TWI686519B - 尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其主要係採用電催化水設備將自來水進行高氧化還原電催化處理，並藉由pH值7之中性電催化水依尾礦所含強酸性或強鹼性之性質進行加鹼性或酸性之酸鹼質調配，以使處理後之尾礦達符合紙張標準之pH7酸鹼值要求，再將調配酸鹼質後之電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，進行尾礦無害化治理，濕潤後的尾礦採用自然風乾或攪拌加熱烘乾，將無害化治理後的尾礦投入烘乾設備中進行深度烘乾，深度烘乾後的尾礦將投入超細研磨設備中進行乾法研磨，研磨精度需控制在1000-2500目之間，接續進行改性造粒流程，改性造粒流程包括使用改性助劑及塑料顆粒攪拌加熱混合、熔融紡絲設備中進行纖維絲拉絲及裁切工序、造紙流程及表面處理流程而形成環保石頭纖維紙成品，以達到尾礦再利用、無污染、防潮、防蛀且成本低之造紙加工方法。

Description

尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法
本發明係有關一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法領域。
目前最常用的紙是木材纖維經排水作用後，在簾模上交織成薄頁揭下乾燥後的成品。除用來書寫外，也被用來印刷、包裝、衛生、傳統文化（剪紙、鞭炮、年畫、紅包、孔明燈等）、手工業（如沙紙、裁縫樣板、紙量尺等）及醫療等其他用途，造紙技術源於中國，對於人類文明有非常重要的意義，紙對於人們學習及生活之應用可說是不可或缺的重要用品，隨著科技進步帶動文明的進步，使人們生活素質的提高，紙的需求量不斷的增加。但因傳統造紙需要砍伐樹木，使森林逐漸消失中，造成全球溫室氣體大量排放之主要來源之一，且在造紙的過程中需使用大量的水，造成水資源浪費，因此，傳統造紙過程將產生大量之廢水、廢氣及剩餘廢物，進而造成空氣、土壤及水資源之嚴重污染，使人們的生活環境受到嚴重的破壞。
為此，即有業者以石頭材料做成纖維紙，以取代傳統紙張，但習知以石頭材料做成纖維紙之技術，雖稍可解決了傳統造紙污染給環境帶來的危害問題，但又因石頭材料之取得需大量開採礦石，而造成自然資源的破壞，且多數石頭材料中所含之有害物質未被適當處理，而亦會影響使用者的健康，丟棄後亦將造成環境污染等問題。
目前冶煉選礦過程中，分選作業後會剩餘有用目標組分含量較低而無法用於生產的部分，這部分被稱為尾礦。
而較難以治理的尾礦主要有轉爐石、赤泥、磷石膏和鉬礦等，具體來說，轉爐石及赤泥存在強鹼及重金屬污染，磷石膏存在強酸及重金屬污染，鉬礦存在重金屬污染，因此，若不對尾礦加以處理，將其排放至土壤、水體，則會引起重金屬污染、酸化及鹼化污染。
＜所欲解決之技術問題＞ 本發明人有鑒於上述較難以治理的尾礦存在強鹼、強酸及重金屬污染及習知以石頭材料做成纖維紙會影響使用者的健康，丟棄後亦將造成環境污染等問題及有待改善之缺失，盼能提供一突破性之方法，以提升環保之效果，乃潛心研思、設計組製，綜集其多年從事相關產品設計產銷之專業技術知識與實務經驗及研思設計所得之成果，終研究出本發明一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法。
＜解決問題之技術手段＞ 為解決上述習知以石頭材料做成纖維紙需大量開採礦石，而造成自然資源的破壞、所隱藏之毒物影響使用者的健康及丟棄後亦將造成環境污染等問題。 本發明提供一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其主要係採用電催化水設備將自來水進行高氧化還原電催化處理，通過該電催化水設備調控得到pH值7之中性電催化水，當尾礦含有強鹼性污染時，則於中性電催化水染中加入酸性物質，使加入酸性物質之中性電催化水與含有強鹼性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強鹼性得以被降至中性（pH7），例如尾礦含有強鹼性污染pH值10時，加入酸性物質之中性電催化水之pH值約為4，混合反應後將使尾礦所含強鹼性得以被降至中性（pH7），反之，當尾礦含有強酸性污染時，則於中性電催化水染中加入鹼性物質，使加入鹼性物質之中性電催化水與含有強酸性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強酸性得以被降至中性（pH7），以達到紙張pH值的要求標準以內。
