轻质碳酸钙生产

专用纳米碳酸钙
橡塑专用钙 树脂油墨专用钙 ≥90 ≥85 ≤1.5 细度≤15μm 9.0~10.5
沉降体积或粒径
盐酸不溶物/% Fe含量/% Mn含量/%
2.4~2.8ml/g
≤0.1 ≤0.05 ≤0.005
≤0.1 ≤0.05 ≤0.005
2.4~2.8ml/g
≤0.01 ≤0.01 ≤0.001
50~100nm
≤0.01 ≤0.01 ≤0.001
30~70nm
≤0.01 ≤0.01 ≤0.001
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二、纳米碳酸钙生产原理
⑴石灰烧制：
CaCO3 CaO CO2 Q

⑵消化反应：CaO+H2O
→ Ca(OH)2 + Q2
⑶碳化反应：Ca(OH)2
⑷过碳化反应：
5
6
碳化温度
浆液浓度
无需控制
几乎不控制
适当控制
适当控制
严格控制
严格控制
7
8 9 10
CO2浓度
活性剂 干燥温度 解聚分级
几乎不控制
无 600~700℃ 无
适当控制
必须 300℃ 必须
严格控制
必须 120~150℃ 必须
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4.纳米钙与普通轻钙的性能比较
项目
一次粒径 晶形 CaCO3含量 表面改性与否 分散性 吸油值 流动性
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6.普通轻钙、活性轻钙、专用纳米钙 的主要质量控制指标比较
项目 普通轻钙 活性轻钙
干法活化 CaCO3含量/% 白度/% 水分% 125μm筛余物/% pH值 ≥98 ≥93 ≤0.4 ≤0.001 9.0~10.5 ≥92 ≤0.35 ≤0.002 9.0~10.0 ≥96 ≥95 ≤0.5 ≤0.001 9.0~10.5 ≥95 ≤0.5 ≤0.005 9.0~10.5 湿法活化
纳米碳酸钙生产技术
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内容提要 1 2 3 4
纳米碳酸钙生产概述 纳米碳酸钙生产原理
纳米碳酸钙生产工艺流程 纳米碳酸钙生产关键技术
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一、纳米碳酸钙生产概述

碳酸钙是用量最大、用途最广的新型无机填料。轻质碳酸钙亦称 沉淀碳酸钙（Precipitated Calcium Carbonate, 简称PCC）由于原料 广、价格低、无毒性、白度高，广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂 料、油漆、电线、电缆、油墨、电焊条、有机合成、医药、食品、 日化、饲料等行业的填料和添加剂。 用途不同对CaCO3的粒径、晶形、表面改性等有不同的要求。因 而CaCO3已成为一种系列化的产品，如日本白氏公司生产的“白 燕华”系列就有好几十种品种。不同品种应用范围不同，性能相 差很大，价格也十分悬殊。 近年来，由于CaCO3产品粒子的超细化，晶体形状的多样化以及 表面改性技术的发展，提高了CaCO3产品的应用价值，拓展了 CaCO3产品的应用领域。
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①过小块度的石灰石将造成过烧，且易使通风不畅，浪费多。
②大块度的石灰石可能造成轻烧，
③过大块度的石灰石甚至可能造成外表过烧而里面生烧的情况，使 石灰的质量不均匀。
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2.石灰石煅烧速度与温度关系
例如：1100℃时，则每小时可烧透石灰石16mm。
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3.石灰石煅烧与风量的关系
造纸 造纸
食品、饮料、药品中 的钙源添加剂
无定型体 低温复分解反应 、CaO—
CH3OH—CO2体系
600m2/cm3，溶解性好 化学工业出版社
100k×
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4.碳酸钙粒度划分、尺寸范围及检测手段
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5.碳酸钙的主要技术指标
⑴沉降体积初步表示碳酸钙粒度的大小
⑵吸油值大小判断产品结构 ⑶用亲水性和疏水性判断是否活化 ⑷用比表面积、电镜照片判断是否微细 ⑸采用白度仪测定白度
二者在应用方面的差别主要表现为所起的宏观作
用不同，普通轻钙只能起填充剂作用，而纳米碳 酸钙除了起填充剂作用外，补强作用、改性作用 才是其真正价值的体现。
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四、纳米碳酸钙生产关键技术
1.生石灰生产关键技术
2.石灰消化关键技术 3.精浆陈化与晶形导向关键技术 4.碳化与增浓过程关键技术 5.脱水与干燥过程关键技术 6.表面改性过程关键技术
平均粒径10~100nm， 长径比为1:5~50 40~100nm 厚度100nm、平面 10~20μm 比表面积高达 橡胶中补强性能最好 的纳米碳酸钙产品
焦磷酸钠、氯化锶、硫酸钠
六偏磷酸钠、EDTA与氯化 铝、顺丁稀二酸；AlCl3 硅酸钠、ZnCl2和 C18H29SO3Na 磷酸三丁酯和硼砂、有机膦
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提高石灰窑热效率

