張名惠、李映萱、莊凱翔／工研院材化所；林孟傑／台灣塑膠工業股份有限公司
許多廢棄物與工業副產物皆含有鈣氧化物，可使用高選擇性的溶液將之取用與純化、改質轉製成碳酸鈣，具有多元的陶瓷應用潛力；廢棄牡蠣殼亦為碳酸鈣，將之煅燒與改質處理後則可進一步製成具高活性氧的抗菌產物。此外，製造碳酸鈣之過程亦可同時固化二氧化碳，而若將之進一步溶解產生含鈣離子溶液，則可作為生物的營養鹽，將之轉化為生物碳酸鈣。未來含鈣循環材料應整合其資源化應用方式與產業，除了能降低石灰石礦產的開採以保護環境之外，亦可形成新的高值化材料產業鏈，創造新的循環經濟價值。
【內文精選】
前 言
鈣化合物具有廣泛的工業應用，例如石灰石作為水泥原料與煉鋼助劑，研磨或合成碳酸鈣主要作為填料，應用於塑膠、橡膠、造紙等。由於鈣化合物應用廣泛，現今廢棄物與工業副產物中，鈣化合物亦是無所不在。煉鋼爐石與鋼碴、焚化爐底渣與飛灰等均具有相當含量的鈣氧化物；食品工業的牡蠣殼、蛋殼等，則為另一宗碳酸鈣之產物。站在資源有效循環利用及創造經濟的角度下，如何有效去化並轉換這些含鈣材料作為新的資源，則為相關產業關注的議題之一。以下介紹鈣化合物應用及相關處理技術發展，期許未來能串聯更多鈣循環材料(Recycling Material)產業間之交互利用鏈結，進一步形成零廢棄之鈣資源循環利用目標。
鈣萃取與純化碳酸鈣技術
礦石及廢棄物中的鈣萃取與純化技術，發展較成熟為芬蘭Aalto University的Slag2PCC製程。其使用含有銨鹽類的溶液或酸將轉爐石中的氧化鈣萃取至溶液中，萃餘的產物幾乎不含活性氧化鈣，性質穩定有機會做其他應用；而萃取液與二氧化碳反應後可生成沉澱碳酸鈣粉體(PCC)。此技術的優點為某些銨鹽對於鈣的選擇率極高，不容易萃取出轉爐石中的其他物質例如鎂、鐵等，且其可多次重複使用；另外，此程序相較於其他將二氧化碳直接與轉爐石反應的「直接碳酸化」方式，生成的碳酸鈣可與轉爐石分離且純度高，若可控制其晶體形狀與大小，有極高的機會可作為其他陶瓷應用。若需要進一步製備出更高純度之碳酸鈣，則可搭配其他除雜質程序，例如以雙氧水除鐵，可進一步提升碳酸鈣的純度特性。
圖二、萃取台塑石灰中的鈣製得的高純碳酸鈣微粉
廢棄生物碳酸鈣轉製抗菌材料
除了廢棄物與工業副產物的碳酸鈣之外，生物碳酸鈣如廢牡蠣殼、蛤蜊殼等則屬於特殊性質的陶瓷，其具有與礦石及合成碳酸鈣相異的結構與特性，且含部分有機質，因此應用上具有特別的發展。國內廢棄牡蠣殼年產量達16萬噸以上，堆置除了占有土地成本外，孳生蚊蠅與產生的臭味對環境有很大影響。近年來農委會、台糖生技等針對其特殊性已經發展出多種應用途徑，例如：鈣質補充劑、抑菌劑、抗菌塗料、肥料與飼料等，市場商機可期。牡蠣殼煅燒後產生的氧化鈣已被證明具有抗菌的特殊用途，其煅燒後產生的氧化鈣中之活性氧(ROS)，相較於氧化鎂或其他鹼性化合物具有特殊的抗菌能力。台塑公司近來亦投入研發，將廢棄牡蠣殼轉製抗菌產品，研發牡蠣殼之改質與提升抗菌力的技術，除了大幅提升煅燒牡蠣殼粉的白度與純度外，並能有效控制一次晶粒大小於奈米等級以提升抗菌性能，其電子顯微鏡照片如圖五所示，已生產應用於抗菌鞋材與包裝膜等。
鈣溶解捕碳與轉製生物碳酸鈣
若想取用工業副產物與產業廢棄物的鈣，除了利用銨鹽等溶液萃取之外，還可以直接與溶液中的碳酸反應，形成富含碳酸氫根與鈣離子的營養鹽溶液，並利用其作為營養鹽來養殖珊瑚、甲殼類或藻類，使廢棄物中的鈣再循環回到生物體中的鈣，此溶解技術起源為石灰石加速風化法(AWL)。此技術可結合本文第三節所介紹之碳酸化技術，將工業副產物中的氧化鈣先碳酸化為碳酸鈣，再進一步溶解為碳酸氫根與鈣鹽，並將之應用於藻類或甲殼類等含鈣生物的養殖，產製新的生物碳酸鈣材料，其製程示意圖如圖六所示。相較於…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、鈣溶解與產製生物碳酸鈣之製程示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》420期，更多資料請見下方附檔。