碳酸鈣粉體的高端化技術(shù)突破與多領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用
?碳酸鈣(CaCO3)作為一種重要的無機(jī)非金屬材料,因其來源廣泛、價(jià)格低廉、無毒無害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),
被廣泛應(yīng)用于塑料、造紙、涂料、橡膠、建材等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域。
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然而,普通碳酸鈣存在分散性差、與有機(jī)高分子
材料相容性弱、自身功能單一等缺點(diǎn),限制了其在高附加值領(lǐng)域的應(yīng)用。碳酸鈣經(jīng)過表面改性、粒度與形貌控制、
功能化復(fù)合等技術(shù)深加工后,其性能和價(jià)值得到顯著提升,并成功拓展了其創(chuàng)新應(yīng)用邊界。
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?1、納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝
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?納米碳酸鈣制備方法主要分為物理法和化學(xué)法,重質(zhì)納米碳酸鈣采用機(jī)械粉碎法制備;輕質(zhì)或沉淀納米碳酸鈣采
用化學(xué)法制備,化學(xué)法主要分為沉淀法、碳化法、乳液法、溶膠-凝膠法等,產(chǎn)品的晶型可控。
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目前,碳化法是
工業(yè)生產(chǎn)納米碳酸鈣的主要方法,其原料來源廣泛,主要為碳酸鈣含量較高的石灰石,原料經(jīng)煅燒、消化、碳化、
改性、分散、干燥、包裝等步驟后得到最終產(chǎn)品。
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碳化法制備納米碳酸鈣的最關(guān)鍵步驟為碳化反應(yīng),按
Ca(OH)2漿液和CO2接觸方式的不同,碳化法分為間歇碳化法、多級(jí)噴霧碳化法、超重力碳化法等工藝。
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?在不同的碳化工藝中,核心都是關(guān)于工藝條件的控制。碳化過程中,CaCO3形貌和尺寸受多種因素如起始Ca(OH)2
濃度、碳化起始溫度、CO2分壓、總氣體流量共同影響.這些條件本質(zhì)上是通過改變?nèi)芤哼^飽和度和氣液傳質(zhì)特性影
響CaCO3的成核和結(jié)晶生長(zhǎng)過程。
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?2、重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝
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?重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)技術(shù)主要涉及選礦、礦石破碎、磨粉和超細(xì)粉碎或超細(xì)磨粉以及表面改性等。目前市場(chǎng)上重質(zhì)碳
酸鈣制備工藝主要有4種,分別為雷蒙磨工藝、環(huán)輥磨工藝、球磨工藝和超細(xì)立磨工藝,各工藝特點(diǎn)分別如下:
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?(1)雷蒙磨工藝
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雷蒙磨主要生產(chǎn)325目以下的產(chǎn)品,其工作原理是借助懸掛在中心軸上的懸輥,在電機(jī)帶動(dòng)下高
速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生擠壓和研磨作用,研磨區(qū)物料在低速狀態(tài)下發(fā)生擠壓、摩擦和剪切粉碎以及間斷沖擊粉碎。雷蒙磨在投
資及能耗方面優(yōu)勢(shì)很大,但是其碾壓粉碎原理決定了雷蒙磨產(chǎn)生的微粉量相對(duì)較少,其生產(chǎn)能力偏小。
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?(2)環(huán)輥磨工藝
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環(huán)輥磨是將物料送入磨輪和磨圈之間的間隙,經(jīng)過磨輪和磨圈的沖擊,擠壓和研磨,物料被磨成
粉末。相比于雷蒙磨,環(huán)輥磨在磨輥結(jié)構(gòu)上有較大改進(jìn),粉磨效率高且成品粒度好。憑借其節(jié)電和投資低廉的特性,
環(huán)輥磨工藝在重鈣行業(yè)得到迅速推廣使用,但其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量偏小,在大規(guī)模應(yīng)用上受一定的制約。
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?(3)球磨工藝
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球磨機(jī)通過旋轉(zhuǎn)的球體對(duì)物料進(jìn)行研磨,物料與研磨介質(zhì)在球磨機(jī)的回轉(zhuǎn)過程中相互沖擊和研磨,其
細(xì)粉產(chǎn)量高,單機(jī)產(chǎn)能大??梢陨a(chǎn)600~6500目的重鈣產(chǎn)品,單機(jī)生產(chǎn)能力很大,但存在過研磨現(xiàn)象,能耗稍高的問題。
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?(4)超細(xì)立磨工藝
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立磨粉磨機(jī)理上也屬于碾壓粉碎。超細(xì)立磨,原料經(jīng)喂料裝置送入磨盤后,由減速機(jī)帶動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)
生離心力,原料向磨盤邊緣運(yùn)動(dòng)并通過磨輥下部及磨盤襯板上部之間的碾磨區(qū)被碾磨,3個(gè)磨輥均有液壓系統(tǒng)控制的加壓裝
置向下施加恒定的研磨壓力,使原料在磨輥和磨盤之間進(jìn)行研磨。液壓控制使得磨輥對(duì)物料的碾壓力增大,粉碎效率遠(yuǎn)好于
雷蒙磨。
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?3、碳酸鈣表面改性工藝
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?表面改性是碳酸鈣最主要的深加工技術(shù)之一,近10年來,表面改性產(chǎn)品的需求量以每年10-15%左右的速度增長(zhǎng)。
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主流碳
酸鈣的表面改性主要采用有機(jī)包覆和復(fù)合改性方法。有機(jī)包覆改性是以有機(jī)物,如硬脂酸及其鹽、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶
聯(lián)劑、水溶性高分子等為表面包覆/改性劑,對(duì)碳酸鈣粉體進(jìn)行包覆使之改性的方法。目前,干法改性是碳酸鈣的主流工藝。
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?干法改性工藝是粉體在干的狀態(tài)下或干燥后在表面改性設(shè)備中進(jìn)行分散,同時(shí)加入配置好的表面改性劑,在一定溫度下進(jìn)行
表面改性的工藝。
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?4、碳酸鈣創(chuàng)新應(yīng)用
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?目前重質(zhì)碳酸鈣中超細(xì)重鈣、改性重鈣、高純重鈣、復(fù)合碳酸鈣是潛力較大的高附加值產(chǎn)品,輕質(zhì)碳酸鈣中,改性納米鈣、
球形碳酸鈣、多孔碳酸鈣、碳酸鈣晶須、復(fù)合碳酸鈣等也是潛力較大的高附加產(chǎn)品。在具體應(yīng)用中,塑料、造紙、涂料、
橡膠、膠粘劑、醫(yī)藥、食品、飼料等均有高附加值產(chǎn)品涌現(xiàn)。此外,在新能源材料、電子信息材料、環(huán)境功能材料、磁性
響應(yīng)材料等領(lǐng)域,碳酸鈣也逐漸展現(xiàn)出安全、綠色、低成本、純度高、性質(zhì)穩(wěn)定、普適性高等優(yōu)勢(shì)。
