重質碳酸鈣是一種以方解石、白堊、大理石等礦石為原料采用機械粉碎方法生產的碳酸鈣粉體材料,是目前應用最廣、用量最大的無機非金屬礦物粉體,其生產技術主要涉及選礦、礦石破碎、磨粉和超細粉碎或超細磨粉以及表面改性等。
1、選礦
由于方解石資源豐富,CaCO3質量分數≥97%的優質方解石資源量較為豐富。目前中國重質碳酸鈣生產中一般只進行簡單的洗礦和人工揀選。
2、破碎
礦石破碎一般采用兩段,第一段主要采用顎石破碎機,第二段采用錘式或反擊式破碎機。在原礦塊度較小和磨粉機給料粒度較粗時,也可以采用一段錘式破碎機或反擊式破碎機。
3、細磨與超細磨
目前,d97≥5mm的重質碳酸鈣主要采用干法生產,設備包括改進型雷蒙磨(懸輥磨或擺式磨粉機)、輥磨機(包括壓輥磨/立磨、環輥磨等)以及球磨機等。
d97≥5mm的超細重質碳酸鈣一般采用干法生產工藝,部分采用濕法研磨+干燥工藝。干法生產主要采用筒式球磨+分級機、輥磨機(包括帶內分級的環輥磨、立磨/壓輥磨)、干法攪拌磨+分級機等。
d97≤5mm,尤其是d90≤2mm的造紙涂料級超細重質碳酸鈣漿料一般采用濕法生產,主要設備為攪拌磨與砂磨機。
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細粉,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。該生產線自20個世紀90年代中后期開始采用,是當今世界大型超細重質碳酸鈣生產線的主要生產技術之一。
環輥磨是近十年在中國重質碳酸鈣領域應用最廣的一種細磨與超細磨設備,特點是粉碎比大,單位產品能耗較低。內設或外置精細分級機可生產d97≤10mm的超細產品,產品細度可以在d97=5~40mm之間調節;最合適的產品粒度范圍為d97=10~30mm。
輥壓磨(立式輥壓磨/滾輪磨)是重質碳酸鈣細磨和超細磨的主要大型設備之一。其特點是粉碎比大,最合適的產品粒度范圍為d97=15~45mm,外置精細分級機后可生產d97≤10mm的超細產品;產品粒形較好,吸油值較低,特別適合生產不飽和聚酯基復合材料(人造石)用重質碳酸鈣填料,而且單位產品能耗和磨耗較低。
濕法超細研磨技術主要用于生產d90≤2mm及d97≤2mm的造紙涂料(漿料)級產品以及d60≤2mm的超細重質碳酸鈣(干燥后用做塑料填料)。一般采用一段或二段連續超細研磨工藝流程。主要由濕式攪拌研磨機或砂磨機及相應的儲罐和泵組成。
4、表面改性
表面改性是重質碳酸鈣和超細重質碳酸鈣最主要的深加工技術之一,近十年來,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。有機包覆改性是以有機物,如硬脂酸及其鹽、鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、水溶性高分子等為表面包覆/改性劑,對重質碳酸鈣粉體進行包覆使之改性的方法。
目前,干法改性是重質碳酸鈣的主流工藝,除非采用濕式超細研磨工藝,一般很少采用濕法改性。干法改性工藝是粉體在干的狀態下或干燥后在表面改性設備中進行分散,同時加入配置好的表面改性劑,在一定溫度下進行表面改性的工藝,連續粉體表面改性機已成為重質碳酸鈣干法表面改性的主流設備。
復合改性是采用物理或化學方法在重質碳酸鈣或超細重質碳酸鈣粉體中均勻混合或在顆粒表面包覆另一種無機粉體的表面改性方法,如在重質碳酸鈣中復合氫氧化鎂或氫氧化鋁,這種改性重質碳酸鈣粉體用于電纜填料,除了原有的功能外,還具有阻燃功能。
也有部分重質碳酸鈣的表面改性與細磨或超細磨同步進行,即在細磨和超細磨過程中添加表面改性劑,在同一設備中同時完成重質碳酸鈣的細磨/超細磨和表面改性。例如,用于不飽和聚酯基復合材料(人造石)的重質碳酸鈣填料的表面改性就是在立式輥磨機細磨過程中完成的。