中國納米級碳酸鈣的研發(fā)始于20世紀80年代，現在已有30余家生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)方法近10余種。中國納米級碳酸鈣產(chǎn)量增加較快，20世紀末年產(chǎn)量不足10萬(wàn)t，2005年達到25萬(wàn)t以上，2009年達到75萬(wàn)t。但是，中國納米級碳酸鈣企業(yè)仍存在生產(chǎn)規模小、工藝與設備較落后、產(chǎn)品質(zhì)量不穩定、品種單一、經(jīng)濟效益差等不足。
1、中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)現狀
?。?）納米級碳酸鈣生產(chǎn)方法、主要性能及消耗指標
納米級碳酸鈣生產(chǎn)方法有多種，按碳化方法劃分，中國已建立工業(yè)裝置的（按建立時(shí)間的先后）有：低溫間歇鼓泡式、常溫連續噴霧式、低溫間歇攪拌式、低溫間歇超重力式、低溫間歇高剪切式、低溫膜分散微結構式、仿生礦化原位合成式等。
按碳化溫度劃分有冷凍法（低溫）與非冷凍法（常溫或高于常溫），前者稱(chēng)為低溫低濃碳化工藝，一般碳化溫度低于25℃，石灰乳中Ca（OH）2質(zhì)量分數低于6%；后者稱(chēng)為高溫高濃碳化工藝，一般碳化溫度不控制，可在30~75℃，石灰乳中Ca（OH）2質(zhì)量分數達到10%~12%，產(chǎn)品晶型與粒度通過(guò)不同模板劑進(jìn)行控制。
中國生產(chǎn)納米級碳酸鈣大多采用低溫低濃間歇鼓泡式碳化法、常溫連續噴霧碳化法和高溫高濃非冷凍法等。各種不同碳化法生產(chǎn)納米級碳酸鈣主要性能對照見(jiàn)下表。
表1 不同碳化法生產(chǎn)納米級碳酸鈣主要性能對照
納米級碳酸鈣由于生產(chǎn)工藝不同、裝置各異，因此消耗指標不同。根據中國無(wú)機鹽工業(yè)協(xié)會(huì )鈣鎂鹽分會(huì )統計，中國納米級碳酸鈣原料及動(dòng)力消耗見(jiàn)下表。建議納米級碳酸鈣生產(chǎn)廠(chǎng)家原料及動(dòng)力消耗參照此表。
表2 中國納米級碳酸鈣原料及動(dòng)力消耗（以1t產(chǎn)品計）
?。?）納米級碳酸鈣生產(chǎn)優(yōu)勢與差距
中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)優(yōu)勢：
物質(zhì)基礎雄厚。中國石灰石儲量豐富，分布面廣，質(zhì)量?jì)?yōu)；煤炭資源較豐富，與優(yōu)質(zhì)石灰石產(chǎn)區近。
生產(chǎn)經(jīng)驗豐富、產(chǎn)量大且應用面廣。中國生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣約有80a歷史，納米級碳酸鈣開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)也有30余年，從超細碳酸鈣到納米級碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)有30余家，實(shí)現工業(yè)化并建立千噸以上規模的生產(chǎn)方法有6~7種，處于研發(fā)及中試的方法有6~7種。納米級碳酸鈣應用領(lǐng)域從油墨、橡膠行業(yè)擴展到塑料、造紙、涂料、汽車(chē)制造、黏合劑和密封材料、氣溶膠等各個(gè)行業(yè)。
研發(fā)人力、物力投入較大，而且研發(fā)面廣、成果多。據不完全統計，中國從事納米級碳酸鈣研發(fā)的科研院所、大專(zhuān)院校有30余家，開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的生產(chǎn)工藝與方法達10余種，申請專(zhuān)利98項，已建立工業(yè)裝置的有5~6項，2005年以來(lái)在中國各刊物上發(fā)表的論文有340余篇。同時(shí)培養了大量人才，為發(fā)展納米級碳酸鈣培養了雄厚的人力資源。
國產(chǎn)設備的成功應用為發(fā)展高效節能設備打下良好基礎。從中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)歷史來(lái)看，有的是引進(jìn)日本、意大利技術(shù)和設備，有的是借鑒國外技術(shù)和設備開(kāi)發(fā)出國產(chǎn)工藝和設備，如：國產(chǎn)全機械化自控立窯，槽式化灰機，新型碳化塔，超重力碳化設備，高剪切碳化塔，膜分散微結構碳化塔，全自動(dòng)、快開(kāi)、隔膜壓濾機，帶式過(guò)濾機，帶式干燥機，旋轉閃蒸干燥機，全自動(dòng)包裝機，打散機，分級機等，這些設備的成功應用為發(fā)展納米級碳酸鈣提供高效節能設備打下良好基礎。
