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纳米钙与轻钙在生产、质量控制、应用上的区别
来源: | 作者:haiyangky | 发布时间: 1172天前 | 302 次浏览 | 分享到:
       以石灰石为原料经锻烧、消化、碳酸化、分离、干燥分级制取的产品称为轻质碳酸钙,是用途最为广泛的无机填料之一,广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、印刷、电缆、食品、医药、化妆品、日用品、饲料、润滑油等各个行业。

       超细碳酸钙,特别是纳米碳酸钙微粒,不仅保留了原碳酸钙的性能,还具有纳米微粒的特性。而且,通过控制制备条件,可以得到不同粒径不同晶体形状的纳米碳酸钙。因此,纳米钙与轻钙在在生产工艺、质量控制、外观、粒径、应用等方面有很多不同。了解它们之间的区别,有助于我们辨别并根据不同需求开发不用功能的碳酸钙产品。

1、生产工艺及质量控制的差异

       轻质碳酸钙的生产方法虽然不少,但在国内实现工业生产的几乎只有碳化法。将石灰石等原料锻烧生成生石灰主要成份为氧化钙和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳主要成份为氢氧化钙,然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀,最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。此法具有能耗低、工艺简单、原料丰富等显著特点,满足不同行业的要求。

       我国于上世纪80年代初开始研制和生产纳米碳酸钙,并于80年代末实现工业化生产。国内的研究开发单位主要有北京化工大学、华东理工大学、哈尔滨工程大学化工学院、中科院合肥固体物理研究所、天津化工研究院等。

       纳米碳酸钙的生产过程主要分四个工序:煅烧净化、消化、碳化、干燥包装。生产时先将精选的石灰石矿石锻烧,得到氧化钙和窑气然后将氧化钙消化,并将生成的悬浮氢氧化钙在高剪切力作用下粉碎,经多级旋液分离除去颗粒及杂质,得到一定浓度的精制的氢氧化钙悬浮液之后通入,加入适当的表面改性剂,碳化至终点,得到碳酸钙浆液再进行脱水、干操、表面处理,最终得到所要求的纳米碳酸钙产品。


1)消化

       轻钙制备工艺对消化温度以及消化用水质量要求不高,可以利用离心脱水的回收滤液作为消化的热水,这样可以充分利用热能提高消化反应温度,同时降低生产中的水的消耗量。一般要求石灰为中烧或过烧即可,消化后的生浆粘度较低,有利于提高碳化效率。

       制备纳米碳酸钙应采用活性较高的轻烧石灰,控制较高的消化温度和稳定的生浆粘度。可利用生浆精制过程中的洗渣液作为消化水,但不能采用熟浆滤液消化,因为滤液中含有大量的碳酸钙晶体,加入到生浆中将成为晶种参与碳化反应,影响碳化结晶的均匀性,容易在结晶过程中产生大颗粒晶体,影响产品粒径分布范围。


2)碳化

       制备轻钙不控制碳化反应的初始温度,也几乎不控制生浆的浓度和粘度以及的浓度。有时为了提高碳化速度,在沉降体积达到要求的情况下,在碳化初始的生浆内添加一部分熟浆,可明显提高碳化反应速度,又可作为调节产品沉降体积的一种手段。

       制备纳米碳酸钙采用与普通轻钙不同的碳化反应器,装有可控制反应温度的冷水夹套或提高气液混合的搅拌器等装置以及制冷设备等。控制生浆碳化的起始温度、石灰乳液浓度、仇浓度、温度、流量以及搅拌速度等工艺参数,还可以采用多级碳化的方式控制晶体的粒径和晶形。由于在碳化反应初期不能带入较多的晶种,因此碳化反应器应便于清洗,以便于每批次碳化结束后对系统进行必要的清洗。也可以在生浆或碳化反应过程中添加一定量的晶形控制剂,起到调节反应速度,提高晶体分散性能和控制结晶的作用,其碳化工艺控制较普通轻钙或微细钙复杂得多。


