中國粉體網訊 碳酸鈣是用量最大的無機粉體材料之一，被廣泛應用于涂料、油墨、塑料、造紙、橡膠、化妝品等行業(yè)，具有價格低廉、原料來源廣泛、環(huán)境友好、經濟效益良好等優(yōu)點。
納米碳酸鈣有諸多應用成熟的行業(yè)，在塑料工業(yè)主要應用于高檔塑料制品�？筛纳扑芰夏噶系牧髯冃�，提高其成型性。用作塑料填料具有增韌補強的作用，提高塑料的彎曲強度和彎曲彈性模量，熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性，同時還賦予塑料滯熱性。用于油墨產品中體現出了優(yōu)異的分散性和透明性和極好的光澤、及優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性。在樹脂型油墨中作油墨填料，具有穩(wěn)定性好，光澤度高，不影響印刷油墨的干燥性能.適應性強等優(yōu)點。
一、碳化法制備納米碳酸鈣
碳化法是指利用Ca(OH)2與CO2碳化反應得到CaCO3。一般講石灰石煅燒，得到生石灰和窯氣。生石灰經過消化之后得到Ca(OH)2溶液，再通入窯氣，即可得到碳酸鈣漿液，經過脫水、干燥得到碳酸鈣成品。碳化法原料來源廣泛、成本低廉，目前國內大部分廠家采用此種方法。
二、納米碳酸鈣的工廠設計特點
由于納米碳酸鈣運用的場合不同，對納米碳酸鈣的生產及深加工有一定的差異，但其核心都是納米碳酸鈣的碳化合成。本文將綜述納米碳酸鈣生產線相關工藝流程，設備相關內容留待下期詳述。
1 主要原料
主要原料為石灰石、燃料煤、小塊炭、水、少量的添加劑和包覆劑。生產車間的主要介質為碳酸鈣溶液，為不燃物質，生產的火災危險性級別為戊類。使用的原料相對于大化工來說更加安全。
2 工廠的單體組成
主要生產車間內容包括窯爐車間、動力車間、消化車間、合成車間、后處理車間、回水池、陳化池。
三、納米碳酸鈣生產工藝流程
生產工藝分為原料準備工段，煅燒、洗氣工段，消化、制漿工段，碳化、活化工段，脫水、干燥、包裝工段五個工段。
納米碳酸鈣生產流程圖
（1） 原料準備工段
礦山運輸至廠內原料區(qū)的石灰石，經洗石機洗去泥土、雜質后待用。外部運輸進廠的粒度為10-20mm 左右的水洗無煙煤，進入廠內原料區(qū)設置的煤倉備用。
（2） 煅燒、洗氣工段
將破碎到一定規(guī)格的石灰石(外購)和無煙煤按一定的配比提升至石灰窯頂部，由布料器將物料均勻地分布在石灰窯內，利用鼓風機從石灰窯底部鼓風，燃燒窯內無煙煤，提供石灰石分解所需熱量，煅燒溫度大約在1100℃左右。石灰石在窯中分解為氧化鈣和二氧化碳。據企業(yè)原料檢測及生產經驗系數，外購石灰石中CaCO3純度98%，煅燒工藝轉化率約95%。煅燒后含二氧化碳的窯氣經換熱器換熱后進入窯氣凈化系統(tǒng)。而生石灰(氧化鈣)則在與空氣換熱后從窯底排出，排出的生石灰在回轉篩中篩出石灰中灰渣，生石灰提升至石灰倉中。
石灰窯根據三區(qū)熱電偶進行溫度顯示，石灰窯口安裝有微壓變送器和窯氣在線分析儀，根據三區(qū)溫度變化趨勢及窯頂風壓、窯氣成分，通過加、減料和變頻器調節(jié)風機流量控制石灰窯正常生產。
石灰窯氣含CO2約30%，溫度約200~300℃經換熱器降溫除去煙塵、硫化物氣體后再進入氣-水分離器分離水霧，凈化后的石灰窯氣送往碳化工段。
本步驟的主要化學反應方程式如下:
C+O2加熱→CO2
CaCO3加熱→CO2 + CaO (二氧化碳不外排，用于后續(xù)碳化工序)
同時高溫下生成的生石灰會與窯氣中SO2發(fā)生鈣基固硫反應：
CaO+SO2→CaSO3↓
（3）、消化、制漿工段
由石灰窯煅燒得到的石灰，在石灰倉中由振動加料機按一定的速度加入消化機中，熱水槽的熱水經過流量計計量加入消化機內與石灰(主要成分CaO)充分反應生成Ca(OH)2，反應溫度上升至80°C以上后，消化用水用閥門切換為回用水。石灰消化過程的化學反應式如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2。消化反應結束后，石灰中不能反應的較大顆粒石渣經消化機尾部的除渣篩分離，細小顆粒石渣經振動篩篩分出。
