碳酸钙应用的研究

1碳酸钙应用的研究摘要：近年来,随着碳酸钙的超细化、结构复杂化及表面改性技术的发展,碳酸钙的应用价值在快速地提高,新型产品应运而生。对不同形态的超细碳酸钙尤其是纳米级碳酸钙制备技术的研究,已成为许多国家竞相开发的研究热点。本文在综合分析国内外碳酸钙行业生产及应用技术发展现状、展望我国碳酸钙行业未来发展的前景。关键词：碳酸钙、生产、应用前景、发展策略中图分类号：P597引言：碳酸钙是自然界广泛存在的一种很普通的矿化物质,但它作为一种重要的无机化工产品,因其物美价廉,在塑料、造纸、涂料、橡胶、化学建材、日用化工、油墨、牙膏、粘合剂、密封材料等行业,用途十分广泛。通常根据生产方法不同,把碳酸钙分为两大类[1]。一类是以方解石、大理石、白垩、贝壳、石灰石等为原料经机械粉碎及超细研磨等制取的产品称重质碳酸钙；另一类是指以石灰石为原料经煅烧、消化、碳酸化、分离、干燥分级制取的产品称轻质碳酸钙,又称沉淀碳酸钙。它的粒度比重质碳酸钙小,通常价格比重质碳酸钙高。1国内外碳酸钙生产及应用技术发展概况1.1国内外生产与消费概况碳酸钙是我国传统的化工产品之一,资源很丰富,最早生产轻质碳酸钙始于1931年[6]。目前,年产量仅次于美国,占世界第二位,已是碳酸钙生产大国,但同国外发达国家相比,还不是碳酸钙生产强国。截止到2003年底,全国轻质碳酸钙生产企业380个,年产量约350万t,其中活性碳酸钙约45万t,超细碳酸钙(粒径100-1000nm)6.5万t,超微细(纳米)碳酸钙(粒径15-100nm)12.2万t。重质碳酸钙全国生产企业260个左右,年总产量280-300万t,其中粒径600-1250目的约60万t,2500目的约25万t[2]。1.2我国碳酸钙行业发展前景分析近十年来,英国、西班牙、日本等国的碳酸钙生产商纷纷看好我国市场,在广东、江苏、安徽、浙江等省相继建起一些年产2～5万t超细碳酸钙的独资或合资企业。我国碳酸钙工业都以15%以上的发展速度递增。据专家预测,未来几年间,纳米碳酸钙在发达国家的需求量将以年均10%的速度增长,在我国将以2年均20%的速度增长,因此超细碳酸钙在我国有着广阔的发展前景。2新型碳酸钙的用途2.1纳米碳酸钙的应用在20世纪80年代发展起来一种新型超细固体材料—纳米碳酸钙,它的粒径一般在20～100nm之间[3][11]。由于纳米级碳酸钙粒子的超细化,其晶体结构和表面电子结构发生变化[9],产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应,纳米碳酸钙具有粒径细且均匀、分布窄、比表面积大、表面活性及分散性好、表面能高,用途更为广泛,如可大量应用于注塑、PVC型材、管材、汽车涂料、密封胶、粘结剂涂料、油墨、橡胶等行业[12]。2.2液体碳酸钙在造纸中的应用实例造纸工业用的碳酸钙，主要用于纸张的填料，涂布颜料，在涂布中使用可以提高成品纸的不透明度，并且可以使纸张亮度好、结构坚实、利书写、涂布均匀、摩擦度低、易排湿以及易干燥等[8]。但在纸机实际生产中，却反映液体碳酸钙留着率低，针对此情况，我们根据现有的设备研磨出了不同粒径分布的液体碳酸钙，并应用与纸机实际生产，浆钙料留着率取得了令人满意的效果。实践证明，片状方解石由于其片状、3个菱面体解理结构，使其具有高的白度和遮盖力，非常适用于高级白卡纸的填充和涂布，其矿源也相对较少，因此价格相对较高[10]。相对而言，粒状方解石，遮盖力则次之，而且更重要的是大方解的沉降速度较小方解慢，有利于纸浆的分散。但不经过处理的原粉就直接作为造纸填料，会对纸张的品质产生负面的效果，这就要求生产单位熟悉液体碳酸钙的湿法研磨工艺技术[7]。选择并控制好浆料的各项技术指标。液体碳酸钙的生产主要是靠研磨设备进行研磨，研磨生产流程工艺可根据实际生产对浆料质量要求的不同做合适的选择，现阶段相关的研磨设备主要是根据研磨机的能力和浆料的质量指标来进行合适的选择，以及相应的生产流程。3我国碳酸钙发展前景3.1中国碳酸钙资源储量大,质量优,为碳酸钙生产提供了丰富的原料资源，中国现有500余家碳酸钙生产企业,为碳酸钙的研发打下了良好技术经济基础；同时中国煤炭丰富,距石灰石等资源产地近,为碳酸钙生产提供充足能源条件。3.2我国造纸工业施胶的变更,增加了碳酸钙填加量2008年之前,国内外在3中国建设几十个大型造纸厂,每个造纸厂年用碳酸钙6-20万t不等,预计2008年造纸业年用碳酸钙可达300万t以上。3.3环境保护的需要根据国内外专家研究,在塑料制品中增加碳酸钙的填加量可提高降解速度,当塑料制品中填加量超过一定比例时,降解速度由200年缩短到30年左右,因此碳酸钙被列为塑料制品的绿色环境友好材料,这一研究成果的实现将极大促进碳酸钙工业的发展。