中國納米級碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)差距：
企業(yè)數量多、規模小，重復建設嚴重；
某些企業(yè)采用作坊式生產(chǎn)，工藝落后，設備陳舊，大型化、高效設備發(fā)展滯后；
產(chǎn)品質(zhì)量不穩定，品種單一，普通產(chǎn)品多，專(zhuān)用產(chǎn)品少，精細化率低；
資源、能源等消耗高，環(huán)境污染嚴重，清潔生產(chǎn)水平低；
管理水平低，全行業(yè)經(jīng)濟效益差，缺乏發(fā)展后勁；
產(chǎn)品標準落后，納米碳酸鈣標準可操作性差，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高及精細化率。
2、中國納米級碳酸鈣工業(yè)發(fā)展建議
?。?）走功能化之路
目前，納米級碳酸鈣在中國已實(shí)現工業(yè)化，產(chǎn)量不斷增加，高檔產(chǎn)品不斷投放市場(chǎng)，滿(mǎn)足了國內外兩大市場(chǎng)需求。但是功能性產(chǎn)品遠遠不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，因此中國納米級碳酸鈣要發(fā)展必須走功能化之路。而走功能化之路必須保證產(chǎn)品晶型完整、粒徑為納米級且分布窄，經(jīng)過(guò)表面處理達到納米級碳酸鈣基本要求。
?。?）選用節能碳化工藝及設備
目前國內外采用最多的工藝及設備是低溫低濃間歇鼓泡式碳化法或攪拌式碳化法，中國還有常溫低濃噴霧連續碳化法、低溫低濃間歇式超重力碳化法。上述方法存在如下問(wèn)題：
在低溫下反應，能耗較高，3種方法都需要冷凍機將進(jìn)料石灰乳冷卻到25℃以下。
要求進(jìn)口石灰乳的濃度低，一般Ca（OH）2質(zhì)量分數≤6%，因此設備的生產(chǎn)強度較低。
間歇攪拌釜法的強力攪拌使得能耗較大；超重力碳化機為高速旋轉設備，一臺3000t/a的超重力設備需要電機功率為75kW。
不易于大型化，攪拌釜的大型化受到攪拌設備的限制；超重力的單機生產(chǎn)能力目前為3000t/a，如果繼續增加生產(chǎn)能力，隨著(zhù)設備尺寸的增加，電機容量將很大。不能與普通輕質(zhì)碳酸鈣廠(chǎng)的碳化塔通用，現有碳酸鈣企業(yè)改造的投資過(guò)大。建議在滿(mǎn)足工業(yè)產(chǎn)品需要的前提下選用非冷凍法碳化工藝及設備。
高溫高濃碳化工藝及設備特點(diǎn)：
高溫（35~75℃）碳化反應；
精漿液氫氧化鈣高濃度碳化（氫氧化鈣質(zhì)量分數為10%~12%），提高了碳化設備的生產(chǎn)強度；
制備的針狀（晶須）納米碳酸鈣粒度分布窄，粒徑小，比表面積大，孔容大；
工藝適應性強，操作彈性大，碳化設備采用生產(chǎn)輕鈣的碳化塔進(jìn)行改造即可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求；
設備結構簡(jiǎn)單，不設冷凍裝置，節省投資，生產(chǎn)成本低，適應性廣，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。該技術(shù)在井陘縣高塔、低塔，江西某廠(chǎng)高塔，山西攪拌式、超重力式碳化塔在線(xiàn)試驗結果均達到理想結果。
?。?）擬建納米級碳酸鈣項目應注意的問(wèn)題
擬建納米級碳酸鈣項目應具備如下條件：
具有多年從事碳酸鈣生產(chǎn)和管理經(jīng)驗的工程技術(shù)和高級管理人員；
具有對納米級碳酸鈣應用領(lǐng)域熟悉，并具有開(kāi)拓市場(chǎng)能力的人員；
具有一定的經(jīng)濟實(shí)力；具有原輔材料等優(yōu)勢。
納米級碳酸鈣擬建規模必須根據市場(chǎng)需求而定。另外，某種碳化新方法、新技術(shù)、新設備開(kāi)發(fā)成功，不等于馬上就可建立10萬(wàn)t/a，40萬(wàn)t/a等規模的納米級碳酸鈣裝置。新設備、新工藝應經(jīng)中試、工業(yè)化生產(chǎn)裝置逐步放大及較長(cháng)期連續運轉后，才可擴大到1萬(wàn)t/a乃至10萬(wàn)t/a以上的規模。工業(yè)放大受許多條件制約，首先是設備制造，新設備上市要經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)、完善才能逐步達到成熟。
有輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)基礎者可建設適當規模的納米級碳酸鈣項目。輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)基礎較好的企業(yè)，可適當建設0.5萬(wàn)t/a或1萬(wàn)t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)，以輕質(zhì)碳酸鈣養納米級碳酸鈣。建設1萬(wàn)t/a以上規模納米級碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)應有足夠的資金和專(zhuān)業(yè)人才，因為納米級碳酸鈣建成前1~3a是只有投入而無(wú)產(chǎn)出的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)過(guò)程。
另外，擬建納米級碳酸鈣項目要做好經(jīng)濟核算，不要求大求詳。例如：某生產(chǎn)方法建設了0.3萬(wàn)t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)投資了3000萬(wàn)元，引進(jìn)0.5萬(wàn)t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)投資了2.2億元，因銷(xiāo)售達不到滿(mǎn)負荷，造成成本高而虧本。
納米級碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)應建立較完善的分析檢測裝置。納米級碳酸鈣產(chǎn)品不僅要求顆粒在三維空間上必須有一維空間達到納米級（≤100nm），而且在晶型、比表面積、黏度、宏觀(guān)粒度分布等物理性能上的指標也相當重要。一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)如果沒(méi)有檢測上述指標的儀器設備，生產(chǎn)中不知產(chǎn)品優(yōu)劣，就不能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，生產(chǎn)調節也無(wú)法進(jìn)行。
3、納米碳酸鈣市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢
納米級碳酸鈣在中國已實(shí)現工業(yè)化，不同碳化方法應運而生，規模不斷增大，產(chǎn)量不斷增加，應用領(lǐng)域不斷擴大，由橡膠、油墨等行業(yè)向塑料、涂料、膠黏劑、造紙等行業(yè)迅速擴展，需求量以每年20%的速度遞增，高檔產(chǎn)品不斷投放市場(chǎng)，滿(mǎn)足了國內外兩大市場(chǎng)日益增長(cháng)的需求。
據美國市場(chǎng)研究公司GrandViewResearch發(fā)布《納米碳酸鈣市場(chǎng)分析及2016-2024年前景預測報告》顯示：2015年全球納米碳酸鈣需求量約為1900萬(wàn)噸，其中塑料領(lǐng)域納米碳酸鈣用量占市場(chǎng)總量的20%以上。到2024年，全球納米碳酸鈣需求量將超過(guò)4000萬(wàn)噸，其中塑料將成為增長(cháng)最快的應用領(lǐng)域。
但是，功能性納米級碳酸鈣遠遠不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，不同用戶(hù)對產(chǎn)品要求不同，不僅看粒子大小，更要看產(chǎn)品性能、品質(zhì)，目前不僅有各種粒子大小的碳酸鈣，更有各種功能的碳酸鈣，品種達50~60種。例如油墨專(zhuān)用OT鈣，至今還占據中國高端油墨市場(chǎng)，這一點(diǎn)值得深思。從事納米級材料的研究者和生產(chǎn)企業(yè)均應在納米級無(wú)機粉體材料的應用性能上下功夫，開(kāi)發(fā)出功能性、專(zhuān)用納米級無(wú)機功能材料。
來(lái)源：中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)現狀與發(fā)展建議，作者：宋麗英、胡曉湘、胡慶福
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