3-1 研究架構及實驗流程
本研究實驗流程如圖 1 所示，分別針對產業廢棄物前處理技術評析、卜作嵐反應 性廢棄物作為水泥攙和物相關技術、產業廢棄物作為水泥生料之研究以及產業廢棄物 骨材資源化四個研究主軸進行相關實驗規劃，期能拓展產業廢棄物土木工程材料化應 用性，健全廢棄物資源回收再利用相關技術。
3-2 產業廢棄物前處理技術探討
本階段實驗透過不同廢棄物前處理技術，探討前處理程序對於廢棄物主副成分的 影響，並藉由研究群發展之黃酸鹽重金屬回收程序，嘗試應用於前處理萃取所得萃取 液，檢討自萃取液回收重金屬之可行性。
3-2-1 材料製備分析
焚化底渣類之產業廢棄物採自南部某焚化場，樣品取回後以 105℃烘箱乾燥至恆 重，接著使用標準篩震動器篩選出#10～#200 (2mm~0.074mm)之底灰，置入球磨機以 自體研磨的方式研磨，再經由磁選機將灰渣中著磁性物質分選出，剩下無著磁的底灰 即為本實驗所需之磁選焚化底灰。焚化飛灰類之產業廢棄物亦同樣採自南部某焚化 場，樣品取回後同樣以 105℃烘箱乾燥至恆重至於乾燥塔保存。重金屬污泥則來自南 部數家金屬表面處理業產生之污泥，樣品取回後先烘乾至恆重，經鄂式破碎機破碎後 至於乾燥塔保存。
燒結熱處理研究使用之純物質為 99.5%塊狀 CaO(Merck)和試藥級粉狀 SiO2 (片山 試藥)、Al2O3 (Merck)及 ZnO (Prochem Inc.)。CaO 於使用前先利用開口為 1mm 之顎碎 機進行粗粉碎，接著將粉碎 CaO 經由球磨機研磨後置於標準篩震動器進行篩分，收集 通過 ASTM mesh200 (0.074mm)粉末置於乾燥塔保存；粉狀 SiO2、Al2O3及 ZnO 則分 別使用標準震動篩篩選出通過 mesh200 篩目粉末，未通過部分則進一步以球磨機研磨 (500rpm, 10min)後，再進行一次篩分，篩選出粉末置於乾燥塔保存。
本實驗所使用之震動器為Retsch 所出廠，篩網為，Retsch 10 mesh(2mm)、Retsch 20mesh(0.841mm)、Retsch 40 mesh(0.42mm)、Retsch 100 mesh(0.149mm)、Retsch 200 mesh(0.074mm)。球磨機為德國 FRITSCH 公司型號為 pulverisette-6 的離心式球磨機 (centrifugal ball mill)。
3-2-2 產業廢棄物前處理
為探討前處理方式間差異，分別以不同前處理程序處理產業廢棄物所含干擾物 質，並經微波消化殘餘物後以感應耦合電漿光譜分析儀(ICP-OES)進行組成成分分析。
(1) 水洗前處理
以固液比1：6 蒸餾水添加於焚化底渣類之產業廢棄物，並以磁攪拌子進行攪拌，
每十分鐘以電導度計 (EC)監測其導電度值，將上澄液倒掉後再以固液比 1：6 蒸餾水 添加並攪拌，重複此動作5 次直至 EC 值穩定，將水洗過後固體部分烘乾備用。
(2) EDTA 萃取前處理
模擬毒性特性溶出試驗，將過篩之焚化底渣類之產業廢棄物以固液比 1：20 方 式，秤取100g 之焚化底灰，研磨至 100 mesh 以下，加入 2L（0.1M）的 EDTA 萃取液 於萃取器中，以每分鐘30±2 之轉速旋轉 18±2 小時後，以 0.45µm 濾紙固液分離，取其 固體部分烘乾備用。
(3) 重液分選前處理
依焚化底渣類之產業廢棄物視比重擇定分選重液為四溴乙浣(比重 2.96)進行分 選。在填裝四溴乙浣 1L 之分液漏斗，並置入產業廢棄物，經攪拌均勻靜置 30 分鐘後 取其上層固體部分，並以1：5 的乙醇重複清洗三次後烘乾備用。
(4) 醋酸萃取
模擬毒性特性溶出試驗，將過篩之廢棄物以固液比 1：20 方式，加入 0.1 N 醋酸 萃取液中。旋轉萃取 1 小時後，經 0.45 µm 濾紙固液分離，萃取液進行分析，固體部 分則再加入 0.1 N 醋酸萃取液進行下一階段萃取，重複共 5 階段，以半動態溶出試驗 瞭解重金屬溶出潛勢與長期溶出率，各階段固體部分經烘乾備用。