3)干燥

       轻钙一般只要控制产品的白度、水分、筛余物和值等指标达到要求即可,所以在产品干燥后,经过简单筛分后包装产品。干燥温度要求不高,只要不超过碳酸钙的分解温度即可,所以普通轻钙一般采用600-750℃温度进行干燥,效率较高。

       纳米碳酸钙大多数是经过表面处理的,因此产品在干燥时,温度不宜控制过高,否则会引起表面活性剂焦化,产品严重变黄,影响到产品的质量。目前纳米碳酸钙的干燥温度一般在200-300℃,视物料在不同干燥系统中停留时间的不同,工艺控制温度也略有不同。产品干燥后粉碎解聚和分级是纳米碳酸钙产品质量控制的关键手段。针对不同粒经分布和不同表面活性剂处理的产品,在选择干燥和粉碎分级设备时各有侧重。 


2、外观质量不同


1)外观

       用手指揉搓纳米碳酸钙粉体时,感觉颗粒较为细滑,附着力较强,冲洗手指上的粉末时较难洗净。粉体在空气中形成的粉尘较难沉降,粒径较小的纳米碳酸钙产品与水混溶后形成的膏状料外观白度不高,并有微透明的感觉。

2)白度

       由于普通纳米碳酸钙产品在生产工艺过程中非常注重对产品中“黑、黄点”等杂质的控制,因此产品白度较高,一般为94%96%,会略高于普通活性轻钙,但也有部分普通轻钙非活性产品白度较高,可以达到96%-97%。

3)堆积密度

       一般情况下纳米碳酸钙产品的堆积密度较小,多为0.4-0.6g/cm3,而轻钙堆积密度一般为0.6-0.7g/cm3,但随着纳米碳酸钙产品应用性能的不断改良,一些产品的堆积密度在逐步提高,加之不同干燥设备生产的产品堆积密度差异较大,一般目前从堆积密度方面比较难以辨别纳米碳酸钙产品和普通轻钙产品。


3、粒径及晶形不同


1)粒径不同

       纳米碳酸钙与普通轻钙的本质区别就在于原始粒径也称一次粒径不同,通过透射电镜分析检测可以准确辨别两种产品。

2)晶形不同

       由于纳米碳酸钙碳化工艺与普通轻钙差别较大,使纳米碳酸钙晶体结晶过程中晶形发生变化,晶体的形状以立方体为主,晶体的形状随工艺条件和晶形控制剂的影响而呈现多样性,而普通轻钙晶体形状较为单一,以纺锤形为主,亦或团聚凝聚形成菊花状晶体。


4、应用过程性能和作用不同

       纳米碳酸钙由于其颗粒粒径较小,在应用材料中表现出一些特殊性能,如在橡胶和塑料中具有较强的补强和改性作用,可以较大幅度提高材料的部分力学性能和光学性能。因此纳米碳酸钙一般具有功能性填料和体积填料双重作用。普通轻钙在补强性能等方面明显逊色于纳米碳酸钙产品,故一般只具有体积填充作用。

       纳米级碳酸钙在中国已实现工业化,不同碳化方法应运而生,规模不断增大,产量不断增加,应用领域不断扩大,由橡胶、油墨等行业向塑料、涂料、胶黏剂、造纸等行业迅速扩展,需求量以每年20%的速度递增,高档产品不断投放市场,满足了国内外两大市场日益增长的需求。

       如今,功能性碳酸钙已经成为碳酸钙应用市场的一大需求点。面对市场需求,不同用户对产品要求不同,除了看产品碳酸钙粒径,更看产品性能、品质,各种功能化专用钙产品才能具备更强的市场竞争力。因此,可在纳米级碳酸钙的应用性能上多下功夫,开发出更多功能性、专用纳米碳酸钙。其他无机粉体材料的功能开发亦是如此。