導(dǎo)讀] 重質(zhì)碳酸鈣作為目前應(yīng)用最廣、用量最大的無機(jī)非金屬礦物粉體，其發(fā)展面臨三大選擇。
2018年4月21日，市場(chǎng)調(diào)查研究機(jī)構(gòu)Technavio發(fā)布了《北美碳酸鈣市場(chǎng)概況與預(yù)測(cè)》報(bào)告。報(bào)告顯示，在2018—2022年，北美碳酸鈣市場(chǎng)分額將以5%的年復(fù)合增長(zhǎng)率攀升，并且碳酸鈣替代高嶺土用于造紙行業(yè)將成為市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。除此之外，碳酸鈣作為工業(yè)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(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。此外，根據(jù)Roskill（英國(guó)羅斯基爾信息服務(wù)有限公司）有關(guān)報(bào)道，全球碳酸鈣總需求量一半以上被亞洲消耗，其中中國(guó)超過20%。重質(zhì)碳酸鈣作為目前應(yīng)用最廣、用量最大的無機(jī)非金屬礦物粉體，其發(fā)展面臨三大選擇。
一、干濕法工藝的選擇
重質(zhì)碳酸鈣又稱作研磨鈣，是用機(jī)械方法粉碎、研磨天然方解石、石灰石等重鈣原料，使其達(dá)到一定細(xì)度的粉體產(chǎn)品，在國(guó)際上通常稱之為微細(xì)研磨碳酸鈣。目前重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法分為兩種——干法和濕法。
干法主要應(yīng)用于初級(jí)研磨，適用于對(duì)顆粒粒徑分布要求不高的顆粒生產(chǎn)。濕法是以粗碎的產(chǎn)品為原料，加溶劑及相關(guān)的助劑進(jìn)行再研磨，并可除去礦石里的雜質(zhì)，細(xì)度和純度都得到提高的研磨法。
表1 重鈣干濕法工藝優(yōu)缺點(diǎn)
從實(shí)踐來看，1500目以下的產(chǎn)品，一般以干法生產(chǎn)為主；1500～2500目產(chǎn)品可以采用干法工藝，也可以采用濕法工藝生產(chǎn)，應(yīng)用中需有針對(duì)性的合理搭配兩種工藝產(chǎn)品配比；2500～6500目產(chǎn)品，通常以濕法生產(chǎn)為宜。
二、加工裝備的選擇
對(duì)于干濕兩種方法在工業(yè)生產(chǎn)中已有相對(duì)應(yīng)的、成熟的生產(chǎn)設(shè)備。
干法工藝設(shè)備
對(duì)于初粉碎的干法生產(chǎn)，相應(yīng)的加工設(shè)備種類繁多，有：雷蒙磨、氣流粉碎機(jī)、干式攪拌磨、沖擊式粉碎機(jī)、立式輥輪磨、振動(dòng)磨和球磨機(jī)等。這些設(shè)備再配上成熟的研磨工藝和分級(jí)機(jī)配合，組成了超細(xì)加工系統(tǒng)，即可生產(chǎn)較高質(zhì)量的超細(xì)重鈣粉。
如今，重鈣朝著功能化、規(guī)模化、超細(xì)化的方向發(fā)展，而適用于規(guī)?；a(chǎn)重鈣的設(shè)備主要有雷蒙磨、干式攪拌磨和立式輥輪磨機(jī)。
雷蒙磨的應(yīng)用最廣泛，它屬于生產(chǎn)400目以下的重鈣產(chǎn)品的設(shè)備。投資小、生產(chǎn)效率高。但是它生產(chǎn)的重鈣顆粒較粗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的細(xì)度。
干式攪拌磨，在干法生產(chǎn)碳酸鈣中其研磨效率較高和研磨顆粒細(xì)，如果其研磨得到的物料經(jīng)過分級(jí)后，可生產(chǎn)粒度1250目以上的超細(xì)粉體產(chǎn)品。不過其缺點(diǎn)是單機(jī)生產(chǎn)能力較小，大規(guī)模生產(chǎn)投資大。
立式輥輪磨機(jī)（簡(jiǎn)稱立式磨）屬于碾壓粉碎，它在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)粉量偏少。它的優(yōu)點(diǎn)是采用液壓方式進(jìn)行施壓于磨輥，產(chǎn)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(chǎn)1000目以下的產(chǎn)品，生產(chǎn)中對(duì)立式磨進(jìn)行了改進(jìn)，可直接生產(chǎn)600目一250目產(chǎn)品。它如干式攪拌磨一樣，產(chǎn)品經(jīng)過分級(jí)后，加入立式輥輪磨機(jī)再次研磨可以生產(chǎn)1250目以上的產(chǎn)品。
常見干法工藝裝備系統(tǒng)有：
（1）球磨-分級(jí)機(jī)多種規(guī)格產(chǎn)品粉磨系統(tǒng)；
（2）雷蒙磨混合振動(dòng)磨-分級(jí)機(jī)組合粉磨系統(tǒng)；
（3）氣流磨-分級(jí)機(jī)組合系統(tǒng)；
（4）立式攪拌磨-分級(jí)機(jī)組合粉磨系統(tǒng)。
球磨機(jī) + 分級(jí)機(jī)生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn) d97=5～43mm的重質(zhì)碳酸鈣細(xì)粉和超細(xì)粉，特點(diǎn)是連續(xù)閉路生產(chǎn)、多段分級(jí)、循環(huán)負(fù)荷大（ 300%～500% ）、單機(jī)生產(chǎn)能力較大。隨著立式磨干法粉磨與精細(xì)分級(jí)技術(shù)在重鈣行業(yè)得到推廣應(yīng)用，近年來立式磨+二次分級(jí)工藝技術(shù)成為重鈣加工企業(yè)的首選技術(shù)，工藝流程如圖1所示。其既滿足了重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、精細(xì)化加工的要求，又符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求，該工藝技術(shù)將有助于深化重鈣產(chǎn)業(yè)裝備技術(shù)升級(jí)。