的措施：
⑴控制窑气出窑温度在150℃以下，控制生石灰出窑温度在80℃ 以下；
⑵窑内耐火砖需要定期更换检修，保温层要有足够的厚度，性能 处于良好状态； ⑶燃煤或焦炭的水分含量要低于3%； ⑷固体燃料的粒度要比较均匀，石灰内残碳量应低于总量的1%。 实际生产中通过对出窑石灰质量进行不间断的分析检验，来不断 优化石灰窑的各项工艺参数，不能刻意追求石灰石中碳酸钙的分 解率达100%，宁愿选择94~95%的石灰烧成率，也不愿意让石 灰过烧，这是实现节能减排和保证石灰活性的双重需要。
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5.窑气净化的工艺流程示意图
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6.自动上料石灰窑的自动控制系统
⑴石灰自控系统的组成： 自动上料石灰窑分为配料、上料、布料、出料、鼓风 机和温度检测6部分组成。 ⑵控制系统主要部件表：

石灰石煅烧过程质量好坏与风量的关系极大。风量过大，多余的 空气将带走一些热量，造成窑气浓度下降、煤耗增加； 反之，风量过小时，氧气不足，造成燃烧不充分，产生CO，放 热少，不仅出灰率下降、浪费燃料，还容易造成石灰轻烧。 石灰石煅烧时，窑内一般采用机械强制通风。 ⑴焦炭燃烧时需要的风量计算 标准焦炭发热值为29300kJ/kg，则
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新型花瓶式 机械化石灰立窑简图
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⑵正确处理石灰石的块度与煅烧时间、煅烧 温度的关系

什么叫轻烧石灰和过烧石灰？各有何特点？
轻烧石灰的特点：具有白度高、活性好、易消化、消化后的氢 氧化钙悬浮液粒子小、生产出来的PCC或纳米碳酸钙的沉降体积 值高等特点。

过烧石灰的特点：其结晶单元将逐渐按规则排列整齐，其体积比 轻烧石灰的体积最多可缩小43%，且表面发黑，具有硬度大、密 度大、活性差、消化速度慢、消化后氢氧化钙粒子粗、其产品 PCC或纳米碳酸钙的沉降体积值小等。因此，过烧石灰不仅浪费 燃料、降低了石灰窑产量，而且过烧石灰本身质量变差，将严重 影响纳米碳酸钙产品质量。



⑷ 普通轻钙生产中，工艺用水可以全部实现循环利用，而单纯 的纳米钙工艺用水是不能循环使用的，其过滤清液往往必须排放， 容易造成污染。
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3.普通轻钙、活性轻钙和活性纳米钙 的工艺条件比较
序号 1 2 3 4 工艺条件 石灰性能 工艺用水 工艺水温度 晶形导向剂 普通轻钙 轻烧、中烧、过烧 清水、循环滤液 常温 无 活性轻钙 轻烧、中烧、过烧 清水、循环滤液 常温或稍热 无 纳米活性钙 轻烧 清江水或软水 50~70℃ 一般需要
焦炭 184.1kg
空气量 1274Nm3
总抽气量 1674 Nm3
窑气中 CO2总量 643.2 Nm3
干窑气中 CO2浓度 38.4%
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4.石灰窑的热效率与燃料配比
影响石灰窑热效率的固有因素主要有：石灰
窑的高径比、耐火砖砌层的厚度、保温层厚 度、保温材料的选择，以及布料器、卸灰器 等附件设备有关。操作过程工艺参数的调节 。 煅烧1000kg的石灰石一般理论上需要白煤 80~85kg， 热效率为70~75%时，实际上约 为110~130kg。



C + O2 → CO2 + 23900kJ

在鼓风时常采用过量鼓风，其过剩系数为1.05~1.1，所以实际风 量约为：7.86×1.1=8.65Nm3/kg燃料。
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表 理论上石灰生产过程的物料衡算关系 （以1吨生石灰为基准）
）
项 石灰石 目 数 1841kg 值
标煤 147.3kg
普通轻钙
＞1μm 纺缍体 ＞98% 否 较差 较高 较差
纳米碳酸钙
＜0.1μm 晶形可控 ＞90% 是 分散难度大，对应用分散设备要求高 较低且可调控 较好
疏水性
作用
较差
填充剂
较好
填充剂、补强剂、活性剂等功能填充剂
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纳米钙与普通轻钙不仅表现在碳酸钙粒子大小的
的差别，还表现在是否进行表面改性、晶形是否 可控、CaCO3含量高低、分散性优劣、吸油值 高低、流动性和疏水性的优劣等；
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1.碳酸钙产品的分类


