4.1 波特蘭水泥的製造[14]
水泥係為石灰石與含鈣、矽、鋁、鐵等氧化物之粘土或頁岩礦物等生 料(Raw Materials)研磨後之混合物，經高溫旋轉窯(Rotary Kiln)煆燒而 得。
煆燒過程中，生料部份形成液態，反應即在固-液相或固-固相間進行。
若生料配方恰當、細度足夠並均勻混合，則在窯中經適當之燒結溫度、停 留時間及冷卻後，可得到水泥熟料礦物—C3S(矽酸三鈣)、C2S(矽酸二鈣)、
C3A(鋁酸三鈣)、C4AF(鐵鋁酸四鈣)；熟料添加石膏並研磨即為水泥。(C、S、
A、F 分別為熟料之主要化合物CaO、SiO2、Al2O3 及Fe2O3等之化學式代號) 水泥旋窯內各種溫度之化學反應如下：
1.原料溫度化學反應
100~200℃ 生料失水乾燥
300~500℃ 生料被預熱，晶格水脫離 500~800℃ 黏土質原料→Al2O3 + SiO2
CaCO3→CaO+CO2 2.形成CA 及少量C2F、C2S
800~900℃ C12A7 開始生成
900~1100℃ C4AS 生成後又分解；C3A、C4AF 形成，
3.CaCO3 全部分解，游離C大量生成，達到最大值。
1100~1200℃ C3A 及C4AF 大量生成，
4.C2S 之生成達到極限
1260~1300℃ 生料熔融成液態C2S+C→C3S
1300~1450℃ C3A 及C4AF 熔解，融合部份C 及C2S使其轉換成C3S 4.2 水泥廠旋轉窯燃燒條件[15]
水泥旋轉窯燃燒條件與一般廢棄物焚化爐比較有下列優勢：
1.燃燒溫度高
窯內溫度最高可達 2000℃，物料溫度亦可達 1450℃，針對有害有機 物質的破壞去除率可達 99.99999％。
2.燃燒空間大
水泥廠旋轉窯直徑一般設計為 4～6m，長度為 50～70m，水泥廠通常 有 2 個旋轉窯以上，此表示其水泥產量或廢棄物處理容量較大。
3.燃燒狀態穩定
水泥廠旋轉窯筒體耐火磚之系統熱貫性大。
4.氣體停留時間長
氣體停留時間大於 4 秒，可以更充份破壞有害氣體，一般廢棄物焚化 爐則為符合法令規定的 2 秒。
5.擾流程度高
水泥廠旋轉窯的料流與氣流係反方向，使焚化之原物料或廢棄物等可 以充分燃燒。
6.鹼環境
能有效中和酸性氣體，如 HCl 及 SO2等。
7.負壓運轉
旋轉窯內維持負壓狀態可以防止煙塵及廢氣外洩。
8.無廢渣排出
所有進入水泥廠旋轉窯燃燒的物質，包括助燃劑、原物料及各種替代 原料等均經窯燒後成水泥製品，無廢渣產生，故無後續廢棄物處理問 題。
表 4.2-1 廢棄物焚化爐與水泥廠旋轉窯燃燒條件比較表
項目 廢棄物焚化爐 水泥廠旋轉窯
窯內溫度(℃) 1200 1600~2000 物料溫度(℃) 850~1000 1450
氣體停留時間(sec) 2 >4 物料停留時間(min) 40 30-35 4.3 廢棄物焚化底渣對水泥燒製過程的影響[16][17]
1.鹼(K2O、Na2O)
K2O及Na2O來自黏土及混灰土等類原料，存在於長石雲母及白雲母石之 精細分散微粒中在旋窯燃燒過程中部分之鹼於燒成帶蒸發產生所謂＂鹼循 環＂。若混凝土骨材含有鹼敏感成分如蛋白石與水泥所含之鹼反應而產生 鹼骨材反應，使得水泥漿體中提供的強鹼金屬離子如Na+、K-滲透至骨材內 部破壞二氧化矽Si-O鍵，進而促使矽與鹼發生化學反應，形成一種鹼金屬 矽膠體，此種膠體遇水之後會吸水膨脹，使混凝土產生內應力，導致混凝
土龜裂情形發生，由經驗得知，鹼膨脹可藉使用低鹼含量之水泥加以防止，
於此CNS規定鹼之總量以Na2O計算(Na2O wt.%+0.659 K2O wt.%)總量不得超過 0.6%，但只以波特蘭水泥為限。因由實際經驗所示鼓風爐爐渣水泥之容許 鹼含量限制尚可較高，如「低活性鹼含量水泥」具有爐渣成分至少50%，其 最高鹼含量可達0.9%，又水泥具以爐渣成分至少65%者，其可容許鹼總含量 之最高限制達2%，在需要低鹼水泥的場合，若原料燒成之熟料含鹼量超過 許可之限制，可由旋窯之出氣放入預熱氣以前由旁道管放出，以除卻一部 分揮發鹼。
2.氯化物
混合生料中之氯化物含量超過 0.015%Cl 時，即需由旁道放出窯氣。從 前將氯化鈣家入高強度水泥，以提高水泥之初期凝固強度。惟已發現氯化 物促成鋼鐵之銹損，對於預力混凝土之張力鋼條不利。
3.硫化物
S.Mindess(1981)指出，水泥生料煆燒時，使生料與燃料中之硫在燒成 帶蒸發為SO2，於旋窯內與鹼及氧化合，產生氣體硫酸鹽，再於旋窯較冷之 段帶及預熱機內，凝結於混合生料之微粒上。除一小部分為旋窯塵代出外，
硫酸鹽復隨旋窯進料進入燒成帶，如SO2含量不足化合全部的鹼，過剩的SO2 能與CaCO3反應，成為CaSO4後返回旋窯。然後在燒成帶再進行分解而增加窯 內氣體之SO2循環。但有一部分則成為未分解之CaSO4而進入熟料。
另一方面硫化物為控制水泥凝結時間之緩凝劑，水泥中需有一定之最
低硫酸鈣含量，大都以石膏型式摻入熟料。為避免「硫酸鹽膨脹」，水泥 中最大容許 SO3含量為 2.5~4%，CNS 標準為<3%。
4.宜蘭縣利澤圾資源回收(焚化)廠硫氧化物含量屬極微量，對水泥製程應 不致造成影響，底渣之氯鹽含量亦屬微量，溶出值如下：
