納米碳酸鈣粒徑介于1~100nm之間，包括超細(xì)碳酸鈣（粒徑20～100nm）和超微細(xì)碳酸鈣（粒徑1～20nm）兩種。與普通碳酸鈣相比，納米碳酸鈣在補(bǔ)強(qiáng)性、分散性、耐熱性以及尺寸穩(wěn)定性等方面所表現(xiàn)出的明顯優(yōu)勢，使其成為目前應(yīng)用最廣泛的納米填充材料之一。
日本的納米碳酸鈣工業(yè)很發(fā)達(dá)，其生產(chǎn)工藝與國內(nèi)廠家大體相同，但是日本廠家更注重生產(chǎn)過程的控制。下面，以日本白石工業(yè)株式會(huì)社為例，簡單介紹一下納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝與設(shè)備。
1、原料
石灰石是合成納米碳酸鈣的原料，白石公司的石灰石主要取自九州，精選雜質(zhì)少，高純度的灰白色石灰石。
日本廠家的原料中各項(xiàng)指標(biāo)的含量范圍明確，原料指標(biāo)精準(zhǔn)可控，相比之下我國很多廠家對(duì)原材料控制不嚴(yán)，指標(biāo)含量模糊，雜質(zhì)含量高，易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。
2、煅燒
日本白石的煅燒采用機(jī)械化的立窯，與我國大多數(shù)工廠設(shè)備相同。石灰石和燃料按一定的比例進(jìn)行煅燒，煅燒區(qū)溫度為1000±100℃，原料進(jìn)入立窯后從進(jìn)料到出石灰，約需要60小時(shí)。燃料為焦炭，我國通常采用為無煙煤，焦碳相比無煙煤雖然價(jià)格較高，但其固定碳含量高、發(fā)熱量高、揮發(fā)分和硫分低，煅燒出來的石灰含硫量低、白度好、活性高，對(duì)后工序生產(chǎn)納米碳酸鈣提供了更有利的條件。
3、消化精制
日本白石的消化工藝，采用具有3個(gè)攪拌漿的消化池，比國內(nèi)的消化池要大，出渣采用螺旋出渣機(jī)將渣旋出，消化溫度控制在≥90℃。
我國則一般采用回轉(zhuǎn)式消化機(jī)、籠式消化機(jī)等，消化效果相差不大。消化后的粗漿經(jīng)過二級(jí)旋液分離器和二級(jí)振動(dòng)篩除去雜質(zhì)，然后陳化24小時(shí)，得到精漿備用，工藝與國內(nèi)基本相同。
4、碳化
日本白石的碳化工藝分為間歇鼓泡攪拌碳化和連續(xù)噴霧碳化。
?。?）間歇鼓泡攪拌碳化
日本的間歇鼓泡攪拌碳化塔碳化反應(yīng)器直徑2.3米，體積25m3，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速129r/min，功率為22kW，攪拌槳為二層式四葉槳式攪拌，采用變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。生漿質(zhì)量濃度為6.5%±0.5%，起始碳化溫度為18±1℃，反應(yīng)時(shí)間為60-90min，當(dāng)pH值降至9.0-10.0時(shí)，停止碳化，反應(yīng)終點(diǎn)濃度為8.7%±0.5%，打入大的碳化罐（碳化罐直徑4.0米，體積為100m3）進(jìn)行保溫熟化，熟化一定的時(shí)間后，根據(jù)納米碳酸鈣的BET比表面積、空氣透過比表面積、熟漿粘度等指標(biāo)確定熟化終點(diǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)合格后繼續(xù)通入CO2，調(diào)節(jié)至pH≤7，二次碳化反應(yīng)時(shí)間一般為50-70min。
與國內(nèi)廠家不同的是日本廠家采用二次碳化，第一次碳化不到終點(diǎn)，經(jīng)過熟化后再重新碳化到終點(diǎn)，通過熟化增加納米碳酸鈣的分散穩(wěn)定性，使粒子更規(guī)整；國內(nèi)現(xiàn)在的工藝大多數(shù)還是一次碳化成熟，沒有經(jīng)過熟化的過程，所以納米碳酸鈣顆粒的規(guī)整性不好。