以下實施例係以含有強鹼性及重金屬污染之尾礦進行加工，其加工步驟為：1、先檢測含有強鹼性及重金屬污染之尾礦之鹼性pH值，再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水加入酸性物質，並計算該中性電催化水加入酸性物質調配後之酸性pH值，並使調配所得之酸性pH值與含有強鹼性及重金屬污染之尾礦混合反應後可使尾礦pH值達到中性之要求，將前述經計算之中性電催化水加入酸性物質後之所得之酸性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，進行酸鹼中和之尾礦強鹼污染無害化治理；2、再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，去除重金屬，進行重金屬污染之尾礦無害化治理；3、將濕潤後的尾礦採用自然風乾方式或攪拌加熱烘乾設備進行水分烘乾，含水率控制在60%；4、將無害化治理後的尾礦投入烘乾設備中以100℃-200℃進行深度烘乾，固體含水率需控制在1%以下；5、烘乾後的尾礦將投入超細研磨設備中進行乾法研磨，研磨精度需控制在1000-2500目之間；6、將比例78：20：2之尾礦粉體與改性助劑及塑料顆粒攪拌並以130℃-200℃加熱混合，並以造粒機製成石化塑膠顆粒，進行改性造粒；7、將石化塑膠顆粒投入熔融紡絲設備中進行拉絲工序，並將所產生之纖維絲捲收成卷；8、將捲收成卷的纖維絲投入切割設備進行物理切絲；9、將切絲後的小段纖維絲與比例1：1：1的澱粉、水、膠水加入混合機器中進行攪拌及熔融，溫度控制在160℃，形成紙張混料；10、紙張混料經壓光機熱壓輥熱壓及冷卻過程而形成環保石頭纖維紙成品；11、最後將環保石頭纖維紙成品通過收卷滾輪進行收卷。以達到尾礦再利用、無污染、防潮、防蛀且成本低之造紙加工方法。
其中該高氧化還原電催化水設備係應用本案發明人前所申請大陸實用新型201120312616.4一種連續生成高氧化還原性水的反應器之技術，相關技術說明已於該申請說明書中詳述，在本案中不再累述，藉pH值1-2酸性電催化水對尾礦進行無害化治理，以避免環境污染，且處理後之電催化水排放後亦不造成污染。
其中之尾礦可採用磷石膏、鉬礦尾礦、鋼渣、赤泥及硫酸鈣，其中改性助劑包括偶聯劑、潤滑劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、氧化鋅及硬脂酸，塑料顆粒則選自PP、PE及PET。
＜對照先前技術之功效＞ 本發明主要目的是將廢棄的尾礦再利用，並藉由pH值7之中性電催化水依尾礦所含強酸性或強鹼性之性質進行加鹼性或酸性之酸鹼質調配，以使處理後之尾礦達符合紙張標準之pH7酸鹼值要求，並再以中性電催化水對尾礦進行重金屬處理，以達到尾礦無害化之治理目的，以避免環境污染，且處理後之電催化水排放後亦不造成污染。
本發明之次一目的是將廢棄的尾礦再利用，以避免廢棄的尾礦所造成環保之問題。
本發明之再一目的是藉本加工方法所形成環保石頭纖維紙成品，以達到尾礦再利用、無污染、防潮、防蛀且成本低之目的。
請參閱第一圖所示，本發明提供一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其主要係採用電催化水設備將自來水進行高氧化還原電催化處理，通過該電催化水設備調控產出的中性電催化水，當尾礦含有強鹼性污染時，則於中性電催化水染中加入酸性物質，使加入酸性物質之中性電催化水與含有強鹼性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強鹼性得以被降至中性（pH7），例如尾礦含有強鹼性污染pH值10時，加入酸性物質之中性電催化水之pH值約為4，混合反應後將使尾礦所含強鹼性得以被降至中性（pH7），反之，當尾礦含有強酸性污染時，則於中性電催化水染中加入鹼性物質，使加入鹼性物質之中性電催化水與含有強酸性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強酸性得以被降至中性（pH7），以達到紙張pH值的要求標準以內。
以下實施例係以含有強鹼性及重金屬污染之尾礦進行加工，其加工步驟為： 1、先檢測含有強鹼性及重金屬污染之尾礦之鹼性pH值，再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水加入酸性物質，並計算該中性電催化水加入酸性物質後之酸性pH值，並使所得之酸性pH值與含有強鹼性及重金屬污染之尾礦混合反應後可使尾礦pH值達到中性之要求，將前述經計算之中性電催化水加入酸性物質後之所得之酸性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，進行酸鹼中和之尾礦強鹼污染無害化治理； 2、再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，去除重金屬，進行重金屬污染之尾礦無害化治理； 