蔡易良、金志龍、劉仕賢 / 工研院材化所
集塵灰為高溫產業熔爐或鍋爐使用石化燃料為熱源、於燃燒後產生的懸浮微粒或煙氣，經集塵設備收集而得，通常含有鉛、鎘、汞、砷、六價鉻與戴奧辛等污染物。而玻璃產業以石化燃料為熱源，將矽砂、重鹼、石灰石等原料在高溫下融合獲得玻璃膏，精煉過程中加入精煉劑與著色劑，因此玻璃熔爐產生的集塵灰成分更為複雜。目前國內除煉鋼集塵灰因來源與成分單純而廠商願意回收處理，其他傳統製造業集塵灰尚有待新技術開發，以促進廢棄物減量與資源化。
【內文精選】
玻璃脫色與著色
1. 玻璃脫色
若製造玻璃原料的鐵含量低於0.02%，則可生產出透明無色玻璃，不幸的是，回收的碎玻璃與原料通常含有氧化鐵。Fe2+在可見光區具寬廣的吸收帶，導致玻璃製品呈現藍綠色，Fe3+的著色力較弱則使玻璃呈現黃綠色；Fe2+的著色能力是Fe3+的10倍左右，玻璃的顏色主要取決於二者的平衡狀態。脫色處理是製造玻璃的一個重要步驟，用以降低鐵化合物對玻璃著色的影響，提高玻璃透明度。通常可分為化學脫色與物理脫色兩種方式，若原料鐵含量過高，則可將化學與物理脫色方法合併使用。
2. 玻璃著色
在玻璃原料內添加不同的過渡金屬或稀土金屬離子，可使玻璃呈現不同的顏色，這些添加物稱為著色劑。例如：氧化鐵可使玻璃呈現藍綠色、加入硫化鐵呈現橙色、銅氧化物呈現淺藍色或紅色、氧化鉻呈現深綠色、氧化亞鎳呈現褐色、金呈現紅色、銅錫混合物為深紅色、氧化錳為深琥珀或紫色、氧化亞鈷為深藍色、氧化鈾為黃色或綠色、氧化釹為淡紫色、氧化鉺為粉紅色、硒化鎘為紅色、硫化鎘為金色。玻璃色調的深淺隨著所加入的著色劑量而變化。值得一提的是，加入氧化鉛可使玻璃具高透明度、清澈、無色、高折射率等特性，稱為水晶玻璃；而氧化鋇與氧化鋅可作為氧化鉛的替代品，但效果較差。
煙氣捕捉與反應灰生成
集塵灰通常包含飛灰與反應灰。飛灰為熔爐石化燃料燃燒後的粒狀排放物及原料塵灰；反應灰為高溫燃燒過程產生之高溫煙氣，通常高溫煙氣內含有氧化硫(SOx)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)、氮氧化物(NOx)，如圖三所示。在脫硫除酸過程與鹼劑反應而得的「硫酸鹽」副產物，隨著不同鹼劑使用而生成不同類型的硫酸鹽，例如：台灣24座大型都市垃圾焚化廠通常使用消石灰(氫氧化鈣(Ca(OH)2)除酸，所收集集塵灰含高比例之硫酸鈣(CaSO4)；而玻璃廠熔爐大多使用燒鹼(氫氧化鈉(NaOH))除酸，集塵灰含高比例的硫酸鈉(Na2SO4)，以便於將硫酸鈉回收再利用。
圖三、玻璃熔爐熔化過程煙氣排放成分
控制酸性煙氣的方法包括濕式、乾式和半乾式處理系統。濕式處理系統主要優點是對氯化氫與氧化硫的除酸效率大於95%與90%，但缺點為耗水量高且會產生廢水。乾式處理系統則透過鼓風機注入鹼粉與酸性煙氣接觸中和，由於固相與氣相間的接觸時間有限，導致去除率相對較差，氯化氫與氧化硫的去除率約為90%與70%。
玻璃集塵灰純化技術
目前國內高溫煉製相關產業申報集塵灰廢棄物，其中因含大量無機鹽、重金屬等有害物質，且來源與成分複雜，目前僅煉鋼集塵灰採高溫火法，回收適用於重金屬占比高之集塵灰，對無機鹽與重金屬混合物之集塵灰並不適用；其他傳統製造業集塵灰無法資源化，最終只能藉由固化後掩埋棄置處理。工研院針對目前無法循環再利用之玻璃業製造過程產生之集塵灰進行研究，盤點國內玻璃集塵灰市場，完成玻璃集塵灰特性分析，建構完整化學成分與物性分析，以解析各種玻璃製程集塵灰特性，作為後續再利用技術開發參考。
化學沉澱法是目前應用最廣泛的重金屬濕式處理方法，主要原因為操作簡單、處理費用相對便宜。在化學沉澱過程中，化學物質與重金屬離子會形成不溶性沉澱物，傳統的化學沉澱處理方法主要包括：氫氧化物沉澱、硫化物沉澱和鐵氧體沉澱。在玻璃集塵灰的處理上，主要使用氫氧化物沉澱配合鐵氧體沉澱，可以使大部分重金屬沉澱；後續使用連續離心法、沉澱槽或板式壓濾等分離方式，將沉澱物與水溶液分離，經處理的水溶液可進行硫酸鈉回收再利用。金屬硫化物和氫氧化物的溶解度比較如圖七所示 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、金屬硫化物和氫氧化物的溶解度
★本文節錄自《工業材料雜誌》456期，更多資料請見下方附檔。