(5) 水萃取
分別以固液比1：10、1：20、1：30、1：40 蒸餾水添加於廢棄物，旋轉萃取 1 小 時後，以0.45 µm 濾紙過濾後，萃取液進行分析，固體部分烘乾備用。
(6) 硝酸萃取
廢棄物先以自動滴定儀繪製硝酸滴定曲線，分別訂出 pH 值為 6、5、4、3 添加酸 當量。再以廢棄物分別添加各當量硝酸，旋轉萃取1 小時後，0.45 µm 濾紙過濾，萃取 液進行分析，固體部分烘乾備用。
(7) 氨萃取
廢棄物經微波消化分析重金屬含量後，分別添加與重金屬莫耳比為 1.6、2.0、2.4 及2.8 氨當量於廢棄物中，螯合萃取重金屬，旋轉萃取 1 小時後，0.45 µm 濾紙過濾，
萃取液進行分析，固體部分烘乾備用。
(8) Ca(OH)2調理污泥
以 去 離 子 水 還 原 至 取 樣 時 之 產 業 廢 棄 物 污 泥 含 水 率 ， 接 著 逐 量 加 入 試 藥 級 Ca(OH)2(Merck, Germany)並以攪拌機攪拌均勻，使調質污泥 pH 值達到 12 以上並維持 2 小時，此即為經石灰調理之調質污泥。
(9) H2O2調理污泥
以去離子水還原至取樣時之產業廢棄物污泥含水率，接著添加試藥級H2O2(Merck, Germany)，並以攪拌機攪拌均勻使污泥中含有 H2O2濃度分別為 3,000、6,000 mg/L。
此即為經H2O2調理之調質污泥。
(10) 高溫熱處理調理污泥
將製備好之產業廢棄物污泥以高溫爐加熱至400~800℃（Nabertherm H708117），
持溫3 小時後，爐冷至室溫，置於乾燥塔保存，此即為經熱處理之調質污泥。
(11) 金屬燒結熱處理固定技術
將純物質依實驗設計法進行配比設計如圖 2，各配比成分組成如表 1 所示。將配 置完成粉末以重量百分比 1%、3%、5%及 10%比例添加 ZnO 後，以 540kg/cm2 單軸 壓力壓成直徑 2 公分、高 2 公分錠體。再以 300ºC/hr 加熱至 900ºC，持溫 1 小時，去 除存在 CaO 生料中微量 CaCO3，後續以 300ºC/hr 加熱至 1400ºC，持溫 3 小時後爐冷 至室溫備用。
3-2-3 黃酸鹽回收重金屬程序
採用批次式試驗，反應條件為分別加入Xanthate/Metal 莫耳比為 1、2、2.2、2.4、
2.6、2.8、3 之 KBuX，探討黃酸鹽去除重金屬效能及反應行為。設計反應槽規格為直 徑 10 公分，高 15 公分之圓柱型反應槽，配有定轉速攪拌器。混合攪拌後之總體積為 200ml，再經 0.45μm 濾膜過濾之。
3-3 卜作嵐反應性廢棄物作為水泥攙和物相關技術 3-3-1 材料製備
本階段研究材料為具卜作嵐反應性之飛灰類產業廢棄物，為未經處理與經過前處 理製備之焚化飛灰。
3-3-2 原飛灰及經前處理飛灰攙和水泥配比設計
未經前處理之飛灰依0.1、0.2、0.3、0.4 等不同重量比（飛灰 / 飛灰+砂）替代砂 製成抗壓試體，同時製作一位添加飛灰之抗壓試體以作對照參考，比較添加未處理飛 灰之試體與參考試體間強度變化。選定前處理方式後，以不同劑量萃取液對焚化飛灰 進行前處理，經前處理後之飛灰依重量比 0.4（飛灰 / 飛灰+砂）替代砂製作抗壓試 體，比較各強度前處理對飛灰攙和於混凝土之影響，以選擇最適前處理強度。
3-3-3 抗壓強度測試
本實驗所進行之抗壓強度測試方法係依據CNS 1010【水硬性水泥墁料抗壓強度檢 驗法】，實驗試體所使用模具之型式為 5 cm 立方體，而級配標準砂其級配符合 CNS 1010 之規範。每一試齡期試體之個數為三個，墁料之組成為一份水泥配上 2.75 倍之 標準砂(以重量計)，其中水量則依 CNS 1012 【流動性台及流動性模】之方式進行試 驗，規定流動度介於 100-115%，至於墁料之拌合則依據 CNS 3655【水硬性水泥可塑 稠性水泥漿及墁料之機械拌合法】機械混合。
