TWI761775B - 廢鑄砂資源化處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種廢鑄砂資源化處理方法，並將其應用於陶粒生產。該方法著重於將廢鑄砂作為陶粒生產原料中之副原料，使其與淤泥黏土主原料進行適當比例之均勻混合後，再透過乾燥、磁選與粉磨；生粒料製粒；陶粒迴轉窯焙燒步驟製成陶粒。利用廢鑄砂中的氧化鐵(Fe₂O₃)與氧化亞鐵(FeO)等含鐵成分，作為焙燒步驟中的助熔劑與膨脹劑，間接促使生產之陶粒品更具節能、輕質、隔熱、與抗震等特性，進一步可廣泛應用於綠建材、農園藝機介質材、淨水濾料材等領域，達永續循環經濟之目的。

Description

廢鑄砂資源化處理方法

本發明係有關一種將廢鑄砂資源化處理方法，其特徵在於，將廢鑄砂與淤泥黏土進行混合後，經製粒及焙燒製成陶粒。

一般而言，廢鑄砂的定義為：金屬基本工業、金屬製品製造業或機械設備製造修配業在鑄造製程中所產生之廢棄鑄砂與集塵設備中所收集之鑄砂粉末物質，其主要成分為二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)及氧化鐵(Fe₂O₃)等。依據環保署規定之「公告應回收或再利用廢棄物代碼」，廢鑄砂屬於可回收再利用廢棄物(R-1201)。

按，環境工程學會、經濟部工業局及環保署的資料統計，我國近年來平均每年之廢鑄砂產量約為150萬噸。而目前主要的資源再利用化管道如大地工程的掩埋覆土、路基材料、建築填材；土木材料中的混凝土填充材、水泥添配料；農業產品的肥料添配劑等。但由於過往常被資源再利用化之管道雖多，但目前仍無法有效消化逐年增加的廢鑄砂產量。

故，據上述廢鑄砂去化管道及目前去化之瓶頸，本發明人 則試將廢鑄砂作為陶粒原料的添配料，除增加廢鑄砂的去化管道外，透過摻配廢鑄砂後的原料性質轉變，以更綠能環保的方式，進行陶粒的生產與改良。

造成陶粒的生成機制原理，歷經數十年來的研究，可由以下幾個觀點進行切入：

物理的三相變化：陶粒的焙燒製成有兩大必要構成因素，其一陶粒在高溫焙燒的過程中由固態慢慢熔融成液態，隨著焙燒時間變長，部分液態物質轉變為氣態並逐漸增加內部壓力，其二與此同時在陶粒表面之熔融態必需產生足夠黏滯度，阻礙內部氣體往外溢散。當兩必要因子同時發生時，又得以適時地進行冷卻，即形成表面緻密光滑，內部具有無數氣孔之陶粒輕質骨材。

原料化學成份及其熱化學反應：根據Charles.M.Riley(1951)的研究，其受美國內政部礦物局所委託，欲由全美國各地找出可以量產陶粒之適合性原料，分析了由全美國各地採得之81件黏土及頁岩。發現其中有39件樣本會膨脹，42件樣本不會膨脹。透過礦物樣本之化學性質分析與統計歸納結果，發現氧化鋁(Al₂O₃)含量越高雖會提高原料之熔點，但於陶粒焙燒過程中增加陶粒之塑性並增加生成陶粒之強度。而二氧化矽(SiO₂)含量越高雖會降低原料之熔點，但會降低生成陶粒之強度。而氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈉(Na₂O)、氧化鉀(K₂O)因熔點低，除構成陶粒生成過程中的助熔劑外，亦是構成陶粒膨脹氣體的主要成分。

礦物學結理的熱變化：一般礦物原料在高溫焙燒過程中， 若溫度超過礦物熔點時，因熱脫羥基作用，使礦物由原本穩定的結晶結構發生一系列的礦物相轉變而產生新的結晶構造。由過去的文獻中已知，陶粒燒成主要原料大多為黏土礦物。

