發展重質碳酸鈣產業所面臨的三個選擇

　　重質碳酸鈣作為目前應用最廣、用量最大的無機非金屬礦物粉體，其發展面臨三大選擇。2018年4月21日，市場調查研究機構Technavio發布了《北美碳酸鈣市場概況與預測》報告。報告顯示，在2018—2022年，北美碳酸鈣市場分額將以5%的年復合增長率攀升，并且碳酸鈣替代高嶺土用于造紙行業將成為市場發展的一個主要趨勢。目前重質碳酸鈣的生產方法分為兩種——干法和濕法。

　　2018年4月21日，市場調查研究機構Technavio發布了《北美碳酸鈣市場概況與預測》報告。報告顯示，在2018—2022年，北美碳酸鈣市場分額將以5%的年復合增長率攀升，并且碳酸鈣替代高嶺土用于造紙行業將成為市場發展的一個主要趨勢。除此之外，碳酸鈣作為工業填料，其使用率和需求量也在逐年攀升，特別是在顏料、涂料、塑料、油漆等行業的應用越來越廣泛。此外，根據Roskill(英國羅斯基爾信息服務有限公司)有關報道，全球碳酸鈣總需求量一半以上被亞洲消耗，其中中國超過20%。重質碳酸鈣作為目前應用最廣、用量最大的無機非金屬礦物粉體，其發展面臨三大選擇。

　　一、干濕法工藝的選擇

　　重質碳酸鈣又稱作研磨鈣，是用機械方法粉碎、研磨天然方解石、石灰石等重鈣原料，使其達到一定細度的粉體產品，在國際上通常稱之為微細研磨碳酸鈣。目前重質碳酸鈣的生產方法分為兩種——干法和濕法。

　　干法主要應用于初級研磨，適用于對顆粒粒徑分布要求不高的顆粒生產。濕法是以粗碎的產品為原料，加溶劑及相關的助劑進行再研磨，并可除去礦石里的雜質，細度和純度都得到提高的研磨法。

　　表1 重鈣干濕法工藝優缺點

　　從實踐來看，1500目以下的產品，一般以干法生產為主;1500～2500目產品可以采用干法工藝，也可以采用濕法工藝生產，應用中需有針對性的合理搭配兩種工藝產品配比;2500～6500目產品，通常以濕法生產為宜。

　　二、加工裝備的選擇

　　對于干濕兩種方法在工業生產中已有相對應的、成熟的生產設備。

　　干法工藝設備

　　對于初粉碎的干法生產，相應的加工設備種類繁多，有：空氣分級磨、氣流磨粉機、干式攪拌磨、立式磨粉機、沖擊式輥輪磨、振動磨和球磨機等。這些設備再配上成熟的研磨工藝和分級機配合，組成了超微加工系統，即可生產較高質量的超微重鈣粉。

　　如今，重鈣朝著功能化、規模化、超微化的方向發展，而適用于規模化生產重鈣的設備主要有空氣分級磨、干式攪拌磨和沖擊式輥輪磨機。

　　空氣分級磨的應用最廣泛，它屬于生產400目以下的重鈣產品的設備。投資小、生產效率高。但是它生產的重鈣顆粒較粗，遠遠低于其它設備生產產品的細度。

　　干式攪拌磨，在干法生產碳酸鈣中其研磨效率較高和研磨顆粒細，如果其研磨得到的物料經過分級后，可生產粒度1250目以上的超微粉體產品。不過其缺點是單機生產能力較小，大規模生產投資大。

　　沖擊式輥輪磨機(簡稱沖擊式磨)屬于碾壓粉碎，它在單位時間內產生的細粉量偏少。它的優點是采用液壓方式進行施壓于磨輥，產生的碾壓壓力很大，因此粉碎效果好，可用于粉碎硬度高的物料。它一般以用來生產1000目以下的產品，生產中對沖擊式磨進行了改進，可直接生產600目一250目產品。它如干式攪拌磨一樣，產品經過分級后，加入沖擊式輥輪磨機再次研磨可以生產1250目以上的產品。

　　常見干法工藝裝備系統有：

　　(1)球磨-分級機多種規格產品粉磨系統;

　　(2)空氣分級磨混合振動磨-分級機組合粉磨系統;

