目前國內納米級碳酸鈣生產(chǎn)量約為200 kt/a，其產(chǎn)品廣泛應用于橡膠、油墨、涂料、造紙、塑料等行業(yè)，隨著(zhù)國民經(jīng)濟發(fā)展，需求量逐年快速增加，因此生產(chǎn)納米碳酸鈣已成為碳酸鈣行業(yè)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)之一。
       納米級碳酸鈣工業(yè)化生產(chǎn)方法，根據碳化工藝、設備不同及在國內建立工業(yè)裝置的先后分為4 種類(lèi)型：（1）以廣東廣平化工實(shí)業(yè)有限公司為代表，采用日本技術(shù)的間歇鼓泡式；（2）以湖南金信（原資氮）化工有限公司為代表，采用河北科技大學(xué)（原河北化工學(xué)院）技術(shù)的“雙噴”連續式新工藝；（3）以上海華明超細碳酸鈣有限公司為代表，采用華東理工大學(xué)技術(shù)的攪拌釜、間歇式工藝；（4）以蒙西高新材料公司為代表，采用北京化工大學(xué)的超重力間歇式生產(chǎn)納米級碳酸鈣技術(shù)。
       上述4 種方法共同的工藝特征包括：（1）均為Ca(OH)₂ 濃度在6%以下，屬低濃度生產(chǎn)；(2) 碳化溫度控制在25℃以下（其中“雙噴”工藝可在常溫下生產(chǎn)），大多需要冷凍降溫裝置；（3）生產(chǎn)不同晶型產(chǎn)品均應添加不同類(lèi)型的助劑（超重力法生產(chǎn)立方型可不加助劑）。   
       根據上述情況，河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院納米材料課題組承接河北省科學(xué)技術(shù)廳“納米材料的制備及應用關(guān)鍵技術(shù)”課題后，在參閱國內外文獻基礎上，認真考察國內外生產(chǎn)納米級針狀碳酸鈣碳化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，自主研制新型結晶導向劑，采用高溫高濃工藝生產(chǎn)納米級碳酸鈣，并通過(guò)了小試、中試（70 t/a 裝置）和工業(yè)性試驗(25 kt/a裝置)。高溫高濃工藝是相對于目前低溫低濃生產(chǎn)工藝而言的，其操作溫度為35～75 ℃，該溫度正好在現有的生產(chǎn)普通輕質(zhì)碳酸鈣用碳化塔的操作條件范圍內，不用加設專(zhuān)門(mén)的冷凍裝置；石灰乳濃度10%～12%，約是目前納米碳酸鈣生產(chǎn)方法所用的石灰乳濃度的2 倍，可以提高設備生產(chǎn)強度，降低操作費用。
1 工業(yè)性試驗
       在實(shí)驗室小試、70 t/a 中試實(shí)驗基礎上，于2004年11 月在河北省井陘縣博達鈣業(yè)（集團）有限公司25 kt/a 輕質(zhì)碳酸鈣工業(yè)裝置上進(jìn)行試驗。試驗采用間歇鼓泡碳化法（見(jiàn)圖1）和現有的化灰、精制、沉降、過(guò)濾等相關(guān)設備。該公司碳化塔尺寸為ф1400×11000。本次實(shí)驗歷經(jīng)8 h，3 批料共5 塔，產(chǎn)品計算產(chǎn)量約6.0～6.5 t 針狀納米級碳酸鈣。產(chǎn)品經(jīng)清華大學(xué)、河北師范大學(xué)、河北省分析測試中心等單位檢測。產(chǎn)品的短徑10～20 nm；長(cháng)徑比10～15；粒徑均勻，分布窄（TEM 見(jiàn)圖2），比表面積≥90 m²/g，總孔容≥0.26 cm³/g，其他物化指標見(jiàn)表1。