?。?）連續(xù)噴霧碳化
日本廠家的連續(xù)噴霧碳化塔包含A塔（高15米，直徑2.1米）和B塔（高18米，直徑2.6米），二個(gè)塔循環(huán)碳化。底部通入CO2，漿液用泵從塔底通過管道從頂部噴入，下落入塔底，不斷循環(huán)，直到中和至pH≤7停止。噴霧碳化主要的技術(shù)是氣量與噴霧漿液的大小的配合，適合生產(chǎn)規(guī)整、分散性好的立方體納米碳酸鈣，粒徑在20-200nm范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。
目前中國還沒有這種碳化方式，一般只能生產(chǎn)大小在40-90nm的立方體納米碳酸鈣，無法生產(chǎn)粒徑為100nm以上的規(guī)整立方體。我國納米碳酸鈣廠生產(chǎn)的100nm以上的納米碳酸鈣，通常就是細(xì)粒徑的納米碳酸鈣與大粒徑的輕鈣或重鈣混合，晶形不完整，粒徑分布寬。
通過以上二種碳化方式的組合，可以制備無定形、立方體、柱形、紡錘形、片狀、球形、針狀等50多種不同晶形和大小的碳酸鈣，粒徑在20-5000nm可調(diào)。而我國只能生產(chǎn)立方體和紡錘形二種晶形的碳酸鈣，且生產(chǎn)的立方體納米碳酸鈣晶形不規(guī)整、分散性差，導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性不好，應(yīng)用效果差。
5、活化處理
活化罐體積為30m3，功率為22kW，內(nèi)部采用螺旋槳攪拌，轉(zhuǎn)速為100r/min?；罨幚砼浞街饕兄舅?、樹脂酸、季胺鹽、木質(zhì)素、硅烷偶聯(lián)劑、分散劑、丙烯酸、馬來酸、硅酸鈉、磷酸等藥劑的組合，藥劑制備溫度為80-90℃，活化漿的溫度控制為60-80℃，攪拌1小時(shí)。公司強(qiáng)調(diào)對(duì)客戶的適用性，根據(jù)產(chǎn)品要求不同采用不同的活化配方，以達(dá)到特定的性能。
而我國納米碳酸鈣的活化配方比較單一，改性產(chǎn)品的針對(duì)性不強(qiáng)，不能很好地適應(yīng)不同客戶的需要，應(yīng)用效果相對(duì)較差。
6、壓濾脫水
采用日本新日鐵公司生產(chǎn)臥式壓濾機(jī)對(duì)活化漿液進(jìn)行脫水，與國內(nèi)相差不大。
7、干燥
干燥機(jī)采用多層網(wǎng)箱式干燥機(jī)，采用熱風(fēng)爐供熱，這種干燥方式干燥出來的產(chǎn)品較好。我國也有廠家采用這種干燥方式。
8、粉碎
粉碎機(jī)采用有動(dòng)靜齒的棒銷磨，轉(zhuǎn)速一般控制在2500r/min。粉碎機(jī)帶外選粉分級(jí)機(jī)，1#粉碎機(jī)中的外選粉分級(jí)機(jī)選出細(xì)度不合格的粉體，通過2#粉碎機(jī)再粉碎和分級(jí)一次。國內(nèi)廠家通常采用一臺(tái)粉碎機(jī)，選出的粗粉，再回到同一臺(tái)機(jī)粉碎，易出現(xiàn)粗粒子。
9、包裝
包裝前采用大的料倉除去粉體中的氣體。自動(dòng)包裝機(jī)為螺旋式包裝機(jī)，采用三層牛皮紙的閥口袋包裝。國內(nèi)包裝通常采用編織閥口袋，氣體含量高，容易漏粉，造成環(huán)境污染。
資料來源：《劉亞雄.日本納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品介紹[J].無機(jī)鹽工業(yè),2021,53(12):80-84》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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