Карбонат кальция (CaCO3), как важный неорганический неметаллический материал, широко используется в традиционных промышленных областях, таких как производство пластмасс, бумаги, покрытий, резины и строительных материалов, благодаря своим богатым источникам, низкой стоимости, нетоксичности, безвредности и стабильным химическим свойствам.
Однако обычный карбонат кальция имеет такие недостатки, как плохая диспергируемость, слабая совместимость с органическими полимерными материалами и ограниченная функциональность, что ограничивает его применение в областях с высокой добавленной стоимостью. После глубокой обработки с помощью модификации поверхности, контроля размера и морфологии частиц, а также методов функционализации и компаундирования, характеристики и ценность карбоната кальция значительно улучшаются, что успешно расширяет границы его инновационного применения.
1. Процесс производства наноразмерного карбоната кальция
Методы получения наноразмерного карбоната кальция в основном делятся на физические и химические методы. Тяжелый наноразмерный карбонат кальция получают механическим измельчением; легкий или осажденный наноразмерный карбонат кальция получают химическими методами, которые в основном включают метод осаждения, метод карбонизации, эмульсионный метод и золь-гель метод, позволяющие контролировать морфологию кристаллов.
В настоящее время метод карбонизации является основным методом промышленного производства наноразмерного карбоната кальция. Его сырье широко доступно, в основном это известняк с высоким содержанием карбоната кальция. Сырье подвергается обжигу, гашению, карбонизации, модификации, диспергированию, сушке и упаковке для получения конечного продукта.
Наиболее важным этапом в получении наноразмерного карбоната кальция методом карбонизации является реакция карбонизации. В зависимости от различных способов контакта между суспензией Ca(OH)2 и CO2, метод карбонизации подразделяется на периодическую карбонизацию, многоступенчатую распылительную карбонизацию и карбонизацию в условиях сверхгравитации.
2. Процесс производства тяжелого карбоната кальция
Технология производства тяжелого карбоната кальция в основном включает обогащение полезных ископаемых, дробление руды, измельчение и сверхтонкое измельчение, а также модификацию поверхности. В настоящее время на рынке существует четыре основных процесса получения тяжелого карбоната кальция: процесс с использованием мельницы Раймонда, процесс с использованием кольцевой валковой мельницы, процесс с использованием шаровой мельницы и процесс с использованием сверхтонкой вертикальной мельницы. Характеристики каждого процесса следующие:
(1) Процесс с использованием мельницы Раймонда
Мельницы Раймонда в основном производят продукцию с размером частиц менее 325 меш. Принцип их работы заключается в использовании подвесных валков на центральном валу, которые вращаются с высокой скоростью, приводимые в движение двигателем, создавая силы сжатия и измельчения. Материал в зоне измельчения подвергается сжатию, трению и сдвиговому дроблению, а также прерывистому ударному дроблению на низких скоростях.
(2) Процесс измельчения в кольцевой валковой мельнице
В процессе измельчения в кольцевой валковой мельнице материал подается в зазор между измельчающими валками и измельчающим кольцом. В результате ударов, сжатия и измельчения валками и кольцом материал измельчается в порошок. По сравнению с мельницами Раймонда, кольцевые валковые мельницы имеют существенные улучшения в конструкции измельчающих валков, что приводит к более высокой эффективности измельчения и лучшему размеру частиц продукта.
(3) Процесс измельчения в шаровой мельнице
Шаровые мельницы измельчают материалы с помощью вращающихся шаров. Материал и измельчающая среда ударяются и измельчают друг друга во время вращения шаровой мельницы. Они обеспечивают высокую производительность мелкодисперсного порошка и имеют большую производительность одной машины. Они могут производить продукты из карбоната кальция с размером частиц 600-6500 меш, с большой производительностью одной машины, но при этом наблюдается переизмельчение и несколько более высокое энергопотребление.
(4) Процесс измельчения в сверхтонкой вертикальной мельнице
Механизм измельчения вертикальных мельниц также относится к дроблению сжатием. В сверхтонких вертикальных мельницах после подачи сырья на измельчающий диск с помощью подающего устройства измельчающий диск вращается под действием редуктора, создавая центробежную силу. Сырье перемещается к краю измельчающего диска и измельчается в зоне измельчения между нижней частью измельчающих валков и верхней частью футеровки измельчающего диска. Три измельчающих валка имеют гидравлическую систему управления давлением, которая обеспечивает постоянное давление измельчения вниз, в результате чего сырье измельчается между измельчающими валками и измельчающим диском. Гидравлическое управление увеличивает давление измельчения валков на материал, что приводит к значительно лучшей эффективности дробления, чем у мельниц Раймонда.
3. Процесс модификации поверхности карбоната кальция
Модификация поверхности является одной из важнейших технологий глубокой переработки карбоната кальция. За последние 10 лет спрос на продукты с модифицированной поверхностью вырос примерно на 10-15% в год.
Основная модификация поверхности карбоната кальция осуществляется с помощью методов органического покрытия и композитной модификации. Модификация органическим покрытием — это метод нанесения покрытия.
Порошок карбоната кальция обрабатывается органическими веществами, такими как стеариновая кислота и ее соли, алюминатные и титанатные связующие агенты, а также водорастворимые полимеры в качестве поверхностных покрытий/модификаторов. В настоящее время сухая модификация является основным методом обработки карбоната кальция.
Процесс сухой модификации включает диспергирование порошка в сухом состоянии или после сушки в оборудовании для поверхностной модификации, с добавлением предварительно приготовленного поверхностного модификатора, и проведение поверхностной модификации при определенной температуре.
4. Инновационные применения карбоната кальция
В настоящее время ультрадисперсный тяжелый карбонат кальция, модифицированный тяжелый карбонат кальция, высокочистый тяжелый карбонат кальция и композитный карбонат кальция являются продуктами с высокой добавленной стоимостью и большим потенциалом. В случае легкого карбоната кальция, модифицированный нанокарбонат кальция, сферический карбонат кальция, пористый карбонат кальция, нитевидный карбонат кальция и композитный карбонат кальция также являются продуктами с высокой добавленной стоимостью и большим потенциалом. В конкретных областях применения появляются продукты с высокой добавленной стоимостью в производстве пластмасс, бумаги, покрытий, резины, клеев, лекарств, продуктов питания и кормов. Кроме того, в областях новых энергетических материалов, электронных информационных материалов, экологически чистых функциональных материалов и магниточувствительных материалов карбонат кальция постепенно демонстрирует такие преимущества, как безопасность, экологичность, низкая стоимость, высокая чистота, стабильные свойства и широкая применимость.