碳酸钙粉体的高端化技术突破与多领域创新应用

 碳酸钙（CaCO3）作为一种重要的无机非金属材料，因其来源广泛、价格低廉、无毒无害、化学性质稳定等优点，
被广泛应用于塑料、造纸、涂料、橡胶、建材等传统工业领域。   然而，普通碳酸钙存在分散性差、与有机高分子
材料相容性弱、自身功能单一等缺点，限制了其在高附加值领域的应用。碳酸钙经过表面改性、粒度与形貌控制、
功能化复合等技术深加工后，其性能和价值得到显著提升，并成功拓展了其创新应用边界。  
 1、纳米碳酸钙生产工艺  
 纳米碳酸钙制备方法主要分为物理法和化学法，重质纳米碳酸钙采用机械粉碎法制备；轻质或沉淀纳米碳酸钙采
用化学法制备，化学法主要分为沉淀法、碳化法、乳液法、溶胶-凝胶法等，产品的晶型可控。   目前，碳化法是
工业生产纳米碳酸钙的主要方法，其原料来源广泛，主要为碳酸钙含量较高的石灰石，原料经煅烧、消化、碳化、
改性、分散、干燥、包装等步骤后得到最终产品。   碳化法制备纳米碳酸钙的最关键步骤为碳化反应，按
Ca（OH）2浆液和CO2接触方式的不同，碳化法分为间歇碳化法、多级喷雾碳化法、超重力碳化法等工艺。  
 在不同的碳化工艺中，核心都是关于工艺条件的控制。碳化过程中，CaCO3形貌和尺寸受多种因素如起始Ca(OH)2
浓度、碳化起始温度、CO2分压、总气体流量共同影响.这些条件本质上是通过改变溶液过饱和度和气液传质特性影
响CaCO3的成核和结晶生长过程。  
 2、重质碳酸钙生产工艺  
 重质碳酸钙的生产技术主要涉及选矿、矿石破碎、磨粉和超细粉碎或超细磨粉以及表面改性等。目前市场上重质碳
酸钙制备工艺主要有4种，分别为雷蒙磨工艺、环辊磨工艺、球磨工艺和超细立磨工艺，各工艺特点分别如下：  
 （1）雷蒙磨工艺   雷蒙磨主要生产325目以下的产品，其工作原理是借助悬挂在中心轴上的悬辊，在电机带动下高
速旋转时产生挤压和研磨作用，研磨区物料在低速状态下发生挤压、摩擦和剪切粉碎以及间断冲击粉碎。雷蒙磨在投
资及能耗方面优势很大，但是其碾压粉碎原理决定了雷蒙磨产生的微粉量相对较少，其生产能力偏小。  
 （2）环辊磨工艺   环辊磨是将物料送入磨轮和磨圈之间的间隙，经过磨轮和磨圈的冲击，挤压和研磨，物料被磨成
粉末。相比于雷蒙磨，环辊磨在磨辊结构上有较大改进，粉磨效率高且成品粒度好。凭借其节电和投资低廉的特性，
环辊磨工艺在重钙行业得到迅速推广使用，但其台时产量偏小，在大规模应用上受一定的制约。  
 （3）球磨工艺   球磨机通过旋转的球体对物料进行研磨，物料与研磨介质在球磨机的回转过程中相互冲击和研磨，其
细粉产量高，单机产能大。可以生产600~6500目的重钙产品，单机生产能力很大，但存在过研磨现象，能耗稍高的问题。  
 （4）超细立磨工艺   立磨粉磨机理上也属于碾压粉碎。超细立磨，原料经喂料装置送入磨盘后，由减速机带动磨盘转动产
生离心力，原料向磨盘边缘运动并通过磨辊下部及磨盘衬板上部之间的碾磨区被碾磨，3个磨辊均有液压系统控制的加压装
置向下施加恒定的研磨压力，使原料在磨辊和磨盘之间进行研磨。液压控制使得磨辊对物料的碾压力增大，粉碎效率远好于
雷蒙磨。  
 3、碳酸钙表面改性工艺  
 表面改性是碳酸钙最主要的深加工技术之一，近10年来，表面改性产品的需求量以每年10-15%左右的速度增长。   主流碳
酸钙的表面改性主要采用有机包覆和复合改性方法。有机包覆改性是以有机物，如硬脂酸及其盐、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶
联剂、水溶性高分子等为表面包覆/改性剂，对碳酸钙粉体进行包覆使之改性的方法。目前，干法改性是碳酸钙的主流工艺。  
 干法改性工艺是粉体在干的状态下或干燥后在表面改性设备中进行分散，同时加入配置好的表面改性剂，在一定温度下进行
表面改性的工艺。  
 4、碳酸钙创新应用  
 目前重质碳酸钙中超细重钙、改性重钙、高纯重钙、复合碳酸钙是潜力较大的高附加值产品，轻质碳酸钙中，改性纳米钙、
球形碳酸钙、多孔碳酸钙、碳酸钙晶须、复合碳酸钙等也是潜力较大的高附加产品。在具体应用中，塑料、造纸、涂料、
橡胶、胶粘剂、医药、食品、饲料等均有高附加值产品涌现。此外，在新能源材料、电子信息材料、环境功能材料、磁性
响应材料等领域，碳酸钙也逐渐展现出安全、绿色、低成本、纯度高、性质稳定、普适性高等优势。