試體製作完畢後，立即放入恆溫恆濕箱中，經過 20-24 小時後，始可拆模，並將 試體置入含飽和石灰水之養護池中，直至試驗齡期時以抗壓強度試驗機測試其抗壓強 度。本實驗試驗齡期分別為3 天、7 天及 28 天。
3-4 產業廢棄物作為水泥生料之研究 3-4-1 材料製備
本研究使用於燒結材料分別為選自焚化廠之飛灰與底渣、電鍍業混凝沈澱之重金 屬污泥與實驗室配製之純物質。為求燒結條件一致，所有材料均經由球磨機研磨後，
置於標準篩震動器進行篩分，收集通過 ASTM mesh200 (0.074mm)粉末，未通過部分 則再以球磨機研磨，篩分篩選出粉末置於乾燥塔保存。
3-4-2 C3S 燒結條件之檢討
為瞭解燒結條件對於 C3S 燒成情形之影響，將置備之純物質粉末依氧化鈣與氧化 矽莫耳比 3:1 混合後，依中心實驗設計法以不同單軸壓力壓成直徑 2 公分、高 2 公分 錠體。再以 300ºC/hr 加熱至 900ºC，持溫 1 小時後，以 300ºC/hr 加熱至不同溫度，持 溫3 小時後爐冷至室溫，取出置於乾燥塔保存。壓錠壓力與燒結溫度整理如圖 3。
3-4-3 灰渣類廢棄物燒製水泥
將水泥生料/經前處理焚化底灰之混合，所採用之前處理磁選底灰分為水洗磁選底 灰、EDTA 萃取磁選底灰與重液分選磁選底灰。分別為將經前處理之磁選灰渣依 1%、
3%、5%、10%、15%等不同添加量添加於水泥生料，以 49 Mpa 的單軸壓力壓製成直 徑為 20 mm 錠體。同時亦將未添加任何底灰之水泥生料進行燒製。燒製過程先以 300
℃/hr 昇溫速率昇溫至 900℃，持溫 1 小時；再以相同速率昇溫至 1400℃持溫 3 小時，
再爐冷至室溫。
3-4-4 重金屬污泥燒製水泥
本研究採用之重金屬污泥分別產自表面處理與電鍍業廢水處理之化學沈澱程序，
所採集污泥餅係經帶濾脫水後產生。製備後之污泥以不同比例污泥經純氧化物調質模 擬生料並均勻化後，以49 Mpa 的單軸壓力壓製成直徑為 20 mm 錠體。為模擬水泥生 料經由預熱機、旋窯成為水泥熟料之溫度變化，燒製過程先以 300℃/hr 昇溫速率昇溫 至900℃，持溫 1 小時；再以相同速率昇溫至 1400℃持溫 3 小時，再爐冷至室溫。
3-4-5 添加重金屬之純物質燒製水泥 (1) 模擬水泥生料配製
以分析級氧化矽(SiO2, Katayama Chemical)、氧化鈣(CaO, Merck)、氧化鋁(Al2O3, Merck)以及氧化鐵(Fe2O3, Merck)依照水泥化學參數進行調配。LSF、SR、AR 以及 HM 分 別 設 定 為 1.0 、 2.35 、 1.2 以 及 2.25 ， 調 配 完 成 生 料 以 球 磨 機 (FRITSCH pulverisette 6, Germany)混合備用。
(2) 重金屬氧化物添加
選用重金屬氧化物為分析級氧化銅(CuO, Merck)、氧化鎳(NiO, Showa Chemical)以 及氧化鋅(ZnO, Merck)。為瞭解低量重金屬同時存在對晶相影響，重金屬氧化物依全 因子實驗設計法（如表2 所示）各進行 1%(weight oxides/weight raw material)添加，並 以球磨機充分混合備用。
3-5 產業廢棄物骨材資源化 3-5-1 廢棄物替代混凝土骨材
將重金屬污泥以 Ca(OH)2、H2O2 及熱處理等三種不同程序調理後，分別將原污泥 及調質後之污泥以水泥/污泥重量比為 40/60、 45/55 、50/50 、55/45 、60/40 的配比 拌合後進行水泥固化體製作。