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中國納米級碳酸鈣的研發(fā)始于20世紀(jì)80年代，現(xiàn)在已有30余家生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)方法近10余種。中國納米級碳酸鈣產(chǎn)量增加較快，20世紀(jì)末年產(chǎn)量不足10萬t，2005年達(dá)到25萬t以上，2009年達(dá)到75萬t。但是，中國納米級碳酸鈣企業(yè)仍存在生產(chǎn)規(guī)模小、工藝與設(shè)備較落后、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、品種單一、經(jīng)濟效益差等不足。
1、中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)現(xiàn)狀
?。?）納米級碳酸鈣生產(chǎn)方法、主要性能及消耗指標(biāo)
納米級碳酸鈣生產(chǎn)方法有多種，按碳化方法劃分，中國已建立工業(yè)裝置的（按建立時間的先后）有：低溫間歇鼓泡式、常溫連續(xù)噴霧式、低溫間歇攪拌式、低溫間歇超重力式、低溫間歇高剪切式、低溫膜分散微結(jié)構(gòu)式、仿生礦化原位合成式等。
按碳化溫度劃分有冷凍法（低溫）與非冷凍法（常溫或高于常溫），前者稱為低溫低濃碳化工藝，一般碳化溫度低于25℃，石灰乳中Ca（OH）2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于6%；后者稱為高溫高濃碳化工藝，一般碳化溫度不控制，可在30~75℃，石灰乳中Ca（OH）2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%~12%，產(chǎn)品晶型與粒度通過不同模板劑進(jìn)行控制。
中國生產(chǎn)納米級碳酸鈣大多采用低溫低濃間歇鼓泡式碳化法、常溫連續(xù)噴霧碳化法和高溫高濃非冷凍法等。各種不同碳化法生產(chǎn)納米級碳酸鈣主要性能對照見下表。
表1 不同碳化法生產(chǎn)納米級碳酸鈣主要性能對照
納米級碳酸鈣由于生產(chǎn)工藝不同、裝置各異，因此消耗指標(biāo)不同。根據(jù)中國無機鹽工業(yè)協(xié)會鈣鎂鹽分會統(tǒng)計，中國納米級碳酸鈣原料及動力消耗見下表。建議納米級碳酸鈣生產(chǎn)廠家原料及動力消耗參照此表。
表2 中國納米級碳酸鈣原料及動力消耗（以1t產(chǎn)品計）
（2）納米級碳酸鈣生產(chǎn)優(yōu)勢與差距
中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)優(yōu)勢：
物質(zhì)基礎(chǔ)雄厚。中國石灰石儲量豐富，分布面廣，質(zhì)量優(yōu)；煤炭資源較豐富，與優(yōu)質(zhì)石灰石產(chǎn)區(qū)近。
生產(chǎn)經(jīng)驗豐富、產(chǎn)量大且應(yīng)用面廣。中國生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣約有80a歷史，納米級碳酸鈣開發(fā)與生產(chǎn)也有30余年，從超細(xì)碳酸鈣到納米級碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)有30余家，實現(xiàn)工業(yè)化并建立千噸以上規(guī)模的生產(chǎn)方法有6~7種，處于研發(fā)及中試的方法有6~7種。納米級碳酸鈣應(yīng)用領(lǐng)域從油墨、橡膠行業(yè)擴展到塑料、造紙、涂料、汽車制造、黏合劑和密封材料、氣溶膠等各個行業(yè)。
研發(fā)人力、物力投入較大，而且研發(fā)面廣、成果多。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國從事納米級碳酸鈣研發(fā)的科研院所、大專院校有30余家，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝與方法達(dá)10余種，申請專利98項，已建立工業(yè)裝置的有5~6項，2005年以來在中國各刊物上發(fā)表的論文有340余篇。同時培養(yǎng)了大量人才，為發(fā)展納米級碳酸鈣培養(yǎng)了雄厚的人力資源。