去除石渣的石灰乳經曲流槽自流入石灰乳槽中，經過旋液除渣器進脫渣處理，如此進行三級脫渣制漿，凈化成精制石灰乳液在石灰乳儲罐中儲存并攪拌。
（4） 碳化、活化工段
來自制漿工段石灰乳儲罐送來的石灰乳，自流至調漿池中，并按照工藝要求加入水調至所需濃度，并攪拌均勻，同時冷卻至所需溫度(一般為20°C左右)，制冷介質采用制冷系統(tǒng)輸送冷凍水，冷凍水溫15℃，調好的石灰乳泵入至碳化塔中。來自煅燒工段的石灰窯氣經儲氣罐入碳化塔中。在碳化塔中CO2氣體與Ca(OH)2懸濁液進行碳化反應生成CaCO3，反應式如下：
Ca(OH)2 +CO2→CaCO3+H2O
進行碳化反應時可根據工藝要求開啟攪拌,并加入活化劑同時進行制冷，可根據生產的產品品質要求不同選擇碳化溫度(一般為20-35℃之間)。制冷介質采用制冷系統(tǒng)送來冷凍水，冷凍水溫15°C。碳化初期通入的窯氣量按30m3/min，反應液PH值下降較快，碳化中期以后，通入的窯氣量可逐漸降低至15m3/min,碳化時間約45分鐘，當反應液PH值下降至7-8時，標志著反應即將完成，再適當延長一定的碳化時間(5-10分鐘左右)，碳化結束。碳化結束的納米碳酸鈣漿液經石灰乳泵送至增濃器中增濃，增濃后經石灰乳泵送至活化釜，活化溫度80"C，活化時間45分鐘，加熱介質采用導熱油，導熱油油溫150℃，活化后的熟漿經振動篩去除細微的小顆粒后進入冷卻槽冷卻并儲存，泵送至脫水干燥工段的壓濾機。
（5） 脫水、干燥、包裝工段
活化后熟漿經壓濾機壓濾后濾餅(含水率40~50%)儲存在濾餅倉中，經過濾餅倉中下部的濾餅切片機切片后送入閃蒸干燥機內進行干燥處理，閃蒸干燥機的加熱介質采用熱風爐提供的熱風，熱風溫度約200-300℃。干燥后的納米碳酸鈣粉入氣流解聚機進行解聚處理，解聚處理后的納米碳酸鈣粉體送到成品倉中儲存。成品倉中納米碳酸鈣粉體成品經包裝機進行包裝(25kg/包)，由皮帶輸送機送到倉庫存儲。
四、納米碳酸鈣生產流程優(yōu)化方法
① 使用高濃度CO2氣體作為合成納米碳酸鈣的氣源可以大大縮短反應的時間，但是由于系統(tǒng)攪拌不均勻，碳酸鈣粒徑的分布就很不均勻，出現部分粒徑較大顆粒，增大攪拌轉速可減緩粒徑分布不均勻現象。
② 隨著晶形修飾劑添加量的增加，溫度的提高，陳化時間的延長，顆粒規(guī)整程度增加，粒徑也增大，但當超過極限值時，顆粒尺寸不再改變，陳化溫度升高可加快陳化進程，但如果溫度過高就會引起碳酸鈣發(fā)生形狀變化，立方形轉為片狀。陳化溫度越高，陳化時間越長，片狀轉化率越高。
③ 陳化過程中分別用聚羧酸鹽、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，通過其電離出的離子改變顆粒電荷狀態(tài)和空間位阻，使得體系發(fā)生膠溶反應，促進凝膠重新轉變?yōu)槿苣z，降低了體系黏度，增強了顆粒間分散性，有利于二次碳化和后期包覆過程的進行；
④ 在陳化起始階段加入一定量六偏磷酸鈉，工藝簡單，便于操作，還能起到降低黏度、增強顆粒分散性的作用，同時也不影響陳化過程中晶形修飾劑對碳酸鈣形貌的改善作用；
⑤ 工業(yè)試驗工藝參數選擇遵循等單位體積功率的準則，工業(yè)圈內傳質效果較小試裝置傳質效果稍差，但是不同批次之間的工業(yè)試驗產品性能重復性很好，工藝的穩(wěn)定性高，合成的納米碳酸含產品的各項性能指標均能與小試產品的性能指標保持一致。
參考來源：
年產20萬噸納米級輕質碳酸鈣項目(二期年產8萬噸)環(huán)評報告公示
褚發(fā)超，等：納米碳酸鈣的生產工藝及工廠設計，華東理工大學
聞新春，等：納米碳酸鈣制備新工藝分析，烏魯木齊泰迪安全技術有限公司
百度百科：納米碳酸鈣
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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