爐碴來源鑑識-如何進行困難樣品前處理

2022-11-04

爐碴污染問題折磨居民多年，爐碴是什麼？是否有可能追蹤其來源進而對其進行監度管控呢？

近年來有害事業廢棄物的新聞屢見不鮮，各位也許對「爐碴」汙染農地的新聞有點印象，所以什麼是爐碴？爐碴是電弧爐煉鋼後產生的廢棄物，含有高濃度重金屬，必須依據廢棄物處理法進行後續處置，但有不肖業者向煉鋼廠收取爐碴處理費後，將爐碴隨意棄置或掩埋，這會造成環境嚴重汙染，使人類或生物暴露於高濃度重金屬汙染風險中；此外，這種行為已經行之有年，現在就算找到爐碴，常已棄置許久，難以找出棄置者，若能藉由科學方法鑑別爐碴來源，便能找出棄置者身分，給予法律制裁。

為鑑別爐碴來源，必須要有適當的示蹤劑(可用來分辨來源的特定物質)；在地球與海洋科學領域中，鍶、釹、鉛同位素訊號廣泛作為示蹤劑，甚至用於大氣中氣溶膠汙染源的追蹤。行政院環境保護署環境檢驗所與中研院地球科學研究所亦就此進行合作，以爐碴作為主要研究對象，進行以鍶、釹、鉛同位素作為示蹤劑的可能性探討，結果顯示爐碴的鍶-釹-鉛同位素可用於鑑別不同工廠所產生的爐碴，達到環境鑑識的目的。

此研究分為三個主要的部份：爐碴樣品微波消化、純化與質譜分析技術之建立。本文主要想與您分享在樣品前處理的過程中，針對像爐碴等困難樣品的有效解決方案。

爐碴前處理為什麼困難？如何解決？

爐碴是電弧爐高溫加熱煉鋼後的殘餘物，這類樣品不只耐火，也常含有耐酸的氧化鋁或鉻鐵礦(Chromite)。這類酸難溶物質在分析化學中常以熔融法或XRF法進行樣品前處理，但熔融法需使用助熔劑，這對於超微量分析來說可能產生額外干擾，XRF同樣不適合超微量分析，因此仍需回歸到濕式消化法。

然而，若使用加熱板進行爐碴樣品的濕式消化，必須連續加熱三週以上，所以研究人員最終選擇了消化效率更高的微波消化法來進行爐碴樣品處理。

而為了去除不溶物對同位素比值的影響，達到完全消化仍是最好的做法。但有些氧化物需要在相對高壓之下才能溶解，因此地球所與環檢所研究團隊使用了CEM MARS6微波消化系統，搭配耐壓高達3000psi的最新型iPrep超高壓微波消化反應瓶進行爐碴樣品消化。樣品經處理後，僅LC廠還原碴有較明顯的殘留物；殘留物經掃描式電子探針搭配能量色散X光譜確認後，主要為碳物質、氧化鋁、鉻鐵礦等耐酸物質。研究人員表示其消化能力明顯強於過去使用的消化裝置，可將爐碴樣品完全消化溶解並得到良好結果。