江西廣源化工有限責任公司

       碳酸鈣（CaCO₃）是一種重要的、用途廣泛的無(wú)機鹽，根據加工方式的不同通常分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣又稱(chēng)研磨碳酸鈣，簡(jiǎn)稱(chēng)重鈣，是以天然方解石、石灰石、白云石、白堊、貝殼等為原料通過(guò)物理方法加工制得；輕質(zhì)碳酸鈣又稱(chēng)沉淀碳酸鈣，簡(jiǎn)稱(chēng)輕鈣，是用化學(xué)方法加工制得。
       目前粉末涂料用的填料主要是硫酸鋇，包括沉淀硫酸鋇和重晶石粉（超細硫酸鋇），隨著(zhù)歐盟和美國將硫酸鋇中的鋇列為重金屬之后，硫酸鋇在一些出口產(chǎn)品中的使用受到了限制，且硫酸鋇價(jià)格較碳酸鈣高，而碳酸鈣是一種既便宜又不含重金屬元素的白色填料，隨著(zhù)生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，碳酸鈣呈現出向功能化和超細化發(fā)展的趨勢，其性能已經(jīng)能夠達到粉末涂料的要求，應用于粉末涂料中可降低成本。
       濕法研磨超細重質(zhì)碳酸鈣深加工產(chǎn)品，相比于傳統工藝生產(chǎn)的普通重質(zhì)碳酸鈣和化學(xué)沉淀法生產(chǎn)的輕質(zhì)碳酸鈣來(lái)說(shuō)，其具有細度更細、比表面積更大、化學(xué)穩定性更高等一系列優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗選擇干濕法研磨超細重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)納米碳酸鈣應用于粉末涂料中，并對比了其性能。
1 重鈣生產(chǎn)工藝
       重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法主要有干法和濕法兩種，干法一般生產(chǎn)2500 目以下的重鈣，若生產(chǎn)2500 目以上的超細重鈣在技術(shù)上是可行的，但是能耗高和成本較高，在經(jīng)濟上不可行。2500 目以上的超細重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)主要采用濕法研磨，而干法研磨則作為濕法研磨的前段工序。
1.1 干法工藝
       干法生產(chǎn)重鈣是目前國內較普遍的方式，技術(shù)也較成熟，采用一般研磨與分級設備組成的加工裝置系統就能得到各粒度的產(chǎn)品。主要采用的設備有雷蒙磨、環(huán)輥磨、球磨機、高壓輥磨機、立式攪拌研磨機、氣流磨等；分級設備主要采用葉輪式超細分級機。干法生產(chǎn)工藝具有設備投資少、技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、能耗低、單機產(chǎn)量較高等特點(diǎn)。

1.2 濕法工藝
       隨著(zhù)重鈣加工越來(lái)越朝著(zhù)微細化方向發(fā)展，傳統的干法生產(chǎn)工藝不論從設備本身還是經(jīng)濟效益方面都無(wú)法滿(mǎn)足要求，從而濕法研磨工藝應運而生。濕法研磨與干法研磨的最大區別在于分散介質(zhì)的不同，干法以空氣作為分散介質(zhì)，而濕法研磨則以水作為分散介質(zhì)，再配以研磨助劑，使顆粒的分散性更好，研磨效率更高，粒度更細。
       一般濕法研磨工藝如圖2 所示，原礦經(jīng)洗選后兩段破碎至400 目左右，干法研磨、分級后配制成一定濃度的漿液，加入研磨助劑，給入立式研磨機，以氧化鋯珠作為研磨介質(zhì)，通過(guò)調整研磨機各項參數控制出料細度，物料經(jīng)磨細后以漿料形式排出，經(jīng)干燥除塵后收集裝袋。

圖2 重鈣濕法研磨工藝流程示意圖

2 濕法超細重鈣的特性
       由于濕法研磨重鈣的生產(chǎn)工藝和研磨環(huán)境與干法研磨重鈣以及輕鈣完全不同，其產(chǎn)品的物理性能也存在著(zhù)明顯的差異。
2.1 濕法與干法重鈣特性比較
       （1）粒度。濕法研磨的超細重鈣粒度細，主要生產(chǎn)3000 目以上的產(chǎn)品，粒徑＜2μm 的粒子含量一般能達到90%，而干法產(chǎn)品粒度相對較粗，主要生產(chǎn)2500 目以下的產(chǎn)品。
       （2）粒徑分布。濕法生產(chǎn)的重鈣粒徑分布窄，呈單峰或雙峰形態(tài)分布；而干法生產(chǎn)的重鈣粒度分布較寬，成雙峰或多峰形態(tài)分布。
       （3）顆粒形狀。由于顆粒在研磨時(shí)研磨環(huán)境和受力方式的不同，濕法研磨重鈣產(chǎn)品顆粒一般呈現為球形或者類(lèi)球形，而干法產(chǎn)品多為不定形，且有明顯棱角。
       表1 和圖3 是分別為濕法研磨超細重鈣的粒徑范圍和粒徑分布圖。從圖3 可以看出，濕法研磨超細重鈣的粒徑呈雙峰分布，分別在0.75～0.82 μm 和1.58～1.74 μm 出現了峰值，而且重鈣粒徑大部分都處于2 μm之下，屬于微米級材料。

