目前，中國輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)能約為1000萬(wàn)噸，是世界第一生產(chǎn)和消費大國，但是產(chǎn)品質(zhì)量、品種卻遠遠落后于發(fā)達國家，產(chǎn)值很低，既不能滿(mǎn)足國內各行業(yè)要求，在國際市場(chǎng)上又無(wú)競爭能力。究其原因，主要存在以下問(wèn)題：
?。?）高附加值的專(zhuān)用輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力差，專(zhuān)用化、功能化碳酸鈣產(chǎn)品少；
?。?）新建廠(chǎng)在原基礎上重復建設，老廠(chǎng)不在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上投力量；
?。?）科研成果不能盡快轉化為生產(chǎn)力，導致碳酸鈣產(chǎn)品只能滿(mǎn)足一般用戶(hù)需要，而不能滿(mǎn)足特殊用戶(hù)的需要。
因此，努力提高我國輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用化、功能化輕質(zhì)碳酸鈣系列產(chǎn)品是我國碳酸鈣工業(yè)發(fā)展的當務(wù)之急。那么，如何提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量指標呢？
一、輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量要求及指標分析
1、輕質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量指標
輕質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量指標可分為兩大類(lèi)：
（1）化學(xué)組成指標
輕質(zhì)碳酸鈣的化學(xué)組成指標主要包括CaCO3、MgCO3、鹽酸不溶物、pH（實(shí)際含CaO或MgO量）、Fe、Mn、Cu、Pb、重金屬、H2O、水溶物等。
化學(xué)組成指標與原料石灰石組成、燃料白煤組成、工藝條件如煅燒石灰石溫度、石灰乳消化程度、精制優(yōu)劣、窯氣凈化與否、干燥溫度高低、外界環(huán)境的污染程度等有關(guān)。
（2）物理指標
輕質(zhì)碳酸鈣的物理指標主要包括：沉淀體積、比表面積、吸油值、篩余物、白度等。
物理指標主要取決于碳化工序操作條件、窯氣凈化程度、精制石灰乳消化程度及其質(zhì)量分數、碳化溫度、CO2質(zhì)量分數及其流速、碳化設備類(lèi)型及其控制、碳化前后是否添加不同類(lèi)型助劑、控制劑和改性劑及其加入量多少、固液分離條件及設備、干燥工藝條件及設備等。
2、輕質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量要求
不同用戶(hù)對輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量要求不同，但均可分為基本要求與特殊要求：
（1）基本要求
基本要求是指不同用戶(hù)都有共同要求指標，如：CaCO3≥98%、MgCO3≤1.0%、鹽酸不溶物≤0.2%（越低越好）、Fe≤0.12%（越低越好）、Mn≤0.01%（越低越好）等，這些基本要求指標主要取決于石灰石質(zhì)量、煅燒石灰質(zhì)量、消化質(zhì)量、石灰乳精制及窯氣凈化質(zhì)量、干燥質(zhì)量及其外界環(huán)境的污染情況，這在一般輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)廠(chǎng)嚴格管理，把好原料、燃料關(guān)，適當改造或增加部分設備，嚴格操作規程，減少外界污染均可達到。
（2）特殊要求
特殊要求是指不同用戶(hù)對輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品有不同或更為嚴格的要求，大多為物理指標。如：沉淀體積、粒度、晶型、吸油值、水分含量、白度、比表面積、篩余物。個(gè)別用戶(hù)如醫藥、食品、飼料、日化等用戶(hù)對其化學(xué)成分中Mn、Pb、Cu、重金屬含量等有特殊要求，否則會(huì )影響人類(lèi)健康。