圖1 立式磨+二次分級(jí)工藝流程圖
濕法工藝設(shè)備
濕法超細(xì)研磨設(shè)備大體分為三種：球磨機(jī)、攪拌磨和砂磨機(jī)。后兩種都是在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們的共同特點(diǎn)是利用研磨介質(zhì)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(zhì)研磨物料的設(shè)備。
常見濕法工藝裝備系統(tǒng)有：
（1）臥式磨串并聯(lián)組合系統(tǒng)；
（2）立式磨單機(jī)開路粉磨系統(tǒng)；
（3）立式磨多機(jī)串聯(lián)粉磨系統(tǒng)。
濕法超細(xì)研磨技術(shù)主要用于生產(chǎn) d90 ≤2 mm 及d97 ≤2 mm 的造紙涂料（漿料）級(jí)產(chǎn)品以及 d60 ≤2 mm的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣（干燥后用做塑料填料）。
超細(xì)濕法攪拌磨機(jī)是隨著現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的。近年來的研究表明：濕法工藝中，在微細(xì)介質(zhì)磨機(jī)中添加粉碎助劑可制備亞微米甚至納米超細(xì)粉體。
砂磨機(jī)克服了攪拌磨機(jī)存在的研磨介質(zhì)分布不均勻的缺點(diǎn)，使研磨介質(zhì)與物料充分的接觸，減小了研磨介質(zhì)之間的摩擦，降低了磨損，提高了研磨效率。研磨粒度可達(dá)到10nm。
表2 重鈣常見加工裝備簡(jiǎn)析及其創(chuàng)新點(diǎn)
近年來，國(guó)內(nèi)科研院所及生產(chǎn)企業(yè)在探索重鈣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展時(shí)，目光開始轉(zhuǎn)向高效、節(jié)能的立式磨以及二次或三次分級(jí)與多級(jí)濕法磨機(jī)組合集成工藝，該工藝不僅是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、產(chǎn)品功能化生產(chǎn)的有效途徑，也是未來重鈣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、深層次發(fā)展的創(chuàng)新型工藝，可為培育具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重鈣產(chǎn)業(yè)企業(yè)集團(tuán)奠定產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。
圖2 干濕法集成工藝及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三、重鈣產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的選擇
產(chǎn)品需求是裝備及其工藝選擇的根本所在。學(xué)者對(duì)2010—2014年重鈣產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了調(diào)研（表3），發(fā)現(xiàn)中高端功能化、個(gè)性化專用產(chǎn)品短缺，造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)問題凸顯。
表3 重鈣產(chǎn)品分析
新常態(tài)下，下游應(yīng)用行業(yè)對(duì)重鈣粉體產(chǎn)品功能性提出了更多個(gè)性化要求。重鈣的附加值提升，關(guān)鍵是它的深加工產(chǎn)品——精細(xì)、高純、表面改性等個(gè)性化產(chǎn)品。
表面改性是重質(zhì)碳酸鈣和超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣最主要的深加工技術(shù)之一，近10a來，表面改性產(chǎn)品的需求量以每年12%以上的速度增長(zhǎng)。重質(zhì)碳酸鈣的表面改性主要采用有機(jī)包覆和復(fù)合改性方法。目前，干法改性是重質(zhì)碳酸鈣的主流工藝，除非采用濕式超細(xì)研磨工藝，一般很少采用濕法改性。
值得一提的是，精細(xì)化并不是單一的粒度超細(xì)化，再者重鈣并不是只強(qiáng)調(diào)粒度指標(biāo)的粉體材料，作為一種工業(yè)中間體，其應(yīng)用性能是最需要考慮的要素，過分追求顆粒度指標(biāo)而忽視粉體材料的應(yīng)用性能是不可取的。精細(xì)化是一種有針對(duì)性的功能性重鈣粉體生產(chǎn)過程。
小結(jié)
中國(guó)重質(zhì)碳酸鈣由最初的“雙飛粉”、“三飛粉”等少數(shù)幾種發(fā)展到包括細(xì)粉、超細(xì)粉、表面改性（活性）粉以及造紙用超細(xì)漿料產(chǎn)品等幾大類十余種不同細(xì)度和表面改性活化的專用重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。由最初74μm和d97=45μm為主的細(xì)粉發(fā)展到超細(xì)粉、超細(xì)活性粉。國(guó)產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣將與世界上發(fā)達(dá)國(guó)家差距逐漸縮小。隨著重質(zhì)碳酸鈣粉磨設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，各種新型專用重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品將會(huì)不斷出現(xiàn)，行業(yè)前景不可限量。