碳酸钙工业，重质碳酸钙，特点……
轻质碳酸钙，特点…… ⑴普通轻质碳酸钙：1～10μm，5m2/g左右，填充功能； ⑵微细碳酸钙：0.1～1μm，10～20m2/g，半补强效能；
⑶超细活性碳酸钙：0.01～0.1μm（ 1~100nm ），20～80m2/g， 较高的补强效能。俗称纳米级碳酸钙（简称NCC或NPCC）。
+ CO2 → CaCO3 ↓+ Q3

CaCO3 + CO2 +H2O→ Ca(HCO3)2
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三、纳米碳酸钙生产的工艺流程与工艺条件
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2.纳米碳酸钙与普通轻钙和活性轻钙的工艺比较

普通轻钙→活性轻钙→ 活性纳米钙，其工艺流程的变化规律总 的来说是越来越复杂，主要区别在于： ⑴ 设备方面，纳米钙多了制冷设备、活化设备、沉降槽、解聚 分散机等。 ⑵ 添加剂方面，纳米钙多了晶形导向剂、分散剂、活性剂。 ⑶ 对原料的要求不同，纳米钙要求生石灰品质高；工艺用水要 求较高，普通轻钙可用回收过滤清液均可。


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按专门用途、不同晶形、粒径大小分类
⑴ ⑵
⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ 专门用途 橡胶专用钙 塑料专用钙 涂料专用钙 油墨专用钙 造纸专用钙 食品专用钙 药典专用钙 生物钙 晶形分类 无规则体 纺锤体 立方体 针状体 链状体 球形体 片状体 无定型体 粒径分类 微粒钙 ＞5μm 微粉钙 1~5μm 微细钙0.1~1μm 超细钙20~100nm 超微细钙＜20nm 纳米钙1~100nm
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2.纳米碳酸钙的特性与分类

纳米碳酸钙——“后起之秀”，新型高档无机功能性填料、吨价 位在万元以内的纳米材料、万吨级规模的纳米产业、应用最广泛 的纳米产品。 在增韧性、补强性、透明性、触变性、流平性和消毒杀菌等应用 方面的性能，大大拓宽了纳米碳酸钙的应用领域，极大地改善和 提高了相关行业的产品性能和质量。 填充剂、添加剂、补强剂、改性剂及增白剂，以节约母料、增容 增量、降低成本、改善制品品质、增强制品功能，增加制品附加 值等。
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碳酸钙的吸油量与其颗粒间的空隙、表面性能、比表面积有关。

颗粒大、粒度分布均匀、表面光洁的产品，比表面积小，吸油值低； 反之，则吸油值高；


活性钙吸油值远小于普通碳酸钙。
⑴应用于塑料、涂料、油墨的纳米碳酸钙的吸油值应尽可能小。其吸 油值过大，就会增加产品黏度。因此，必须进行改性处理。 ⑵ 应用于橡胶、造纸领域的纳米碳酸钙的吸油值应在确保分散性能的 前提下尽可能大，因为吸油值大则意味着碳酸钙填料与橡胶、纸张基 质之间的附着力增大，从而发挥其补强增韧特性。 ⑶作为纳米碳酸钙产品，首先考虑的是其粒径大小，其次是分散性能 如何，再考虑如何降低其吸油值，只有这样才有实际意义。假如其分 散性不好，二次粒子团聚很历害，其比表面积会很小，这时，即使其 吸油值很低，在应用时也没有什么实际意义。
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1.生石灰生产关键技术
⑴石灰窑的选择
⑵正确处理石灰石的块度与煅烧时间、煅烧
温度的关系； ⑶石灰石煅烧速度与温度关系； ⑷石灰石煅烧过程中燃料块度与石灰质量的 关系； ⑸石灰石煅烧与风量的关系等
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⑴石灰窑的选择
直筒机械化 石灰立窑简图
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锥形机械化 石灰立窑简图
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3.不同晶形碳酸钙的特点
晶形导向剂 晶体特征
小纺锤，长径比3～4 100~1000nm，
应用领域
造纸，橡胶、塑料、
涂料、胶粘剂等
纺锤体
H2O2
立方体 针状体
链状体 球形体 片状体
硫酸盐、多聚磷酸钠等
5~100nm，粒度均匀、 塑料、油墨、高档涂 分散性好、吸油值较低 料、纸张、PET薄 膜 、硅橡胶制品 晶须状，长径比＞10的 橡胶填充剂 等 单晶纤维材料