因此，輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品檔次高低，在一定程度上不是取決于其基本性質(zhì)，而是取決于其特殊性質(zhì)，在達到基本要求的前提下（一般輕質(zhì)碳酸鈣企業(yè)均可達到），只有提高物理指標，改善特殊性質(zhì)，滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊要求，才能提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量檔次。
二、如何提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量指標？
1、改混料式煅燒為間歇式或直燒式煅燒
目前，我國輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)石灰石煅燒多采用混料式立窯煅燒，即將一定粒度石灰石和無(wú)煙煤（或焦炭或粉狀煤）混合后從立窯頂部加入，經(jīng)煅燒，石灰石分解成石灰從窯底卸出。這就造成：其一煤渣進(jìn)入石灰，污染石灰；其二由于石灰石塊度大，為保證石灰石分解必須提高煅燒溫度到1100℃以上，因此影響石灰活性；其三立窯容積大，煤、石粒度不均、混合不勻，煅燒溫度不易控制，易造成過(guò)燒或燒不透等現象。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，建議采用以下工藝及設備。
（1）新型立窯
以氣體燃料或液體燃料代替煤、焦煅燒石灰石。改混料式為直燒式、并流蓄熱式、磁筒式等煅燒立窯。經(jīng)國內外石灰工業(yè)實(shí)踐證明，用氣、液燃料煅燒立窯，無(wú)論在經(jīng)濟上、技術(shù)上、產(chǎn)品質(zhì)量上、工人操作環(huán)境及勞動(dòng)強度等方面均具有優(yōu)越性。
（2）回轉窯
以氣體或液體為燃料采用回轉窯煅燒石灰石，連續生產(chǎn)，石灰石粒度為5～10mm，煅燒溫度降到800～1100℃，生產(chǎn)的石灰具有活性高、不被污染、易消化、除渣量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，國外已成功地用于輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)。
（3）懸浮煅燒爐
該設備的特點(diǎn)為燃燒、傳熱、分解反應在同一空間內完成；無(wú)焰燃燒、閃速傳熱，氣固相溫度瞬間趨于一致；系統封閉、負壓操作、安全衛生；可實(shí)現微機控制，自控水平高，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，無(wú)污染等。該設備在水泥工業(yè)的生產(chǎn)中已有成熟技術(shù)及設備。
（4）旋流動(dòng)態(tài)煅燒爐
該設備將被煅燒物料與加熱后的高溫氣體混合后在流動(dòng)中完成瞬間煅燒工藝過(guò)程。具有溫度
可調、連續操作、爐內氣固溫度分布均勻、傳熱速率快、物料內外溫差小、綜合能耗低、系統密閉操作、物料及環(huán)境無(wú)污染、調整方便可實(shí)現自動(dòng)化操作等特點(diǎn)，在國內正在推廣，已有煅燒高嶺土等成功經(jīng)驗。
（5）間接加熱活性石灰煅燒爐
該爐以煙煤為燃料，采用間接加熱煅燒石灰石，當石灰石符合ZDB6001-85所規定的特級質(zhì)量要求時(shí)，產(chǎn)品石灰活性度達到330～360度（mL）。該爐煅燒石灰石生產(chǎn)的活性石灰不受煤燃燒的煙氣中硫及其它有害元素、灰塵等污染，活性高且不增碳。煅燒過(guò)程中生成的CO2氣體不與煙氣接觸混合，純度高可以回收利用。
2、改間歇碳化為連續碳化
輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程對產(chǎn)品晶型、粒徑、堿度等起決定性作用的是碳化工序。目前國內絕大多數廠(chǎng)選用間歇操作工藝，設備為鼓泡式碳化塔，具有投資小、操作方便等特點(diǎn)。但存在氣-液接觸表面積小、碳化不均勻、碳化時(shí)間長(cháng)、產(chǎn)品平均粒徑5～10μm、粒度分布寬、質(zhì)量不穩定、不易自動(dòng)控制等問(wèn)題。為了提高碳化效率，生產(chǎn)超細或超微細輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，建議采用如下工藝。
（1）采用2～4塔串聯(lián)連續碳化工藝