不論是廢鑄砂或是淤泥黏土，均屬我國亟待處理之可再利用資源，故本發明之動機係以淤泥黏土為主要原料，廢鑄砂為副原料，一併將其資源化再利用生產成陶粒產品後，應用於營建(含結構用與非結構用之水泥混凝土骨材原料)、園藝(土壤機介質原料)及淨水(濾材原料)，使其再利用資源可納入永續使用循環外，透過生產燃料效能的改善，亦可有效降低燃料使用量，達到節能減碳效果。

本發明之主要目的在於提供一種廢鑄砂資源化處理方法，可有效將廢鑄砂與淤泥黏土進行最佳化添配，除可將兩大再利用資源納入永續經濟循環外，本系統亦可有效降低生產陶粒時的焙燒溫度，藉以達到節能減碳效果。

因此，為達本發明之目的，本發明提供一種廢鑄砂資源化處理方法，包含以下步驟：

廢鑄砂的成分分析：廢鑄砂進廠前，須先進行其元素成分、含量分析及含水量測定；乾燥、磁選與粉磨：將進廠後的廢鑄砂，置入於旋轉乾燥窯中乾燥，並以電磁鐵將廢鑄砂中的磁性金屬成分進行分離去除，再進行粉磨並透過篩網進行過篩，來確保廢鑄砂粒徑小於150μm；加水攪拌：依成分分析之結果，按比例混合淤泥黏土與廢鑄砂後，加水進 行均勻攪拌；生粒料製粒：混合後再經擠壓製粒、滾圓和良篩後得生粒料；陶粒迴轉窯焙燒：生粒料透過陶粒迴轉窯之預熱段將生粒料中水分去除後，再透過陶粒迴轉窯之焙燒段，以900至1,200℃高溫焙燒將生粒料焙燒成陶粒成品。

藉由上述步驟將廢鑄砂作為礦物添加料生產陶粒，確實具有下列優點，其詳述如下：

1.符合廢棄資源再利用並將其納入永續經濟循環之精神。

2.減少燃料用量(添加廢鑄砂之陶粒約降25℃的燒成溫度)，降低燃料成本外，亦有效提升能源效率，達到節能減碳之環保精神。

3.添加廢鑄砂後可有效提高陶粒之連通孔隙，使其具有較高之濾水性，擴大其產品被應用之領域範圍，如園藝、淨水等領域上之使用。

4.添加廢鑄砂後之陶粒不僅符合綠建材之理念與相關規定，更可提高其原料端及產品端的附加價值。

S1:廢鑄砂的成分分析

S2:乾燥、磁選與粉磨

S3:加水攪拌

S4:生粒料製粒

S5:陶粒迴轉窯焙燒

圖1 為本發明之廢鑄砂資源化處理方法的步驟流程圖。

本發明包括下列步驟之任意組合，實施方式如下範例所示：

製作陶粒之步驟流程請參考圖1，包含以下步驟：

廢鑄砂的成分分析步驟S1：

廢鑄砂會隨著不同的金屬基本工業、金屬製品製造業或機械設備製造修配業，在不同的鑄造程序、熔煉過程及集塵設備方式不同，造成其成分有所不同。故每批廢鑄砂進廠前，均須先以X-射線螢光分析儀(X-ray Fluorescence，XRF)等方式進行廢鑄砂中的二氧化矽(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化鐵(Fe₂O₃)等元素之成分及含量分析，並以烘箱進行廢鑄砂中含水量之測定，本發明對一廢鑄砂樣本進行檢測，其成分分析數據如表1 所示：

乾燥、磁選、粉磨步驟S2：

將進廠後的廢鑄砂，置入於旋轉乾燥窯中進行乾燥，而旋轉乾燥窯之熱源於乾、濕季時有所不同。乾季以鼓風機抽取產線上之餘廢熱進入旋轉乾燥窯內，進行廢鑄砂之乾燥；濕季則透過旋轉乾燥窯之窯頭所附設燃燒設備及窯尾的抽氣設備，以明火方式進行廢鑄砂之乾燥。完成乾燥後之廢鑄砂透過電磁鐵將其中的磁性金屬成分去除，再透過粉磨機進行粉磨，完成粉磨後的廢鑄砂以篩網進行過篩，來確保其粒徑小於150μm。