國產(chǎn)設(shè)備的成功應(yīng)用為發(fā)展高效節(jié)能設(shè)備打下良好基礎(chǔ)。從中國納米級碳酸鈣生產(chǎn)歷史來看，有的是引進(jìn)日本、意大利技術(shù)和設(shè)備，有的是借鑒國外技術(shù)和設(shè)備開發(fā)出國產(chǎn)工藝和設(shè)備，如：國產(chǎn)全機械化自控立窯，槽式化灰機，新型碳化塔，超重力碳化設(shè)備，高剪切碳化塔，膜分散微結(jié)構(gòu)碳化塔，全自動、快開、隔膜壓濾機，帶式過濾機，帶式干燥機，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機，全自動包裝機，打散機，分級機等，這些設(shè)備的成功應(yīng)用為發(fā)展納米級碳酸鈣提供高效節(jié)能設(shè)備打下良好基礎(chǔ)。
中國納米級碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)差距：
企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重；
某些企業(yè)采用作坊式生產(chǎn)，工藝落后，設(shè)備陳舊，大型化、高效設(shè)備發(fā)展滯后；
產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，品種單一，普通產(chǎn)品多，專用產(chǎn)品少，精細(xì)化率低；
資源、能源等消耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重，清潔生產(chǎn)水平低；
管理水平低，全行業(yè)經(jīng)濟效益差，缺乏發(fā)展后勁；
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)落后，納米碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)可操作性差，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高及精細(xì)化率。
2、中國納米級碳酸鈣工業(yè)發(fā)展建議
?。?）走功能化之路
目前，納米級碳酸鈣在中國已實現(xiàn)工業(yè)化，產(chǎn)量不斷增加，高檔產(chǎn)品不斷投放市場，滿足了國內(nèi)外兩大市場需求。但是功能性產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求，因此中國納米級碳酸鈣要發(fā)展必須走功能化之路。而走功能化之路必須保證產(chǎn)品晶型完整、粒徑為納米級且分布窄，經(jīng)過表面處理達(dá)到納米級碳酸鈣基本要求。
?。?）選用節(jié)能碳化工藝及設(shè)備
目前國內(nèi)外采用最多的工藝及設(shè)備是低溫低濃間歇鼓泡式碳化法或攪拌式碳化法，中國還有常溫低濃噴霧連續(xù)碳化法、低溫低濃間歇式超重力碳化法。上述方法存在如下問題：
在低溫下反應(yīng)，能耗較高，3種方法都需要冷凍機將進(jìn)料石灰乳冷卻到25℃以下。
要求進(jìn)口石灰乳的濃度低，一般Ca（OH）2質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤6%，因此設(shè)備的生產(chǎn)強度較低。
間歇攪拌釜法的強力攪拌使得能耗較大；超重力碳化機為高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，一臺3000t/a的超重力設(shè)備需要電機功率為75kW。
不易于大型化，攪拌釜的大型化受到攪拌設(shè)備的限制；超重力的單機生產(chǎn)能力目前為3000t/a，如果繼續(xù)增加生產(chǎn)能力，隨著設(shè)備尺寸的增加，電機容量將很大。不能與普通輕質(zhì)碳酸鈣廠的碳化塔通用，現(xiàn)有碳酸鈣企業(yè)改造的投資過大。建議在滿足工業(yè)產(chǎn)品需要的前提下選用非冷凍法碳化工藝及設(shè)備。
高溫高濃碳化工藝及設(shè)備特點：
高溫（35~75℃）碳化反應(yīng)；
精漿液氫氧化鈣高濃度碳化（氫氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~12%），提高了碳化設(shè)備的生產(chǎn)強度；
制備的針狀（晶須）納米碳酸鈣粒度分布窄，粒徑小，比表面積大，孔容大；
工藝適應(yīng)性強，操作彈性大，碳化設(shè)備采用生產(chǎn)輕鈣的碳化塔進(jìn)行改造即可滿足生產(chǎn)要求；
設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，不設(shè)冷凍裝置，節(jié)省投資，生產(chǎn)成本低，適應(yīng)性廣，經(jīng)濟效益顯著。該技術(shù)在井陘縣高塔、低塔，江西某廠高塔，山西攪拌式、超重力式碳化塔在線試驗結(jié)果均達(dá)到理想結(jié)果。
