工程科技與教育學刊 第四卷 第二期 民國九十六年六月 第 159～167 頁
Received : Apr. 19, 2007 ©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851 Accepted : May. 20, 2007
電漿熔渣塑造品之化學危害性與材料特性探討
郭益銘*、林彥甫*、張卿因*、曾河嶸**、楊朝欽*、蔡政賢*** *中華醫事科技大學 環境與安全衛生工程系 **國立台南高級工業職業學校 鑄造科 ***國立高雄應用科技大學 化學工程與材料工程學系 E-mail : yiming@mail.hwai.edu.tw摘 要
本研究係以電漿熔渣作為原料，利用聚酯樹脂與之混合，做成複合材料，藉此可進一步 將電漿熔渣中重金屬包匣，抑制其溶出，而當熔渣添加後，硬度較原始純聚酯樹脂為低，但 抗拉強度將提升，但添加比例不可超過 30%，否則將造成抗拉強度之再次下降。未來可考慮 以此種方式將電漿熔渣回收再利用，製成具備造型之工程材料，應用於實際工程上，提升熔 渣再利用性與經濟價值。 關鍵詞：電漿熔渣、塑造、玻璃化、聚酯樹脂、毒性溶出實驗1. 前 言
台灣地區地狹人稠，隨著經濟發展與民眾生活消費型態的改變，產出之廢棄物不僅種類 繁多且數量龐大，垃圾量也逐年增加，垃圾掩埋場已負荷不了大量垃圾的掩埋，都市垃圾焚 化後產生的飛灰為廢棄物處理的最大問題之一。都市垃圾焚化飛灰經熱熔融玻璃化處理後， 具有減容、金屬回收、毒性破壞之優點[1-4]，且其熔渣性質安定，可有效資源化利用，其燒 結體或熔渣之安定性佳且可做為路基拌合材料、透水磚、紅磚、玻璃陶瓷及玻璃纖維等之材 料[5]。 1.1 熱熔融處理技術 熱熔融法係利用燃料或電能兩種方式，將處理廢棄物加熱至 1,200℃至熔流點以上之高 溫，破壞並分解有機物，可使有害物質的有機物進一步氧化、重金屬成為玻璃化，以熱熔融 法處理灰渣之主要目的包括：回收灰渣中重金屬、裂解灰渣中 PCDD/Fs 及 PAHs 等有害物質 與減少灰渣體積，且依處理對象及應用領域之不同，名稱亦有所差異；如處理液態高階之核郭益銘、林彥甫、張卿因、曾河嶸、楊朝欽、蔡政賢
160
能廢料時，稱為玻璃化法（vitrification），處理焚化灰渣及下水污泥稱為熔融處理法（melting
process）；部分處理有害廢棄物則稱為熔融玻璃化法（molten glass process），以上處理法之基
本原理均相當相似，而將廢棄物包封在內之穩定化/固化處理方法，可略分為固化、穩定化與 分離等 3 個階段[4]。 熔流速度則與焚化灰渣組成（如鹽基度：CaO/SiO2）有關，可使有害物質的有機物進一 步氧化、重金屬成為玻璃化，而將廢棄物包封在內之穩定化/固化處理方法[6]，熔融處理可將 有機物質氧化、揮發有害低沸點金屬並大幅降低孔隙率，亦使熔渣體積更為減小，而玻璃化 則以二氧化矽（SiO2）為包覆重金屬之晶格主要成分，可維持化學的穩定性，減少重金屬的 溶出，實例上多用於高危害性之廢棄物如含放射性物質之廢料，其固化後滲出率極低，在各 方面也達到極佳效果[7]。但為確保熔渣包匣效果良好與工程經濟因素，冷卻過程通常以水淬 之急速冷卻[8]。因此，無法形成特定之形狀，如何以各種方式將溶渣成型，為目前熱熔融熔 渣再利用之重要課題。而各種成型技術水準的提昇，使熔渣產品應用不再侷限於一般的公共 工程的路基或低利用價值之物質，可逐漸朝向精緻化之鑄件、藝術品及其他複合性材料，提 高其再利用價值，可有效資源化利用，間接達到永續潮流中的最終目標「零排放」，其發展的 潛力更是無窮。 1.2 塑造技術 塑造是利用製作模具中的合成樹脂黏結劑作為材料，可用樹脂分為很多種，其中以環氧 樹脂及聚苯乙烯樹脂為主要，本實驗係利用「聚脂樹脂（polyester）」是一種被廣泛使用之材 料。其特性有高透明度、不易收縮變形、性質穩定、製作容易、具有良好的黏著性、低成本， 特別是由於它有極佳之混合性，因而受到鑄造業及製造業的青睞，大量使用於黏著劑和生活 用品。 純聚酯樹脂固化後成為熱固性材料，其機械強度較低，不能滿足大部份應用領域的要求， 一般常以玻璃纖維增強成為複合材料使用。30 多年來，透過技術開發和引進技術，不飽和聚 酯樹脂產品種類已接近 400 個，但由於種種原因，真正具有生產能力的種類不足三分之一。 基本能自給自足的聚酯樹脂種類有瑪瑙樹脂、人造大理石、鈕扣樹脂、寶麗板樹脂、擠拉用 樹脂、SMC 用樹脂、DMC 用樹脂、纏繞用樹脂、阻燃樹脂、食品級樹脂、氣乾型樹脂及家 具用高透明性樹脂。固化後的不飽和聚酯堅硬，易燃，不耐氧化、不耐蝕。主要用途是製作 玻璃鋼材料。由聚酯樹脂製得的玻璃鋼主要作承強結構材料，其比強度高於合金鋁，接近鋼 材，因此常用來代替金屬而用於汽車、造船、航空、建築、化工等部門。尚用做塗料、膠泥 和澆鑄塑膠等。作為玻璃鋼的表面裝飾、防老化阻燃膠衣、耐熱膠衣、噴塗膠衣、模具膠衣 也已投入市場，相關產品之應用範圍如表 1 所示。
郭益銘、林彥甫、張卿因、曾河嶸、楊朝欽、蔡政賢 166 熔渣混合比例(%) 0 10 20 30 40 50 60 最大 抗拉 強度 (MPa ) 0 10 20 30 40 50 圖 3 試樣之最大抗拉強度變化圖
4. 結 論