       經(jīng)工業(yè)裝置試驗，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，屬納米級產(chǎn)品。其粒徑、比表面積、總孔容等指標均優(yōu)于目前國內外所見(jiàn)報道的工業(yè)生產(chǎn)納米級碳酸鈣指標。該工藝技術(shù)于2005 年3 月通過(guò)省級技術(shù)鑒定，總體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。
2 針狀納米級碳酸鈣產(chǎn)品應用
2.1 針狀納米級碳酸鈣產(chǎn)品在乳膠漆中的應用
       工業(yè)裝置試驗產(chǎn)品經(jīng)石家莊市金魚(yú)油漆廠(chǎng)建筑涂料分廠(chǎng)在乳膠漆中對比應用試驗。在其他組分配比相同的情況下，針狀納米碳酸鈣作為主要填料添加到建筑涂料中，與重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、普通輕質(zhì)碳酸鈣相比（對比數據見(jiàn)表2），具有如下特點(diǎn)：
       (1) 可提高乳膠漆的白度2～8 度；
       (2) 具有良好分散性，涂料粒度降低10～20 μm，節省分散劑，減少研磨時(shí)間，降低生產(chǎn)成本10%；
       (3) 在涂膜對比率保持基本不變的情況下，可取代昂貴的鈦白粉5%～15%。

2.2 針狀納米級碳酸鈣產(chǎn)品在 PVC 中的應用
       經(jīng)過(guò)表面處理的針狀納米級碳酸鈣產(chǎn)品，可用作PVC 制品的填充劑。圖3 為碳酸鈣添加量對PVC 力學(xué)性能的影響。從圖中可以看出，添加量較小時(shí)，PVC的拉伸強度和沖擊強度都隨添加量的增大而增加，在添加量為6～7 份時(shí)拉伸強度和沖擊強度都達到最大；而后，PVC 的拉伸強度和沖擊強度都隨添加量的增大而減小。在添加量為20 份時(shí)，仍能滿(mǎn)足PVC 制品的要求(即拉伸強度大于20MPa，沖擊強度大于10 kJ/m²)。

3  10 kt/a 工程裝置設計方案
3.1 新建10 kt/a 工程裝置設計方案
(1) 工藝流程
       10 kt/a 高溫高濃工藝流程見(jiàn)圖4。

(2) 主要設備見(jiàn)表3

3.2 原有輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行改建方案
       原有輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)廠(chǎng)的基本條件應具有完善的窯氣凈化系統、消化及漿液精制系統、屬高塔碳化，使用壓縮機輸送窯氣。在此基礎上，僅對過(guò)濾、干燥及包裝系統參考圖3 進(jìn)行設備更換或改造，即可完成由生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣改建為生產(chǎn)針狀納米級碳酸鈣。
3.3 技術(shù)經(jīng)濟指標
       10 kt/a 針狀納米級碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程消耗指標及技術(shù)經(jīng)濟指標如下。
（1）物料消耗
       石灰石（CaCO₃≥96%）1.2 t/t；白煤0.12 t/t； 煙煤0.45 t/t；電 300 kW· h/t；水 6 m³/t；助劑10～50 kg/t。
（2）主要技術(shù)經(jīng)濟指標
       設備投資：方案1（新建）900 萬(wàn)～1 200 萬(wàn)元；方案2（改建）300 萬(wàn)～500 萬(wàn)元。
建筑面積：2 000 m²，占地面積15 000 m²。生產(chǎn)成本：500～800 元/t(規格不同，成本各異)。
銷(xiāo)售價(jià)：1 200～3 000 元/t(規格不同，售價(jià)各異)。
4 結語(yǔ)
       與現有的工業(yè)生產(chǎn)工藝相比，本工藝可利用普通輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中的鼓泡碳化塔作為碳化反應器，在不加設冷卻冷凍裝置的條件下，生產(chǎn)針狀納米級碳酸鈣，具有設備簡(jiǎn)單、操作方便、投資小的特點(diǎn)，既適用于新建廠(chǎng)，又能在原生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣廠(chǎng)的基礎上進(jìn)行技術(shù)改造，節省設備投資，提高建設速度。針對該生產(chǎn)工藝下一步的主要工作是進(jìn)一步完善和確定過(guò)濾和干燥工藝和設備，開(kāi)展針狀納米碳酸鈣的表面處理改性研究，解決顆粒團聚，探索向高聚物中添加的機理，充分發(fā)揮針狀的特點(diǎn)，改善高聚物性能。

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