3、將濕潤後的尾礦採用自然風乾方式或攪拌加熱烘乾設備進行水分烘乾，含水率控制在60%； 4、將無害化治理後的尾礦投入烘乾設備中以100℃-200℃進行深度烘乾，固體含水率需控制在1%以下； 5、烘乾後的尾礦將投入超細研磨設備中進行乾法研磨，研磨精度需控制在1000-2500目之間； 6、將比例78：2：20之尾礦粉體（規格1000-2500目間）與改性助劑及塑料顆粒攪拌並以130℃-200℃加熱混合，並以造粒機製成石化塑膠顆粒，進行改性造粒； 7、將石化塑膠顆粒投入熔融紡絲設備中進行拉絲工序，並將所產生之纖維絲捲收成卷； 8、將捲收成卷的纖維絲投入切割設備進行物理切絲； 9、將切絲後的小段纖維絲與比例1：1：1的澱粉、水、膠水加入混合機器中進行攪拌及熔融，溫度控制在160℃，形成紙張混料； 10、紙張混料經壓光機熱壓輥熱壓及冷卻過程而形成環保石頭纖維紙成品； 11、最後將環保石頭纖維紙成品通過收卷滾輪進行收卷，以達到尾礦再利用、無污染、防潮、防蛀且成本低之造紙加工方法。
其中於處理具強酸及重金屬污染之磷石膏尾礦時，存在強酸污染時，則於中性電催化水中加入鹼性物質，使加入鹼性物質之中性電催化水與含有強酸性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強酸性得以被降至中性（pH7），以達到紙張pH值的要求標準以內。前述之酸性物質可以是硫酸，鹼性物質可以是氫氧化鈉。
其中該高氧化還原電催化水設備係應用本案發明人前所申請大陸實用新型201120312616.4一種連續生成高氧化還原性水的反應器之技術，相關技術說明已於該申請說明書中詳述，在本案中不再累述，藉pH值1-2酸性電催化水對尾礦進行無害化治理，以避免環境污染，且處理後之電催化水排放後亦不造成污染。
其中之尾礦可採用硫酸鈣、鉬礦尾礦、赤泥、爐石及磷石膏，其中之改性助劑包括偶聯劑、潤滑劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、氧化鋅及硬脂酸，塑料顆粒則選自PP、PE及PET。
如下為各不同尾礦於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例： （1）硫酸鈣：偶聯劑0.83%、潤滑劑1.65%、抗氧劑2.10‰、紫外線吸收劑0.95‰、氧化鋅0.97‰、硬脂酸0.51%及塑料顆粒20%，其餘為硫酸鈣。 其中之偶聯劑係選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸醯胺、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2,4二羥基二苯甲酮。 （2）鉬礦尾礦：偶聯劑0.91%、潤滑劑1.03%、抗氧劑1.98‰、紫外線吸收劑1.03‰、氧化鋅1.15‰、硬脂酸0.64%及塑料顆粒20%，其餘為鉬礦尾礦。 其中之偶聯劑係選自二氧乙撐基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自N,N’亞乙基雙硬脂醯安、抗氧劑選自三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯、紫外線吸收劑選自2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮。 （3）赤泥：偶聯劑0.93%、潤滑劑1.19%、抗氧劑1.91‰、紫外線吸收劑1.12‰、氧化鋅1.08‰、硬脂酸0.59%及塑料顆粒20%，其餘為赤泥。 其中之偶聯劑係選自焦磷醯基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸正丁酯、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2-（2’-羥基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯代苯並三唑。 （4）爐石：偶聯劑0.85%、潤滑劑1.47%、抗氧劑2.23‰、紫外線吸收劑1.16‰、氧化鋅0.94‰、硬脂酸0.72%及塑料顆粒20%，其餘為爐石。 其中之偶聯劑係選自二氧乙撐基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸醯胺、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2,4二羥基二苯甲酮。 （5）磷石膏：偶聯劑0.92%、潤滑劑1.99%、抗氧劑1.85‰、紫外線吸收劑0.93‰、氧化鋅1.12‰、硬脂酸0.65%及塑料顆粒20%，其餘為磷石膏。 其中之偶聯劑係選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、潤滑劑選自芥酸醯胺、抗氧劑選自三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯、紫外線吸收劑選自2-（2’-羥基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯代苯並三唑。
