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    納米鈣與輕鈣在生產過程、性能作用等區別

    以石灰石為原料經鍛燒、消化、碳酸化、分離、干燥分級制取的產品稱為輕質碳酸鈣,是用途最為廣泛的無機填料之一,廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、涂料、油漆、油墨、印刷、電纜、食品、醫藥、化妝品、日用品、飼料、潤滑油等各個行業。

    超細碳酸鈣,特別是納米碳酸鈣微粒,不僅保留了原碳酸鈣的性能,還具有納米微粒的特性。而且,通過控制制備條件,可以得到不同粒徑不同晶體形狀的納米碳酸鈣。因此,納米鈣與輕鈣在在生產工藝、質量控制、外觀、粒徑、應用等方面有很多不同。了解它們之間的區別,有助于我們辨別并根據不同需求開發不用功能的碳酸鈣產品。


    1、生產工藝及質量控制的差異

    輕質碳酸鈣的生產方法雖然不少,但在國內實現工業生產的幾乎只有碳化法。將石灰石等原料鍛燒生成生石灰主要成份為氧化鈣和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳主要成份為氫氧化鈣,然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀,最后碳酸鈣沉淀經脫水、干燥和粉碎便制得輕質碳酸鈣。此法具有能耗低、工藝簡單、原料豐富等顯著特點,滿足不同行業的要求。

    我國于上世紀80年代初開始研制和生產納米碳酸鈣,并于80年代末實現工業化生產。國內的研究開發單位主要有北京化工大學、華東理工大學、哈爾濱工程大學化工學院、中科院合肥固體物理研究所、天津化工研究院等。

    納米碳酸鈣的生產過程主要分四個工序:煅燒凈化、消化、碳化、干燥包裝。生產時先將精選的石灰石礦石鍛燒,得到氧化鈣和窯氣然后將氧化鈣消化,并將生成的懸浮氫氧化鈣在高剪切力作用下粉碎,經多級旋液分離除去顆粒及雜質,得到一定濃度的精制的氫氧化鈣懸浮液之后通入,加入適當的表面改性劑,碳化至終點,得到碳酸鈣漿液再進行脫水、干操、表面處理,最終得到所要求的納米碳酸鈣產品。

    1)消化
    輕鈣制備工藝對消化溫度以及消化用水質量要求不高,可以利用離心脫水的回收濾液作為消化的熱水,這樣可以充分利用熱能提高消化反應溫度,同時降低生產中的水的消耗量。一般要求石灰為中燒或過燒即可,消化后的生漿粘度較低,有利于提高碳化效率。

    制備納米碳酸鈣應采用活性較高的輕燒石灰,控制較高的消化溫度和穩定的生漿粘度??衫蒙鷿{精制過程中的洗渣液作為消化水,但不能采用熟漿濾液消化,因為濾液中含有大量的碳酸鈣晶體,加入到生漿中將成為晶種參與碳化反應,影響碳化結晶的均勻性,容易在結晶過程中產生大顆粒晶體,影響產品粒徑分布范圍。

    2)碳化
    制備輕鈣不控制碳化反應的初始溫度,也幾乎不控制生漿的濃度和粘度以及的濃度。有時為了提高碳化速度,在沉降體積達到要求的情況下,在碳化初始的生漿內添加一部分熟漿,可明顯提高碳化反應速度,又可作為調節產品沉降體積的一種手段。

    制備納米碳酸鈣采用與普通輕鈣不同的碳化反應器,裝有可控制反應溫度的冷水夾套或提高氣液混合的攪拌器等裝置以及制冷設備等??刂粕鷿{碳化的起始溫度、石灰乳液濃度、仇濃度、溫度、流量以及攪拌速度等工藝參數,還可以采用多級碳化的方式控制晶體的粒徑和晶形。由于在碳化反應初期不能帶入較多的晶種,因此碳化反應器應便于清洗,以便于每批次碳化結束后對系統進行必要的清洗。也可以在生漿或碳化反應過程中添加一定量的晶形控制劑,起到調節反應速度,提高晶體分散性能和控制結晶的作用,其碳化工藝控制較普通輕鈣或微細鈣復雜得多。

