碳酸鈣培訓：2023年全國碳酸鈣加工應用技術培訓交流會將於9月23-24日在廣西南寧舉行，報名請關注V信公眾號「粉體技術網」，培訓內容包括：重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、納米碳酸鈣、氫氧化鈣、食品、藥品、牙膏級碳酸鈣精細加工與應用；碳酸鈣粉體在膠黏劑、塑料領域的應用；石灰石、方解石、白雲石等鈣質礦山的綜合開發利用；大理石礦山及尾礦的綜合開發利用；含鈣工業固廢的綜合開發利用（如磷石膏、電石渣、廢石粉、除塵灰、高鈣灰等）；參觀廣西科學院碳酸鈣實驗室及中試生產基地。
納米碳酸鈣粒徑介於1~100nm之間，包括超細碳酸鈣（粒徑20～100nm）和超微細碳酸鈣（粒徑1～20nm）兩種。與普通碳酸鈣相比，納米碳酸鈣在補強性、分散性、耐熱性以及尺寸穩定性等方面所表現出的明顯優勢，使其成為目前應用最廣泛的納米填充材料之一。
日本的納米碳酸鈣工業很發達，其生產工藝與國內廠家大體相同，但是日本廠家更注重生產過程的控制。下面，以日本白石工業株式會社為例，簡單介紹一下納米碳酸鈣生產工藝與設備。
1、原料
石灰石是合成納米碳酸鈣的原料，白石公司的石灰石主要取自九州，精選雜質少，高純度的灰白色石灰石。
日本廠家的原料中各項指標的含量範圍明確，原料指標精準可控，相比之下我國很多廠家對原材料控制不嚴，指標含量模糊，雜質含量高，易造成產品質量不穩定。
2、煅燒
日本白石的煅燒採用機械化的立窯，與我國大多數工廠設備相同。石灰石和燃料按一定的比例進行煅燒，煅燒區溫度為1000±100℃，原料進入立窯後從進料到出石灰，約需要60小時。燃料為焦炭，我國通常採用為無煙煤，焦碳相比無煙煤雖然價格較高，但其固定碳含量高、發熱量高、揮發分和硫分低，煅燒出來的石灰含硫量低、白度好、活性高，對後工序生產納米碳酸鈣提供了更有利的條件。
3、消化精製
日本白石的消化工藝，採用具有3個攪拌漿的消化池，比國內的消化池要大，出渣採用螺旋出渣機將渣旋出，消化溫度控制在≥90℃。
我國則一般採用迴轉式消化機、籠式消化機等，消化效果相差不大。消化後的粗漿經過二級旋液分離器和二級振動篩除去雜質，然後陳化24小時，得到精漿備用，工藝與國內基本相同。
4、碳化
日本白石的碳化工藝分為間歇鼓泡攪拌碳化和連續噴霧碳化。
（1）間歇鼓泡攪拌碳化
日本的間歇鼓泡攪拌碳化塔碳化反應器直徑2.3米，體積25m3，攪拌機轉速129r/min，功率為22kW，攪拌槳為二層式四葉槳式攪拌，採用變頻調節轉速。生漿質量濃度為6.5%±0.5%，起始碳化溫度為18±1℃，反應時間為60-90min，當pH值降至9.0-10.0時，停止碳化，反應終點濃度為8.7%±0.5%，打入大的碳化罐（碳化罐直徑4.0米，體積為100m3）進行保溫熟化，熟化一定的時間後，根據納米碳酸鈣的BET比表面積、空氣透過比表面積、熟漿粘度等指標確定熟化終點，各項指標合格後繼續通入CO2，調節至pH≤7，二次碳化反應時間一般為50-70min。
與國內廠家不同的是日本廠家採用二次碳化，第一次碳化不到終點，經過熟化後再重新碳化到終點，通過熟化增加納米碳酸鈣的分散穩定性，使粒子更規整；國內現在的工藝大多數還是一次碳化成熟，沒有經過熟化的過程，所以納米碳酸鈣顆粒的規整性不好。
（2）連續噴霧碳化
日本廠家的連續噴霧碳化塔包含A塔（高15米，直徑2.1米）和B塔（高18米，直徑2.6米），二個塔循環碳化。底部通入CO2，漿液用泵從塔底通過管道從頂部噴入，下落入塔底，不斷循環，直到中和至pH≤7停止。噴霧碳化主要的技術是氣量與噴霧漿液的大小的配合，適合生產規整、分散性好的立方體納米碳酸鈣，粒徑在20-200nm範圍內可以調節。
目前中國還沒有這種碳化方式，一般只能生產大小在40-90nm的立方體納米碳酸鈣，無法生產粒徑為100nm以上的規整立方體。我國納米碳酸鈣廠生產的100nm以上的納米碳酸鈣，通常就是細粒徑的納米碳酸鈣與大粒徑的輕鈣或重鈣混合，晶形不完整，粒徑分布寬。
通過以上二種碳化方式的組合，可以製備無定形、立方體、柱形、紡錘形、片狀、球形、針狀等50多種不同晶形和大小的碳酸鈣，粒徑在20-5000nm可調。而我國只能生產立方體和紡錘形二種晶形的碳酸鈣，且生產的立方體納米碳酸鈣晶形不規整、分散性差，導致產品穩定性不好，應用效果差。
5、活化處理
活化罐體積為30m3，功率為22kW，內部採用螺旋槳攪拌，轉速為100r/min。活化處理配方主要有脂肪酸、樹脂酸、季胺鹽、木質素、矽烷偶聯劑、分散劑、丙烯酸、馬來酸、矽酸鈉、磷酸等藥劑的組合，藥劑製備溫度為80-90℃，活化漿的溫度控制為60-80℃，攪拌1小時。公司強調對客戶的適用性，根據產品要求不同採用不同的活化配方，以達到特定的性能。
而我國納米碳酸鈣的活化配方比較單一，改性產品的針對性不強，不能很好地適應不同客戶的需要，應用效果相對較差。
6、壓濾脫水
採用日本新日鐵公司生產臥式壓濾機對活化漿液進行脫水，與國內相差不大。
7、乾燥
乾燥機採用多層網箱式乾燥機，採用熱風爐供熱，這種乾燥方式乾燥出來的產品較好。我國也有廠家採用這種乾燥方式。
8、粉碎
粉碎機採用有動靜齒的棒銷磨，轉速一般控制在2500r/min。粉碎機帶外選粉分級機，1#粉碎機中的外選粉分級機選出細度不合格的粉體，通過2#粉碎機再粉碎和分級一次。國內廠家通常採用一台粉碎機，選出的粗粉，再回到同一台機粉碎，易出現粗粒子。
9、包裝
包裝前採用大的料倉除去粉體中的氣體。自動包裝機為螺旋式包裝機，採用三層牛皮紙的閥口袋包裝。國內包裝通常採用編織閥口袋，氣體含量高，容易漏粉，造成環境污染。
資料來源：《劉亞雄.日本納米碳酸鈣生產工藝及產品介紹[J].無機鹽工業,2021,53(12):80-84》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請註明出處！