如下為各不同改性助劑之功效特性： （1）偶聯劑：在塑料顆粒配混中，改善合成樹脂與無機填充劑（尾礦粉體）或增強材料的界面性能的一種改性助劑。 （2）潤滑劑：潤滑劑用以降低各材料物體間的摩擦阻力，為減緩其磨損的潤滑介質，也就是減少高分子材料（PP，PE，PET）與無機填充材料（尾礦粉體）間的摩擦阻力。 （3）抗氧劑：產生抗氧化作用。 （4）紫外線吸收劑：吸收紫外線，防止因紫外線造成損害。 （5）氧化鋅：氧化鋅是一種化學添加劑，氧化鋅的能帶隙和激子束縛能較大，透明度高，有優異的常溫發光性能，使產品看起來光亮，提高品質及美觀。 （6）硬脂酸：係使於塑料顆粒，作為塑料顆粒之耐寒增塑劑、脫模劑、穩定劑及表面活性劑等特性。
綜上所述，本發明具有尾礦再利用、無污染、防潮、防蛀且成本低之造紙加工方法，為一甚具新穎性、進步性及可供產業上應用之發明，實已符合發明專利之給與要件，爰依法提出專利申請，尚祈　貴審查委員能詳予審查，並早日賜准本案專利，實為德便。
唯以上所述者，僅為本發明所舉之其中較佳實施例，當不能以之限定本發明之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
第一圖為本發明加工方法之流程方塊圖。

Claims (9)

  1. 一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其主要係採用電催化水設備將自來水進行高氧化還原電催化處理，通過該電催化水設備將自來水調控產生pH值7之中性電催化水，並藉由pH值7之中性電催化水依尾礦所含強酸性或強鹼性之性質進行加入鹼性或酸性物質進行所需之酸鹼質調配，使加入鹼性或酸性物質之中性電催化水與含有強酸性或強鹼性污染之尾礦混合反應後，使尾礦所含強酸性或強鹼性得以被降至中性（pH7），以使處理後之尾礦達符合紙張標準之pH7酸鹼值要求，並再以中性電催化水對尾礦進行重金屬處理，以達到尾礦無害化之治理目的，以避免環境污染，且處理後之電催化水排放後亦不造成污染，其中以含有強鹼性及重金屬污染之尾礦進行加工，其加工步驟為： （1）先檢測含有強鹼性及重金屬污染之尾礦之鹼性pH值，再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水加入酸性物質，並計算該中性電催化水加入酸性物質調配後之酸性pH值，並使調配所得之酸性pH值與含有強鹼性及重金屬污染之尾礦混合反應後可使尾礦pH值達到中性之要求，將前述經計算之中性電催化水加入酸性物質後之所得之酸性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，進行酸鹼中和之尾礦強鹼污染無害化治理； （2）再將通過該電催化水設備調控產出pH值7的中性電催化水與尾礦按照固液體積比1：1的比例攪拌混合至尾礦完全濕潤，去除重金屬，進行重金屬污染之尾礦無害化治理； （3）將濕潤後的尾礦採用自然風乾方式或攪拌加熱烘乾設備進行水分烘乾，含水率控制在60%； （4）將無害化治理後的尾礦投入烘乾設備中以100℃-200℃進行深度烘乾，固體含水率需控制在1%以下； （5）烘乾後的尾礦將投入超細研磨設備中進行乾法研磨，研磨精度需控制在1000-2500目之間； （6）將比例78：2：20之尾礦粉體（規格1000-2500目間）與改性助劑及塑料顆粒攪拌並以130℃-200℃加熱混合，並以造粒機製成石化塑膠顆粒，進行改性造粒； （7）將石化塑膠顆粒投入熔融紡絲設備中進行拉絲工序，並將所產生之纖維絲捲收成卷； （8）將捲收成卷的纖維絲投入切割設備進行物理切絲； （9）將切絲後的小段纖維絲與比例1：1：1的澱粉、水、膠水加入混合機器中進行攪拌及熔融，溫度控制在160℃，形成紙張混料； （10）紙張混料經壓光機熱壓輥熱壓及冷卻過程而形成環保石頭纖維紙成品； （11）最後將環保石頭纖維紙成品通過收卷滾輪進行收卷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中之尾礦可採用硫酸鈣、鉬礦尾礦、赤泥、爐石及磷石膏，其中之改性助劑包括偶聯劑、潤滑劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、氧化鋅及硬脂酸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中之塑料顆粒則選自PP、PE及PET。