　　(3)氣流磨-分級機組合系統;

　　(4)沖擊式攪拌磨-分級機組合粉磨系統。

　　球磨機 + 分級機生產線主要用于生產 d97=5～43mm的重質碳酸鈣細粉和超微粉，特點是連續閉路生產、多段分級、循環負荷大( 300%～500% )、單機生產能力較大。隨著沖擊式磨干法粉磨與精細分級技術在重鈣行業得到推廣應用，近年來沖擊式磨+二次分級工藝技術成為重鈣加工企業的首選技術，工藝流程如圖1所示。其既滿足了重鈣產業規模化、精細化加工的要求，又符合國家節能減排政策的要求，該工藝技術將有助于深化重鈣產業裝備技術升級。

　　濕法工藝設備

　　濕法超微研磨設備大體分為三種：球磨機、攪拌磨和砂磨機。后兩種都是在球磨機的基礎上發展起來的，它們的共同特點是利用研磨介質之間的碰撞、剪切、擠壓和摩擦原理破碎物料，因此三者都屬于以研磨介質研磨物料的設備。

　　常見濕法工藝裝備系統有：

　　(1)臥式磨串并聯組合系統;

　　(2)沖擊式磨單機開路粉磨系統;

　　(3)沖擊式磨多機串聯粉磨系統。

　　濕法超微研磨技術主要用于生產 d90 ≤2 mm 及d97 ≤2 mm 的造紙涂料(漿料)級產品以及 d60 ≤2 mm的超微重質碳酸鈣(干燥后用做塑料填料)。

　　超微濕法攪拌磨機是隨著現代材料科學技術的進步而發展起來的。近年來的研究表明：濕法工藝中，在微細介質磨機中添加粉碎助劑可制備亞微米甚至納米超微粉體。

　　砂磨機克服了攪拌磨機存在的研磨介質分布不均勻的缺點，使研磨介質與物料充分的接觸，減小了研磨介質之間的摩擦，降低了磨損，提高了研磨效率。研磨粒度可達到10nm。

　　近年來，國內科研院所及生產企業在探索重鈣產業轉型升級發展時，目光開始轉向高效、節能的沖擊式磨以及二次或三次分級與多級濕法磨機組合集成工藝，該工藝不僅是實現產業規模化、產品功能化生產的有效途徑，也是未來重鈣產業轉型升級、深層次發展的創新型工藝，可為培育具有國際競爭力的重鈣產業企業集團奠定產業技術基礎。

　　圖2　干濕法集成工藝及其產品結構設計

　　三、重鈣產品結構的選擇

　　產品需求是裝備及其工藝選擇的根本所在。學者對2010—2014年重鈣產業進行了調研，發現中高端功能化、個性化專用產品短缺，造成產品結構問題凸顯。

　　新常態下，下游應用行業對重鈣粉體產品功能性提出了更多個性化要求。重鈣的附加值提升，關鍵是它的深加工產品——精細、高純、表面改性等個性化產品。

　　表面改性是重質碳酸鈣和超微重質碳酸鈣最主要的深加工技術之一，近10a來，表面改性產品的需求量以每年12%以上的速度增長。重質碳酸鈣的表面改性主要采用有機包覆和復合改性方法。目前，干法改性是重質碳酸鈣的主流工藝，除非采用濕式超微研磨工藝，一般很少采用濕法改性。

　　值得一提的是，精細化并不是單一的粒度超微化，再者重鈣并不是只強調粒度指標的粉體材料，作為一種工業中間體，其應用性能是最需要考慮的要素，過分追求顆粒度指標而忽視粉體材料的應用性能是不可取的。精細化是一種有針對性的功能性重鈣粉體生產過程。

　　小結

　　中國重質碳酸鈣由最初的“雙飛粉”、“三飛粉”等少數幾種發展到包括細粉、超微粉、表面改性(活性)粉以及造紙用超微漿料產品等幾大類十余種不同細度和表面改性活化的專用重質碳酸鈣產品。由最初74μm和d97=45μm為主的細粉發展到超微粉、超微活性粉。國產重質碳酸鈣將與世界上發達國家差距逐漸縮小。隨著重質碳酸鈣粉磨設備和技術的發展，各種新型專用重質碳酸鈣產品將會不斷出現，行業前景不可限量。

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