?。?）擬建納米級碳酸鈣項目應(yīng)注意的問題
擬建納米級碳酸鈣項目應(yīng)具備如下條件：
具有多年從事碳酸鈣生產(chǎn)和管理經(jīng)驗的工程技術(shù)和高級管理人員；
具有對納米級碳酸鈣應(yīng)用領(lǐng)域熟悉，并具有開拓市場能力的人員；
具有一定的經(jīng)濟實力；具有原輔材料等優(yōu)勢。
納米級碳酸鈣擬建規(guī)模必須根據(jù)市場需求而定。另外，某種碳化新方法、新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)成功，不等于馬上就可建立10萬t/a，40萬t/a等規(guī)模的納米級碳酸鈣裝置。新設(shè)備、新工藝應(yīng)經(jīng)中試、工業(yè)化生產(chǎn)裝置逐步放大及較長期連續(xù)運轉(zhuǎn)后，才可擴大到1萬t/a乃至10萬t/a以上的規(guī)模。工業(yè)放大受許多條件制約，首先是設(shè)備制造，新設(shè)備上市要經(jīng)過多次改進(jìn)、完善才能逐步達(dá)到成熟。
有輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)基礎(chǔ)者可建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的納米級碳酸鈣項目。輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)基礎(chǔ)較好的企業(yè)，可適當(dāng)建設(shè)0.5萬t/a或1萬t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線，以輕質(zhì)碳酸鈣養(yǎng)納米級碳酸鈣。建設(shè)1萬t/a以上規(guī)模納米級碳酸鈣生產(chǎn)線應(yīng)有足夠的資金和專業(yè)人才，因為納米級碳酸鈣建成前1~3a是只有投入而無產(chǎn)出的市場開發(fā)過程。
另外，擬建納米級碳酸鈣項目要做好經(jīng)濟核算，不要求大求詳。例如：某生產(chǎn)方法建設(shè)了0.3萬t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線投資了3000萬元，引進(jìn)0.5萬t/a納米級碳酸鈣生產(chǎn)線投資了2.2億元，因銷售達(dá)不到滿負(fù)荷，造成成本高而虧本。
納米級碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立較完善的分析檢測裝置。納米級碳酸鈣產(chǎn)品不僅要求顆粒在三維空間上必須有一維空間達(dá)到納米級（≤100nm），而且在晶型、比表面積、黏度、宏觀粒度分布等物理性能上的指標(biāo)也相當(dāng)重要。一個生產(chǎn)企業(yè)如果沒有檢測上述指標(biāo)的儀器設(shè)備，生產(chǎn)中不知產(chǎn)品優(yōu)劣，就不能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，生產(chǎn)調(diào)節(jié)也無法進(jìn)行。
3、納米碳酸鈣市場前景及發(fā)展趨勢
納米級碳酸鈣在中國已實現(xiàn)工業(yè)化，不同碳化方法應(yīng)運而生，規(guī)模不斷增大，產(chǎn)量不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，由橡膠、油墨等行業(yè)向塑料、涂料、膠黏劑、造紙等行業(yè)迅速擴展，需求量以每年20%的速度遞增，高檔產(chǎn)品不斷投放市場，滿足了國內(nèi)外兩大市場日益增長的需求。
據(jù)美國市場研究公司GrandViewResearch發(fā)布《納米碳酸鈣市場分析及2016-2024年前景預(yù)測報告》顯示：2015年全球納米碳酸鈣需求量約為1900萬噸，其中塑料領(lǐng)域納米碳酸鈣用量占市場總量的20%以上。到2024年，全球納米碳酸鈣需求量將超過4000萬噸，其中塑料將成為增長最快的應(yīng)用領(lǐng)域。
但是，功能性納米級碳酸鈣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求，不同用戶對產(chǎn)品要求不同，不僅看粒子大小，更要看產(chǎn)品性能、品質(zhì)，目前不僅有各種粒子大小的碳酸鈣，更有各種功能的碳酸鈣，品種達(dá)50~60種。例如油墨專用OT鈣，至今還占據(jù)中國高端油墨市場，這一點值得深思。從事納米級材料的研究者和生產(chǎn)企業(yè)均應(yīng)在納米級無機粉體材料的應(yīng)用性能上下功夫，開發(fā)出功能性、專用納米級無機功能材料。