  4. 如申請專利範圍第2項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中使用硫酸鈣為原料於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例如下： 偶聯劑0.83%、潤滑劑1.65%、抗氧劑2.10‰、紫外線吸收劑0.95‰、氧化鋅0.97‰、硬脂酸0.51%及塑料顆粒20%，其餘為硫酸鈣，其中之偶聯劑係選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸醯胺、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2,4二羥基二苯甲酮。
  5. 如申請專利範圍第2項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中使用鉬礦尾礦為原料於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例如下： 偶聯劑0.91%、潤滑劑1.03%、抗氧劑1.98‰、紫外線吸收劑1.03‰、氧化鋅1.15‰、硬脂酸0.64%及塑料顆粒20%，其餘為鉬礦，其中之偶聯劑係選自二氧乙撐基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自N,N’亞乙基雙硬脂醯安、抗氧劑選自三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯、紫外線吸收劑選自2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮。
  6. 如申請專利範圍第2項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中使用赤泥為原料於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例如下： 偶聯劑0.93%、潤滑劑1.19%、抗氧劑1.91‰、紫外線吸收劑1.12‰、氧化鋅1.08‰、硬脂酸0.59%及塑料顆粒20%，其餘為赤泥，其中之偶聯劑係選自焦磷醯基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸正丁酯、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2-（2’-羥基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯代苯並三唑。
  7. 如申請專利範圍第2項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中使用爐石為原料於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例如下： 偶聯劑0.85%、潤滑劑1.47%、抗氧劑2.23‰、紫外線吸收劑1.16‰、氧化鋅0.94‰、硬脂酸0.72%及塑料顆粒20%，其餘為爐石，其中之偶聯劑係選自二氧乙撐基鈦酸異丙酯、潤滑劑選自硬脂酸醯胺、抗氧劑選自亞磷酸三（2,4-二叔丁基酯）、紫外線吸收劑選自2,4二羥基二苯甲酮。
  8. 如申請專利範圍第2項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中使用磷石膏為原料於加工過程中添加各改性助劑及塑料顆粒之比例如下： 偶聯劑0.92%、潤滑劑1.99%、抗氧劑1.85‰、紫外線吸收劑0.93‰、氧化鋅1.12‰、硬脂酸0.65%及塑料顆粒20%，其餘為磷石膏，其中之偶聯劑係選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、潤滑劑選自芥酸醯胺、抗氧劑選自三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯、紫外線吸收劑選自2-（2’-羥基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯代苯並三唑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述一種尾礦再利用之環保石頭纖維紙加工方法，其中酸性物質可以是硫酸，鹼性物質可以是氫氧化鈉。
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