加水攪拌步驟S3：

廢鑄砂經前述步驟處理後，以皮帶機搭配計量器，使廢鑄 砂與淤泥黏土進行比例摻配混合後，再使用雙軸混煉攪拌機進行混拌，同時添加適當水分，使其達到適合製粒的土壤塑性條件。

摻配混合比例則依據廢鑄砂及黏土檢測後之成分分析數據進行調整，以本發明所取得一淤泥黏土樣本，其成分分析數據，如表2 所示：

以本發明所取用成分如表1 所示之廢鑄砂5~30%(樣本A)及成分如表2 所示之黏土(樣本B)70~95%進行摻配混合，該混合物其二氧化矽(SiO₂)約佔50~80%、氧化鋁(Al₂O₃)含量約佔10~25%、助熔成份的鹼土金屬氧化物(CaO+MgO)及鹼金屬氧化物(Na₂O+K₂O)加總含量占5~25%。

生粒料製粒步驟S4：

該拌合後的混合物經對輥製粒機進行生粒料的擠壓製粒、並以滾圓機進行整圓得生粒料。

陶粒迴轉窯焙燒步驟S5：

該生粒料需先經過陶粒迴轉窯之預熱段將水分去除，防止高溫焙燒過程中因水分迅速蒸發造成燒裂，後經過陶粒窯之焙燒段，以900~1,200℃高溫焙燒將生粒料焙燒製成陶粒成品，再通過冷卻機進行冷卻，來防止陶粒成品因迅速冷卻所造成冷裂影響強度，最後經滾篩機篩 分，以利進行分級與後續品管。

藉由上述步驟，本發明之實施方式確實能達到所預期之功效，又其所揭露之製程及製品，不僅未曾見諸於同類技術領域中，亦未曾公開於申請前，以上僅以實例說明本發明之構成樣態，然並非用以對本發明欲保護之範疇加以限制，基於本實施方式之修飾或變更而完成之創作，亦被視為包括於本發明的權力範疇內。

Claims (1)

1. 一種廢鑄砂資源化處理方法，包括下列步驟之任意組合：廢鑄砂的成分分析步驟S1：該步驟採用X-射線螢光分析儀(X-ray Fluorescence，XRF)方式進行廢鑄砂的化學及礦物成分含量分析、以及採用烘箱進行廢鑄砂之含水量測定；乾燥、磁選與粉磨步驟S2：該步驟之乾燥程序採用旋轉乾燥窯進行乾燥；該步驟之磁選程序，採用電磁鐵將廢鑄砂中的磁性金屬成分進行分離去除；該步驟之粉磨程序，採用粉磨機進行粉磨，並採用篩網進行過篩確保廢鑄砂之粒徑小於150μm；加水攪拌步驟S3：該步驟採用雙軸混煉攪拌機進行，取用廢鑄砂5~30%及淤泥黏土70~95%，同時加水均勻攪拌得一混合物；生粒料製粒步驟S4：該步驟採用對輥製粒機進行生粒料之製粒，由混合物製粒後得生粒料，並採用滾圓篩進行整圓並篩除碎泥團後進入S5步驟，篩除之碎泥團將以輸送帶送回重複S3及S4步驟；陶粒迴轉窯焙燒步驟S5：該步驟先通過陶粒迴轉窯之預熱段將生粒料之水分去除後，再經過陶粒迴轉窯之焙燒段的高溫焙燒與冷卻機之冷卻，將生粒料焙燒製成陶粒成品，陶粒於陶粒迴轉窯之預熱段及焙燒段之停留時間，採用轉速控制在每分鐘30至80轉之間，陶粒迴轉窯採用燃燒器控制其火焰溫度、火焰形狀，藉以調控陶粒焙燒時的之溫度維持在900至1,200℃。

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