2.2 濕法超細重鈣與輕鈣特性比較
        (1)輕鈣由化學(xué)沉淀法制得，粒徑小，顆粒一般呈紡錘形或鏈形，吸油值比重鈣要高，即使經(jīng)表面處理的輕鈣吸油值也比普通濕法重鈣要高，這就導致輕鈣作為填料時(shí)助劑的用量有可能會(huì )增加。
       (2)濕法重鈣的應用領(lǐng)域相對于輕鈣更廣，在某些領(lǐng)域（比如塑料），由于濕法超細重鈣的流動(dòng)性好于輕鈣，其添加量要比輕鈣大。
        (3)濕法重鈣由于采用的是物理方法加工生產(chǎn)的碳酸鈣，在產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中只加入了水，沒(méi)有任何雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)的影響，產(chǎn)品的化學(xué)穩定性較高；輕質(zhì)碳酸鈣采用化學(xué)合成的方法生產(chǎn)，在碳化反應的過(guò)程中容易產(chǎn)生過(guò)飽和反應，容易造成產(chǎn)品表面的游離酸堿值不穩定，同時(shí)產(chǎn)品中容易帶入煤灰等雜質(zhì)。
3 濕法超細重鈣在粉末涂料中的應用
       在粉末涂料的生產(chǎn)中，出于成本的考慮，通常會(huì )在配方設計中添加一些填料以降低成本。粉末涂料中常用的填料為硫酸鋇，但天然硫酸鋇礦床（重晶石）普遍含有一定量的重金屬元素，在生產(chǎn)過(guò)程中很難將其分離出來(lái)，且鋇元素本身已經(jīng)被歐盟和美國定義為重金屬元素，這些因素都影響了硫酸鋇在粉末涂料中的應用。而重質(zhì)碳酸鈣是由天然方解石、白云石等礦石直接加工制得，不含重金屬元素，且碳酸鈣原礦資源豐富，價(jià)格低廉。因此，已被廣泛應用于粉末涂料中。
3.1 碳酸鈣在粉末涂料中的作用
        碳酸鈣在粉末涂料中起骨架作用，增加漆膜厚度，提高涂層的耐磨性和耐久性?？山档屯苛系某杀?，提高粉末涂料的上粉率和噴涂面積，另外它不含重金屬，是不含重金屬類(lèi)粉末涂料的首選填料。
3.2 實(shí)驗部分
3.2.1 原材料及配方
       為充分驗證不同細度濕法重鈣在粉末涂料中的應用性能，我們選擇干/濕法重鈣、輕質(zhì)碳酸鈣等填料與其進(jìn)行對比性實(shí)驗，原料及實(shí)驗配方見(jiàn)表2。

3.2.2 不同填料的物理性能測試結果
       按HG/T3249.2-2008《涂料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣》標準測試了CC- 2500、CC- 3000、CC- 6000，按HG/T2226-2010《普通工業(yè)沉淀碳酸鈣》標準測試了輕質(zhì)納米碳酸鈣，測試結果如表3 所示。其中CC-2500 為采用干法研磨生產(chǎn)的2 500 目產(chǎn)品；CC- 3000 和CC-6000 為采用濕法研磨生產(chǎn)的產(chǎn)品；輕質(zhì)納米碳酸鈣為國內某大型輕鈣生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品。
       從表3 的結果可以看出，CC-6000 產(chǎn)品的細度最細，其比表面積也最大，由于越細的粉體更容易將每一個(gè)粒子的效應更好地發(fā)揮出來(lái)，從而具有更高的透光性和力學(xué)性能，由于CC-6000 為濕法研磨的超細碳酸鈣，其粒子的形狀均勻規則，應用于粉末涂料中應具有更高的光澤。

3.2.3 不同填料應用于粉末涂料中的性能測試
     按表1 的實(shí)驗配方添加不同的填料制備成粉末涂料，測試結果見(jiàn)表4。

       由表4 的結果可以看出，濕法碳酸鈣應用于粉末涂料中時(shí)，隨著(zhù)細度的增加，其光澤呈現上升的趨勢；而輕質(zhì)納米碳酸鈣由于其吸油量較大，因此不適用于高光產(chǎn)品中；且其耐沖擊性能不如濕法碳酸鈣。
4 結語(yǔ)
       濕法研磨超細重質(zhì)碳酸鈣由于其粒徑小、粒子形貌均勻規則，為球形或近似球形，可以廣泛應用于涂料、塑料、橡膠、油墨等行業(yè)中；應用于粉末涂料時(shí)，濕法研磨超細重質(zhì)碳酸鈣可制備高光粉末涂料，其綜合性能優(yōu)于輕質(zhì)碳酸鈣，在一些限制重金屬含量的應用領(lǐng)域，可用碳酸鈣代替硫酸鋇使用，其主要應用于室內家電、嬰兒玩具等領(lǐng)域的涂裝。

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