以石灰石為原料經(jīng)鍛燒、消化、碳酸化、分離、干燥分級(jí)制取的產(chǎn)品稱為輕質(zhì)碳酸鈣，是用途最為廣泛的無(wú)機(jī)填料之一，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、涂料、油漆、油墨、印刷、電纜、食品、醫(yī)藥、化妝品、日用品、飼料、潤(rùn)滑油等各個(gè)行業(yè)。
超細(xì)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(guò)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(chǎn)工藝、質(zhì)量控制、外觀、粒徑、應(yīng)用等方面有很多不同。了解它們之間的區(qū)別，有助于我們辨別并根據(jù)不同需求開發(fā)不用功能的碳酸鈣產(chǎn)品。
1、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制的差異
輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法雖然不少，但在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)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(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。此法具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、原料豐富等顯著特點(diǎn)，滿足不同行業(yè)的要求。
我國(guó)于上世紀(jì)80年代初開始研制和生產(chǎn)納米碳酸鈣，并于80年代末實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)的研究開發(fā)單位主要有北京化工大學(xué)、華東理工大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)化工學(xué)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(chǎn)過(guò)程主要分四個(gè)工序：煅燒凈化、消化、碳化、干燥包裝。生產(chǎn)時(shí)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(jīng)多級(jí)旋液分離除去顆粒及雜質(zhì)，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(dāng)?shù)谋砻娓男詣?，碳化至終點(diǎn)，得到碳酸鈣漿液再進(jìn)行脫水、干操、表面處理，最終得到所要求的納米碳酸鈣產(chǎn)品。
1）消化
輕鈣制備工藝對(duì)消化溫度以及消化用水質(zhì)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(yīng)溫度，同時(shí)降低生產(chǎn)中的水的消耗量。一般要求石灰為中燒或過(guò)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(yīng)采用活性較高的輕燒石灰，控制較高的消化溫度和穩(wěn)定的生漿粘度?？衫蒙鷿{精制過(guò)程中的洗渣液作為消化水，但不能采用熟漿濾液消化，因?yàn)闉V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(yīng)，影響碳化結(jié)晶的均勻性，容易在結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生大顆粒晶體，影響產(chǎn)品粒徑分布范圍。
2）碳化
制備輕鈣不控制碳化反應(yīng)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(shí)為了提高碳化速度，在沉降體積達(dá)到要求的情況下，在碳化初始的生漿內(nèi)添加一部分熟漿，可明顯提高碳化反應(yīng)速度，又可作為調(diào)節(jié)產(chǎn)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(yīng)器，裝有可控制反應(yīng)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(shè)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(shù)，還可以采用多級(jí)碳化的方式控制晶體的粒徑和晶形。由于在碳化反應(yīng)初期不能帶入較多的晶種，因此碳化反應(yīng)器應(yīng)便于清洗，以便于每批次碳化結(jié)束后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的清洗。也可以在生漿或碳化反應(yīng)過(guò)程中添加一定量的晶形控制劑，起到調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，提高晶體分散性能和控制結(jié)晶的作用，其碳化工藝控制較普通輕鈣或微細(xì)鈣復(fù)雜得多。
3）干燥
輕鈣一般只要控制產(chǎn)品的白度、水分、篩余物和值等指標(biāo)達(dá)到要求即可，所以在產(chǎn)品干燥后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單篩分后包裝產(chǎn)品。干燥溫度要求不高，只要不超過(guò)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(jìn)行干燥，效率較高。
納米碳酸鈣大多數(shù)是經(jīng)過(guò)表面處理的，因此產(chǎn)品在干燥時(shí)，溫度不宜控制過(guò)高，否則會(huì)引起表面活性劑焦化，產(chǎn)品嚴(yán)重變黃，影響到產(chǎn)品的質(zhì)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(tǒng)中停留時(shí)間的不同，工藝控制溫度也略有不同。產(chǎn)品干燥后粉碎解聚和分級(jí)是納米碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵手段。針對(duì)不同粒經(jīng)分布和不同表面活性劑處理的產(chǎn)品，在選擇干燥和粉碎分級(jí)設(shè)備時(shí)各有側(cè)重。
2、外觀質(zhì)量不同
1）外觀
用手指揉搓納米碳酸鈣粉體時(shí)，感覺(jué)顆粒較為細(xì)滑，附著力較強(qiáng)，沖洗手指上的粉末時(shí)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(chǎn)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(jué)。
2）白度
由于普通納米碳酸鈣產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝過(guò)程中非常注重對(duì)產(chǎn)品中“黑、黃點(diǎn)”等雜質(zhì)的控制，因此產(chǎn)品白度較高，一般為94%96%，會(huì)略高于普通活性輕鈣，但也有部分普通輕鈣非活性產(chǎn)品白度較高，可以達(dá)到96%-97%。
3）堆積密度
一般情況下納米碳酸鈣產(chǎn)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(chǎn)品應(yīng)用性能的不斷改良，一些產(chǎn)品的堆積密度在逐步提高，加之不同干燥設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)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(chǎn)品和普通輕鈣產(chǎn)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(zhì)區(qū)別就在于原始粒徑也稱一次粒徑不同，通過(guò)透射電鏡分析檢測(cè)可以準(zhǔn)確辨別兩種產(chǎn)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(jié)晶過(guò)程中晶形發(fā)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(xiàn)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(tuán)聚凝聚形成菊花狀晶體。
4、應(yīng)用過(guò)程性能和作用不同
納米碳酸鈣由于其顆粒粒徑較小，在應(yīng)用材料中表現(xiàn)出一些特殊性能，如在橡膠和塑料中具有較強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)和改性作用，可以較大幅度提高材料的部分力學(xué)性能和光學(xué)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(bǔ)強(qiáng)性能等方面明顯遜色于納米碳酸鈣產(chǎn)品，故一般只具有體積填充作用。
納米級(jí)碳酸鈣在中國(guó)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，不同碳化方法應(yīng)運(yùn)而生，規(guī)模不斷增大，產(chǎn)量不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，由橡膠、油墨等行業(yè)向塑料、涂料、膠黏劑、造紙等行業(yè)迅速擴(kuò)展，需求量以每年20%的速度遞增，高檔產(chǎn)品不斷投放市場(chǎng)，滿足了國(guó)內(nèi)外兩大市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求。
如今，功能性碳酸鈣已經(jīng)成為碳酸鈣應(yīng)用市場(chǎng)的一大需求點(diǎn)。面對(duì)市場(chǎng)需求，不同用戶對(duì)產(chǎn)品要求不同，除了看產(chǎn)品碳酸鈣粒徑，更看產(chǎn)品性能、品質(zhì)，各種功能化專用鈣產(chǎn)品才能具備更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，可在納米級(jí)碳酸鈣的應(yīng)用性能上多下功夫，開發(fā)出更多功能性、專用納米碳酸鈣。其他無(wú)機(jī)粉體材料的功能開發(fā)亦是如此。