根據生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際情況、產(chǎn)品質(zhì)量要求水平、碳化塔實(shí)有數量，改并聯(lián)間歇操作為串聯(lián)連續操作。在塔型上以鼓泡為主，適當加以改造形成新的連續碳化工藝。該工藝具有連續生產(chǎn)、能力大、節省CO2氣量、操作方便、易于實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量穩定、便于降溫除熱、保證低溫碳化等特點(diǎn)，可制得微細或超細碳酸鈣產(chǎn)品，是提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量有效措施之一。
（2）選用高效碳化設備
①旋噴碳化塔
在原噴霧碳化塔基礎上，適當增加噴霧層數及噴霧方向，選用實(shí)心噴嘴，切線(xiàn)進(jìn)氣，旋轉氣-液接觸等，以提高氣-液接觸面積，提高反應速度，以便晶型粒度控制，生產(chǎn)微細或納米級碳酸鈣。
②垂直篩板碳化塔
垂直篩板是一種新型氣液吸收設備，具有傳質(zhì)、傳熱效率高，不易堵等特點(diǎn)，已被石油化工企業(yè)廣泛采用。引進(jìn)該設備作為輕鈣碳化設備，將提高碳化速度、節省CO2量和實(shí)現連續生產(chǎn)，且產(chǎn)品質(zhì)量穩定。如配以冷凍裝置可以生產(chǎn)超細碳酸鈣。
（3）采用高效干燥工藝及設備
輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中干燥雖然屬于物理過(guò)程，機理簡(jiǎn)單，只是將濕碳酸鈣濾餅中水分加熱蒸發(fā)，保證水分含量達標。但該過(guò)程是生產(chǎn)中消耗熱能最大的工序，它比石灰石煅燒耗煤高20%～30%，還存在干燥溫度控制不好易造成返堿，密閉不嚴易造成產(chǎn)品污染等問(wèn)題，因此應考慮改造或采用新式干燥設備來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗。
①以煤氣發(fā)生爐代替燃燒室的回轉干燥機
傳統回轉干燥機采用燃燒室燃燒煙煤，其高溫煙氣進(jìn)入回轉干燥機中心管到尾部再返向流入十根側管，在爐頭經(jīng)引風(fēng)機由煙囪排空。該設備使用中存在進(jìn)口溫度高達1100℃以上、中心管頭經(jīng)常燒壞、產(chǎn)品pH高有黑點(diǎn)等問(wèn)題。山東某廠(chǎng)將燃燒室改為簡(jiǎn)易煤氣發(fā)生爐，一臺煤氣爐供兩臺回轉干燥機，不僅降低中心管入口溫度，同時(shí)溫度向后推移，中心管尾部溫度升高，干燥溫度較均勻，提高了干燥效率，并消除了排煙黑塵對環(huán)境的污染，一舉多得。
②回轉列管干燥機
回轉列管干燥機具有熱效率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、鋼材耗用低、占地面積小、使用壽命長(cháng)、維修費用低、干燥過(guò)程連續、易于實(shí)現自動(dòng)化操作、勞動(dòng)強度低、消除環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，屬于高效、節能、長(cháng)壽命、少污染的新型技術(shù)設備。該設備與加速離心機配合，效果更好。
③盤(pán)式連續干燥器
盤(pán)式連續干燥器具有熱效率高、能耗低、占地面積小、配置簡(jiǎn)單、操作控制方便以及操作環(huán)境好等諸多優(yōu)點(diǎn)。
④組合式干燥工藝
納米級碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中由于粒徑小，脫水后產(chǎn)品含水率高，一般在55%左右，使用閃蒸干燥、噴霧干燥等單臺設備能力降低。為了保證干燥質(zhì)量及干燥能力，宜采用組合式干燥工藝。例如采用多層帶式干燥串旋轉閃蒸干燥、漿葉式串旋轉閃蒸干燥、雙螺旋輸送干燥器串盤(pán)式連續干燥器干燥等，既能發(fā)揮多層帶式、漿葉式、雙螺旋式等干燥機干燥彈性大、可適應高水分物料干燥優(yōu)勢，又可利用閃蒸干燥快速干燥、盤(pán)式靜態(tài)干燥的特點(diǎn)。
另外，在窯氣凈化、石灰乳精制、渣液回收、離心脫水、產(chǎn)品篩分以及產(chǎn)品包裝等工藝的改進(jìn)方面近幾年國內輕質(zhì)碳酸鈣企業(yè)均有一系列成功經(jīng)驗，應該在全行業(yè)推廣應用，以提高全行業(yè)工藝及裝備水平。
3、選用適宜的表面處理劑及改性工藝
輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品屬于無(wú)機材料，在基體高聚物中混合分散后，存在著(zhù)填料—高聚物界面，它們之間的親和性對其制品物理力學(xué)性能具有顯著(zhù)影響。由于輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品具有表面能隨著(zhù)粒徑減小而增大、表面呈親水性、與高聚物熱膨脹系數不同等原因，必須對輕質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面處理，其目的是使輕質(zhì)碳酸鈣表面能減小，增加分散性，使表面呈親油性，增加親和力，從而增加二者相容性，保證制品良好的物理力學(xué)性能。
輕質(zhì)碳酸鈣常用的表面改性方法可分為干法和濕法：
（1）輕質(zhì)碳酸鈣干法表面改性
干法表面改性表面改性是輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品在干態(tài)和一定溫度下憑借高速混合作用使處理劑均勻地作用在輕質(zhì)碳酸鈣顆粒的表面從而形成一層極薄的表面處理層。設備通常采用低速混合機，不宜采用高速捏合機。
（2）輕質(zhì)碳酸鈣濕法表面改性
濕法表面改性系指輕質(zhì)碳酸鈣熟漿液在活化槽中直接進(jìn)行表面處理的方法。其原理是輕質(zhì)碳酸鈣在懸浮液中，通過(guò)表面吸附或化學(xué)作用使處理劑分子結合于輕質(zhì)碳酸鈣表面，因此，處理劑應在水中可溶或可乳化呈乳液狀態(tài)。
常用的處理劑有脂肪酸鹽一類(lèi)表面活性劑，在水中穩定的螯合型鋁酸酯、鈦酸酯偶聯(lián)劑和電介質(zhì)型高分子處理劑等。
輕質(zhì)碳酸鈣采用不同處理劑、不同配方、不同處理工藝及設備，是提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品檔次重要途徑之一，也是各科研院所、大專(zhuān)院校、生產(chǎn)企業(yè)等的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。
4、增白技術(shù)與措施
輕質(zhì)碳酸鈣作為白色填料，用于造紙、塑料、涂料等行業(yè)，其制品所需數量越來(lái)越大，白度要求也越來(lái)越高。輕質(zhì)碳酸鈣行業(yè)標準白度指標為90%，而現在市場(chǎng)上要求在92%以上。CaCO3本身是白色，因原料石灰石中含有礦物鐵等，造成輕質(zhì)碳酸鈣白度下降。目前輕質(zhì)碳酸鈣企業(yè)有相當一部分企業(yè)輕質(zhì)碳酸鈣白度低于90%，有的僅為83%～85%，不能適應市場(chǎng)需求。
影響輕質(zhì)碳酸鈣白度的主要因素有兩種，一是原料石灰石中有色礦物鐵、錳含量高。這是內在原因，需采用化學(xué)方法增白。二是操作不合理、裝備水平低、設備腐蝕等外界引入的有色物質(zhì)多。這是外部原因，可通過(guò)加強管理、提高裝備水平來(lái)解決。
化學(xué)增白輕質(zhì)碳酸鈣方法有多種，隨著(zhù)色礦物元素的成分不同，所用藥劑方法各異。當用三價(jià)鐵及其氧化物為主要著(zhù)色物時(shí)，使用強還原劑是除鐵的有效藥劑之一。輕質(zhì)碳酸鈣化學(xué)增白技術(shù)，包括碳化前即消化過(guò)程增白及碳化后熟漿液濕法改性前增白。使用藥劑有二元增白及三元或多元增白，這主要由石灰石中著(zhù)色礦物種類(lèi)及其含量多少而決定，一般經(jīng)過(guò)實(shí)驗室試驗后，在工業(yè)化裝置中進(jìn)行試驗，這樣才能保證增白效果，并且降低增白成本。
三、結束語(yǔ)
今后，功能化、專(zhuān)用化將成為輕質(zhì)碳酸鈣發(fā)展的主要趨勢，并且產(chǎn)品結構也將發(fā)生很大變化。高檔產(chǎn)品如納米級碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫用級和食品級碳酸鈣；各種表面改性的專(zhuān)用碳酸鈣，如天然橡膠專(zhuān)用、合成橡膠專(zhuān)用、涂料專(zhuān)用輕質(zhì)碳酸鈣，這些高附加值碳酸鈣產(chǎn)品市場(chǎng)需求量會(huì )越來(lái)越大，而產(chǎn)品質(zhì)量必將是企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵！
資料來(lái)源：提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量的幾點(diǎn)建議，作者：胡慶福等
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)（未經(jīng)授權，禁止轉載）
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