由不飽和聚酯樹脂之成型技術，可進一步將不具造型之熔渣，轉變成具造型之熔渣複合 材料，電漿熔渣經過 TCLP 測試後，已可判定為無害性之材料，而不飽和聚酯樹脂更可扮演 巨匣限之作用，將熔渣內重金屬包匣穩定，避免其溶出。 而就材料特性而言，當添加熔渣後，硬度即隨添加比例增加而下降；而抗拉強度再添加 入電漿熔渣後則有上升現象，直到添加比例超過 30%後，將比純不飽和聚酯樹脂成型樣本之 抗拉強度為弱，未來此種複合材料可考慮作為電漿熔渣再利用之選擇方式，可使其具造型， 可做成特定藝術品或其他具機能性之工程材料，藉此提升熔渣之再利用性與經濟價值。參考文獻
[1] Sakai, S. I. and M. Hiraoka, “Municipal Solid Waste Incinerator Residue Recycling by Thermal Processes,” Waste Management, Vol. 20, No. 2-3, Apr. 2000, pp. 249-258.
[2] Izumikawa, C. “Metal Recovery from Fly Ash Generated from Vitrification Process for MSW Ash,” Waste Management, Vol. 16, No. 5/6, 1996, pp. 501-507.
[3] Kuo, Y. M., T. C. Lin, and P. J. Tsai, “Metal Behavior during Vitrification of Incinerator Ash in a Coke Bed Furnace,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 109, No. 1-3, Jun. 2004, pp. 79–84.
電漿熔渣塑造品之化學危害性與材料特性探討 167
[4] Ecke, H., H. Sakanakura, T. Matsuto, N. Tanaka, and A. Lagerkvist, “Effect of Electric Arc Vitrification of Bottom Ash on the Mobility and Fate on Metals,” Environmental Science &
Technology, Vol. 35, No. 7, 2001, pp. 1531–1536.
[5] Koichiro, K., “Ash melting system and reuse of produce by arc processing,” Waste
Management, Vol. 16, No. 2-3, 1996, pp. 423-430.
[6] Li, C. T., Huang Y. J., Huang K. L.; Lee, W. J. “Characterization of Slags and Ingots from the Vitrification of Municipal Solid Waste Incineration Ashes.” Industrial Chemical Engineering
Research, Vol. 42, pp. 2306-2313, 2003.
[7] 張旭彰，“灰渣熔融處理法的理論與務實”，工業污染防治，第十二卷，第四期，第 95-111 頁，1993。
[8] Haugsten, B. and K. E. Gustavson, “Environmental Properties of Vitrified Fly Ash from Hazardous and Municipal Waste Incineration,” Waste Management, Vol. 20, No. 2-3, Apr. 2000, pp. 167-176.
[9] 行政院環境保護署, 事業廢棄物毒性特性溶出程序, NIEA R201.12C, 2001.
[10] Kuo, Y. M., T. C. Lin, and P. J. Tsai, “Effect of SiO2 on Immobilization of Metals and Encapsulation of a Glass Network in Slag.” Journal of Air and Waste Management Association, Vol. 53, No. 11, Nov. 2003, pp. 1412-1416.
[11] Kuo, Y. M., T. C. Lin, and P. J. Tsai, “Metal Behavior during Vitrification of Incinerator Ash in a Coke Bed Furnace,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 109, No. 1-3, Jun. 2004, pp. 79-84.
[12] 行政院環境保護署, 0020 有害事業廢棄物認定標準，2006。
[13] Singh, B., M. Gupta, and A. Verma, “Polyester Moulding Compounds of Natural Fibres and Wollastonite,” Composites part A: applied science and manufacturing, Vol. 34, No. 11, Nov. 2003, pp. 1035-1043.
