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廢鹼液再利用 高大「鎂」化溶鋁程序
2020-12-16
【記者徐嘉璟綜合報導】鋁擠工廠用鹼液清除模具中的殘留鋁渣後,會產生大量具汙染性的含鋁廢鹼液,廠商往往需付出高額處理成本。有鑑於此,國立高雄大學應用化學系團隊發明「線上純化溶鋁程序」,運用鎂化合物改良回收鋁的效率,並將廢鹼液回收再利用,盼能促進綠色、循環經濟。此發明於6日獲「2020全國循環創新競賽」的循環綠色創新主題優勝。 國立高雄大學應用化學系學生顏煜昇、蘇毓婷和林謙(左起)組成團隊「精靈煉水」發明「線上純化溶鋁程序」,獲「2020全國循環創新競賽」的循環綠色創新主題優勝。 圖/蘇毓婷提供一般鋁擠工業會將鋁放入模型,擠壓出特定形狀的鋁製零件,但製作完畢後,模具的邊角會留下鋁殘渣。高大應化系特聘教授蔡振章解釋,為了洗淨殘渣,工廠會先用氫氧化鈉鹼液溶出模具內的鋁,形成含鋁廢鹼液,接著加入硫酸,利用酸鹼中和反應,形成硫酸鋁。此舉雖能排除廢鹼液中的鋁離子,卻會降低廢鹼液的酸鹼值,使鹼液無法回收再利用。除破壞鹼度的問題外,由於硫酸鋁為易溶於水的電解質,會導致處理後的廢液仍存有過量的鋁,而不符合排放標準。為了保留鹼度並有效清除廢鹼液中的鋁離子,高大應化系學生蘇毓婷表示,團隊先控制溫度和時間,製備不同於市售的鹼性硝酸鎂(註1),以其代替硫酸加入含鋁廢鹼液,得到不溶於水的水滑石,提高除鋁效率,並維持回收後的廢液鹼度。藉此,工廠能回收利用廢鹼液,減少新鮮鹼液的使用量和成本,同時實踐環保理念。註1:一般市售硝酸鎂為酸性。而水滑石是一種具高價值、多用途的奈米材料,可用於塑膠添加劑、反應催化劑等。蔡振章補充,原先利用硫酸除鋁得到的硫酸鋁,每公斤僅價值約新台幣40元,至於一公斤的水滑石則可賣約4300元,收益增加百倍。蘇毓婷表示,團隊亦利用微胞自我組裝法(註2),使鎂離子、鋁離子等微小粒子可自行聚集,形成規則排列、價值較高的純相水滑石。註2:微胞自我組裝法是一種常見的奈米材料合成方法。在適當的反應條件下,如溫度、時間,使小粒子不需外力,就能自行聚集形成具有規則結構、週期性的排列。 團隊利用硝酸鎂和水熱反應,成功將含鋁廢鹼液(左)回收並分離為再生鹼液(中)和水滑石(右)。 圖/蘇毓婷提供另外,團隊也考量工廠運作的安全性,因此使用水熱法(註3)於不鏽鋼釜內進行除鋁流程,蘇毓婷說:「團隊使用水熱法將反應溫度設定於100度以下。」因反應溫度低,釜內隨高溫產生的水蒸氣壓力較弱,可避免壓力過大產生爆炸,降低操作的危險性。此外,團隊發明提升含鋁廢鹼液的回收率,藉此節省廢液儲存的空間,也減少外漏污染的疑慮。註3:水熱法指以水為溶劑,加入反應物後,在一定溫度和壓力下,於密封的容器進行化學反應。此方法的優點為反應溫度較低、步驟簡單,並較易控制產物的理想配比及結構形態。團隊先於廢鹼純化設備(左)進行水熱反應除鋁,再利用奈米材料過濾設備(右)將水滑石與再生鹼液分離。 圖/蘇毓婷提供喬泰鋁業營業部吳小明(化名)表示,含鋁廢鹼液具有腐蝕性,因此工廠建有儲存槽管理廢液,需耗費大量成本,團隊發明若能減少廢液,可減輕管理壓力,他樂觀其成。目前,團隊技術已進入專利審查階段,蘇毓婷表示,希望未來能改良此次發明,「解決含有不同離子種類的廢水,製備不同的奈米材料。」