表面處理酸性廢液純化再利用：材料世界網

黃聖智 / 工研院材化所

本文旨在介紹表面處理業之酸性廢液純化再利用技術。常見之酸性廢液所含酸成分包括酸根陰離子(SO₄²⁻、Cl⁻、NO₃⁻、F⁻)、金屬陽離子(Fe³⁺、Cr³⁺、Ni²⁺、Zn²⁺)及H⁺等，傳統處理方法係添加鹼液調整pH，將金屬離子沉澱後固液分離，未進行資源化處理。隨著環保意識抬頭，各種應用於酸性廢液之資源化技術因應而生，主要可分為酸回收技術，例如：電透析、擴散滲析、膜蒸餾、蒸發及噴霧焙燒等方法，以及同時回收金屬與酸之處理技術，例如：溶劑萃取、酸阻滯、離子交換及結晶等方法。前述方法又以酸阻滯、離子交換樹脂及焙燒法廣泛應用於各產業，其所產生之酸回收率可達98%，再生酸濃度16~18%，分離後產品則有Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeCl₂及FeSO₄，不僅有效減少酸性廢液，更能進一步產出具經濟價值之產品，達成資源循環利用之目的。

【內文精選】

酸洗原理

高溫軋製過程中，鋼材軋件遇水急劇冷卻後，表面會呈氧化鐵態(氧化鐵皮)，造成金屬損失、鋼材品質下降及加熱爐生產效率降低等情形。氧化鐵皮之化學組成包括氧化亞鐵、四氧化三鐵及氧化鐵。化學酸洗處理可去除氧化鐵皮，並在金屬製品表面形成鈍化層(防鏽膜)。酸洗製程中，酸溶液優先穿過氧化鐵皮孔隙及裂痕等隙縫到達內部與FeO反應溶解，溶液中Fe、Fe₃O₄以及酸溶液形成化學電池，令Fe₃O₄進行還原反應；此外，當大面積鋼材表面裸露時，鐵與酸反應產生H₂，再藉由H₂所造成之壓力使外層鐵皮剝落，達成酸洗目的。

酸性廢液成分

金屬表面處理製程常使用大量鹽酸、硫酸及硝酸等強酸對金屬表面進行處理，去除工件表面氧化膜或鏽蝕產物，以確保電鍍層之結合力及表面質量。經處理之金屬工件表面會形成鈍化膜，使工件表面趨於均勻平衡以提高金屬之耐蝕性。酸洗過程中金屬及其氧化物不斷溶解，金屬離子取代H⁺，酸洗溶液隨使用時間增加，酸濃度逐漸下降，酸洗速率變慢，當酸濃度降至75~85%且金屬含量增加至150~250 g/L時，將導致酸洗效能降低。為確保工件品質均一性，事業單位需及時更換酸液，所替換之酸液即為酸洗廢液。

酸性廢液處理技術

不論從環境保護或經濟角度切入，金屬及酸回收(Acid Recovery)皆為重要課題。一般而言，酸性廢液處理可分為單獨回收酸以及同時回收金屬與酸兩大類，僅回收酸之處理技術，包括例如電透析、擴散滲析、膜蒸餾、蒸發及噴霧焙燒等方法；同時回收金屬及酸之處裡技術，包括例如溶劑萃取、酸阻滯、離子交換及結晶等方法。

2. 資源化處置技術

工業發展與時俱進，資源消耗及環保意識抬頭，酸洗廢液資源化處理勢在必行。目前，國內外酸洗廢液資源化技術主要有蒸發結晶法、萃取法、焙燒法、膜處理法、離子交換樹脂法和化學法等，其中，以噴霧焙燒法、流體化床焙燒法及硫酸置換法(化學法)較具經濟效益。

(2) 電滲析法

電滲析法(Electrodialysis; ED)是在外加直流電場作用下，利用膜選擇透過性，使陰、陽離子分別向陰、陽離子膜移動，將電解質從水溶液或其他不帶電組分中分離出來。Paquay等人利用電滲析法處理含鹽酸、硫酸、金屬離子之酸洗廢液，使用膜片為CS92及CS94，於電流密度50及70 mA/cm²條件下，酸回收率隨電流密度增大而提高，分別可達70%及80%以上。對於含氯廢液，陰極會產生氯氣及部分金屬氧化物，導致電滲析效率降低且污染環境。電滲析法可避免金屬鹽在酸洗槽中聚集，並將回收酸重新導入酸洗槽內工作，使酸洗成本降低。電滲析法可有效率地回收酸及金屬鹽，同時降低耗水量；惟膜易受污染、耗電量大，且運轉過程中易產生濃差極化現象。

(3) 膜蒸鎦法

膜蒸鎦法(Membrane Distillation; MD)係藉由疏水性微孔高分子薄膜將高溫待處理溶液與低溫產水溶液隔開，以薄膜兩側溫度梯度造成之蒸氣壓差為驅動力，使水蒸氣分子經由高溫溶液側之薄膜孔洞傳輸至低溫溶液側並凝結成液體，達成水(溶劑)與溶鹽(溶質)分離之目的(圖四)。MD系統所用膜片材料，大多以聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 或聚偏氟乙烯(PVDF)等製備。