4我国碳酸钙未来发展趋势4.1开发新型活性钙产品[4]研究开发新型活性剂,具有性能优、价格廉、原料广,是提升碳酸钙产品档次的关键步骤之一,中国碳酸钙质量水平在某种意义上讲差距主要在改性剂品种上、专用程度上与国外有差距,故功能化碳酸钙品种不足,普通产品多,价格低,应用受到限制,是国内所需特殊碳酸钙从国外高价进口的重要原因所在。4.2提高碳酸钙白度[5]碳酸钙作为白色填料,用于造纸、塑料、橡胶、涂料、日化、陶瓷、玻璃等行业的数量越来越大,而随着人们生活水平的提高,白色制品需求量越来越大,白度要求也越来越高。为了提高碳酸钙白度,满足市场需求,首先要加强管理、提高装备水平;选择优质原料石灰石,严格控制煅烧工艺条件；尽量达到密闭操作,消除外界污染,从生产过程控制碳酸钙产品不被污染,增加白度。4.3推进碳酸钙产品精细化、功能化及系列化前已述及,由于碳酸钙产品的粒径大小对产品价格的高低有着很大的影响,产品的粒径越小,产品的价格越高,所获得的经济效益明显高于一般产品。因此对原材料进行超细粉碎后会大大提高产品的附加值,给企业带来良好的经济效益。碳酸钙产品的应用,在一些领域需超细粒径碳酸钙。例如造纸涂布、硅溶胶粘接剂、油墨、日化用品等均需纳米级碳酸钙。故碳酸钙超细化是未来碳酸钙发展方向的主要方向。因此,提高精细化率,达到精细化、功能化、产品系列化,应该是碳酸钙发展的重要途径。4.4构筑高效产业链追踪国内外碳酸钙的研发进展,碳酸钙作为化工制品中的填充料,起到填充4补强、营养、消光等作用,作为使产品改良性能,降低成本,升级换代的一种化工原料,其用量之大,用途之广在无机盐行业屈指可数。为充分发挥本地资源优势,必须考虑合理地构筑一条可持续增长的碳酸钙深加工高新技术产业链,运用碳酸钙帮助相关企业扩大产品种类,增大产量,增大规模；改性一批传统产品,提高市场竞争能力；新建一些生产中需要使用大量碳酸钙的企业,从而提高碳酸钙产品的附加值。5.总结综上所述，碳酸钙是塑料、造纸、橡胶、涂料、饲料、电线、电缆、油漆、陶瓷、胶粘剂、日用化工填料和原料,这些工业发展必然带动碳酸钙工业的发展。我国碳酸钙资源储量大,质量优,为碳酸钙生产提供了丰富的原料资源，中国现现有多家碳酸钙生产企业,为碳酸钙的研发打下了良好技术经济基础；同时中国煤炭丰富,距石灰石等资源产地近,为碳酸钙生产提供充足能源条件。但目前开发利用还比较落后，应加大对各种碳酸钙性质、结构和功能的研究，对于已有的各项应用性强的研究成果，应该大力推广其在实际中的应用。参考文献[1]张征,杨海涛,沈上赵.轻质碳酸钙与重质碳酸钙比较[J].非金属矿,2001,(增刊):27-28.[2]胡庆福,胡晓湘,宋丽英.中国碳酸钙工业生产现状及其发展对策[J].中国非金属矿工业导刊,2004,42(4):3-7.[3]刘祝增.中国碳酸钙工业现状与发展[J].中国粉体技术,2005(5):44-45[4]胡庆福,王金阁,赵凤清.活性碳酸钙生产应用技术[J].化学建材,1997(4):183-184[5]胡庆福,刘宝树,胡晓波.轻质碳酸钙增白研究[J].非金属矿,2002,25(6):11-12.[6]Kang-SeokS，HanC，Jung-HoW，etal.Synthesisofcalciumcarbonateinapureethanolandaqueousethanolsolutionasthesolvent［J］.JournalofCrystalGrowth，2005，276（3／4）：680–687.[7]KatoT，SugawaraA，HosodaN.Calciumcarbonate-organichybridmaterials［J］.Advancematerials，2002，14（12）：869-877.5[8]GoncharukVV，BagriiVA，ChebotarevaRD，etal.Crystallizationofcalciumcarbonateinmagneticwaterinthepresenceofparamagneticsubstances［J］.RussianJournalofAppliedChemistry，2008，81（12）：2108–2111.[9]ChinnakondaS，Gopinath，SooryakantG，etal.PhotoemissionstudiesofpolymorphicCaCO3materials［J］.MaterialsResearchBulletin，2002，37（7）：1323-1332.[10]陈华雄，宋永才.文石型碳酸钙晶须的制备研究［J］.材料科学与工程学报，2004，22（2）：197-200.[11]马祥梅，王斌.碳化法制备纳米碳酸钙的研究［J］.新型建筑材料，2007，34（6）：51-53.[12]王斌，马祥梅.复分解法制备纳米碳酸钙的研究［J］.新技术新工艺，2007，15（4）：64-67.