟鋁酸鈉之成分分析
本試驗係針對試驗(E)中所產生的氟鋁酸鈉利用感應偶合電漿質譜儀針進行成分分析,本試驗中第F1~F4的分析對象分別為第E1~E4組所產生之氟鋁酸鈉並依序經清洗及烘乾之步驟所得的產物,分析結果如下表5所示。
除了上述該氟鋁酸鈉之成分分析外,另針對該氟鋁酸鈉進行成分分析,結果顯示該氟鋁酸鈉之純度大於99%,意即該氟鋁酸鈉中所含的雜質係低於1%,該氟鋁酸鈉為一合格成品,可供進一步販賣。
綜上所述,本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係利用鎳鋁精礦作為鋁的來源,與氫氟酸廢液在加入該鈉鹽的環境下共同反應,以生成高純度的氟鋁酸鈉。本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可以利用含鋁及鎳之廢觸媒,自該氫氟酸廢液中將氟以氟鋁酸鈉的形式沉出,以達到降低氫氟酸廢液處理成本之功效。
另外,本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可將該氫氟酸廢液中的矽以氟鋁酸鈉的形式沉出,由於獲得之氟鋁酸鈉的純度高,可供進一步地利用,進而可達到減少處理氫氟酸廢液時所產生的化學淤泥之功效。
再者,本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係可一該鎳鋁精礦中將鋁去除以獲得該純度高之鎳精礦,進而達到增加處理廢觸
媒經濟效益之功效。
又,本發明之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係依序利用相對低溫的燒結法及溫水浸出法,在低能耗的情況下將該鎳精礦由該鎳鋁精礦提出,可以達到降低處理廢觸媒所需能耗之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (9)
- 一種自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,係包含:提供一鎳鋁精礦;將該鎳鋁精礦與一含鈉鹼粉混合,於200~800℃下反應2~4小時,以生成一第一燒結物;將該第一燒結物浸入60~100℃的水中反應0.5~2小時,以獲得一鎳精礦及一鋁酸鈉溶液;將一鹼性物質加入該鋁酸鈉溶液中,以獲得一鋁酸鈉貴液及氫氧化鋁;提供一氫氟酸廢液;及將該氫氟酸廢液、該鋁酸鈉貴液與一鈉鹽混合,於60~100℃下反應1~4小時,其中,該鹼性物質係選自由氫氧化鎂、氫氧化鈣及氫氧化鈉所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鎳鋁精礦為一含鎳及鋁之廢觸媒經鈉化焙燒法所生成之產物。
- 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該含鈉鹼粉係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉及氫氧化鈉所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鈉鹽係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉及硫酸鈉所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鈉鹽係以理論反應量的1至3倍與該氫氟酸廢液及該鋁酸鈉貴液混合反應。
- 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該鋁酸鈉貴液的酸鹼值為pH 11~12。
- 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其 中,該氫氟酸廢液之矽含量係小於1wt%。
- 如申請專利範圍第7項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,係藉由加入一含鈉鹽類,使該氫氟酸廢液之矽含量小於1wt%。
- 如申請專利範圍第8項所述之自氫氟酸廢液回收氟鋁酸鈉之方法,其中,該含鈉鹽類係選自由碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉及硫酸鈉所組成之群組。
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