表 4.3-1 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠焚化底渣「氯鹽」濃度 採樣日期 氯鹽(mg/L) 氯鹽重量百分比(％) 2006 年 10 月 31 日 401 0.401 2007 年 2 月 2 日 415 0.415 2007 年 5 月 16 日 778 0.778 2007 年 7 月 12 日 356 0.356
平均值 487.5 0.4875
檢驗方法：NIEA R203.01T、NIEA W407.51C
表 4.3-2 水泥廠按氯含量限值估算收受利澤焚化廠底渣量試算表
8700 828 8.690% 0.778% 0.1000%
生料量 6000 噸 6000 571 8.690% 0.778% 0.0999%
值如下：
表 4.3-3 宜蘭縣利澤圾資源回收(焚化)廠底渣之氧化鈉、氧化鉀含量
檢驗項目 檢驗值 單位 檢驗方法
氧化鈉 45500 mg/Kg NIEA M104.01C 氧化鉀 24200 mg/Kg NIEA M104.01C 底渣經水洗後，氧化鈉及氧化鉀之檢測值如下，其值大幅下滑：
表 4.3-4 宜蘭縣利澤圾資源回收(焚化)廠底渣之氧化鈉、氧化鉀含量(水 洗後)
檢驗項目 檢驗值 單位 檢驗方法
氧化鈉 15900 mg/Kg NIEA M104.01C 氧化鉀 12700 mg/Kg NIEA M104.01C 植物中草類或菜燃燒後的灰燼富含 K2O，因植物中所含碳、氫、氧、
氮、硫、磷、鈉、鎂都氧化、霧化四散，僅存 K2O。
自然界物質中普遍存在的金屬以鈉最多，其次是鉀，但主要有 99.99%
以鈉離子、鉀離子存在，為生物體細胞中最重要的金屬離子，其離子濃 度控制細胞滲透壓，協助神經傳導等生化反應。
鈉的活性大，易發生氧化反應，但生成氧化鈉後卻很安定：
4Na+O2 → 2Na2O Na2O+H2O → 2NaOH
表 4.3-5 水泥廠按總鹼含量限值估算收受利澤焚化廠底渣量(水洗前)
8700 615.76 6.61% 6.14% 0.60%
生料量 6000 噸 6000 424.66 6.61% 6.14% 0.60%
表 4.3-6 水泥廠按總鹼含量限值估算收受利澤焚化廠底渣量(水洗後)
8700 1744.4 16.70% 2.43% 0.60%
生料量 6000 噸 6000 1203 16.70% 2.43% 0.60%
泥原料；惟底渣水洗後增加總鹼含量減為 0.0319%，可大幅增加水泥廠 收受底渣量約 3 倍。
考量底渣水洗前、其氯含量及總鹼含量，水泥廠(再利用機構)設定 為七成產能(生料量約 6,000 噸)，則底渣可進水泥廠最大量為 424.66 噸，換算成生垃圾處理量為 3266.62 公噸。
另宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠廢棄物來源複雜，由成分分析 表可以得知(表 4.3-7～4.3-21)其中鐵金屬及非鐵金屬亦占濕基生垃圾 0.73％～10.28％，貯坑中之鐵金屬及非鐵金屬則占濕基生垃圾 1.6％～
4.88％，以該廠底渣產率 13％計算，底渣中鐵金屬及非鐵金屬占，12.31
％～37.54％，故其焚化底渣必須經過一定篩分程序，始適合與水泥原料 摻合研磨。
表 4.3-7 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-8 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-9 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-10 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-11 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-12 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-13 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-14 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-15 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-16 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-17 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-18 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-19 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-20 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表
表 4.3-21 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠垃圾性質成分分析表