    3)干燥
    輕鈣一般只要控制產品的白度、水分、篩余物和值等指標達到要求即可,所以在產品干燥后,經過簡單篩分后包裝產品。干燥溫度要求不高,只要不超過碳酸鈣的分解溫度即可,所以普通輕鈣一般采用600-750℃溫度進行干燥,效率較高。

    納米碳酸鈣大多數是經過表面處理的,因此產品在干燥時,溫度不宜控制過高,否則會引起表面活性劑焦化,產品嚴重變黃,影響到產品的質量。目前納米碳酸鈣的干燥溫度一般在200-300℃,視物料在不同干燥系統中停留時間的不同,工藝控制溫度也略有不同。產品干燥后粉碎解聚和分級是納米碳酸鈣產品質量控制的關鍵手段。針對不同粒經分布和不同表面活性劑處理的產品,在選擇干燥和粉碎分級設備時各有側重。

       
    2、外觀質量不同

    1)外觀
    用手指揉搓納米碳酸鈣粉體時,感覺顆粒較為細滑,附著力較強,沖洗手指上的粉末時較難洗凈。粉體在空氣中形成的粉塵較難沉降,粒徑較小的納米碳酸鈣產品與水混溶后形成的膏狀料外觀白度不高,并有微透明的感覺。

    2)白度
    由于普通納米碳酸鈣產品在生產工藝過程中非常注重對產品中“黑、黃點”等雜質的控制,因此產品白度較高,一般為94%96%,會略高于普通活性輕鈣,但也有部分普通輕鈣非活性產品白度較高,可以達到96%-97%。

    3)堆積密度
    一般情況下納米碳酸鈣產品的堆積密度較小,多為0.4-0.6g/cm3,而輕鈣堆積密度一般為0.6-0.7g/cm3,但隨著納米碳酸鈣產品應用性能的不斷改良,一些產品的堆積密度在逐步提高,加之不同干燥設備生產的產品堆積密度差異較大,一般目前從堆積密度方面比較難以辨別納米碳酸鈣產品和普通輕鈣產品。


    3、粒徑及晶形不同

    1)粒徑不同
    納米碳酸鈣與普通輕鈣的本質區別就在于原始粒徑也稱一次粒徑不同,通過透射電鏡分析檢測可以準確辨別兩種產品。

    2)晶形不同
    由于納米碳酸鈣碳化工藝與普通輕鈣差別較大,使納米碳酸鈣晶體結晶過程中晶形發生變化,晶體的形狀以立方體為主,晶體的形狀隨工藝條件和晶形控制劑的影響而呈現多樣性,而普通輕鈣晶體形狀較為單一,以紡錘形為主,亦或團聚凝聚形成菊花狀晶體。


    4、應用過程性能和作用不同

    納米碳酸鈣由于其顆粒粒徑較小,在應用材料中表現出一些特殊性能,如在橡膠和塑料中具有較強的補強和改性作用,可以較大幅度提高材料的部分力學性能和光學性能。因此納米碳酸鈣一般具有功能性填料和體積填料雙重作用。普通輕鈣在補強性能等方面明顯遜色于納米碳酸鈣產品,故一般只具有體積填充作用。

    納米級碳酸鈣在中國已實現工業化,不同碳化方法應運而生,規模不斷增大,產量不斷增加,應用領域不斷擴大,由橡膠、油墨等行業向塑料、涂料、膠黏劑、造紙等行業迅速擴展,需求量以每年20%的速度遞增,高檔產品不斷投放市場,滿足了國內外兩大市場日益增長的需求。

    如今,功能性碳酸鈣已經成為碳酸鈣應用市場的一大需求點。面對市場需求,不同用戶對產品要求不同,除了看產品碳酸鈣粒徑,更看產品性能、品質,各種功能化專用鈣產品才能具備更強的市場競爭力。因此,可在納米級碳酸鈣的應用性能上多下功夫,開發出更多功能性、專用納米碳酸鈣。其他無機粉體材料的功能開發亦是如此。

     
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