利用超细粉碎过程的机械力化学作用也可对碳酸钙粉体进行表面改性 。碳酸钙在超细粉碎过程中 , 由于机械力的作用 , 一方面粒度变细;与此同时 , 一部分机械能积聚在颗粒内部 , 引起表面结构和性质的变化 , 使碳酸钙表面与表面改性剂的作用增强 。因此 , 在超细粉碎过程中添加表面改性剂和助剂可在超细粉碎过程中同时完成碳酸钙的表面化学包覆改性 。
2.表面改性设备
重质碳酸钙的表面改性设备可分为干法和湿法两类 。目前常用的干法表面改性设备有SLG型连续粉体表面改性机、高速加热混合机、PSC型粉体表面改性机(图1)以及涡流磨等 。其中SLG型连续粉体表面改性机、PSC型粉体表面改性机、涡流磨等是连续式粉体表面改性设备;高速加热混合机是间歇式的表面改性设备 。常用的湿法表面改性设备为可控温反应罐和反应釜 。
目前在超细碳酸钙干法连续表面改性中 , SLG型连续粉体表面改性机占主导地位 , 它是国内具有自主知识产权的连续式表面改性设备 。目前已有100 余台设备在超细碳酸钙粉体的表面改性中应用 , 年生产超细轻质和重质碳酸钙粉体约80×104t[6] 。
三、发展趋势
重质碳酸钙的主要原料是方解石、大理石、白垩、优质石灰石等 , 原料较丰富、市场价格较低;产品是应用范围较广、用量较大的非金属矿物粉体材料 。相对低廉的价格、广泛的适用性 , 决定其在无机填料和颜料市场具有良好的发展前景 。随着国内造纸、塑料、涂料、油墨、橡胶工业的快速发展 , 预计在“十一五”期间国内重质碳酸钙的年平均需求量将以每年10%左右的速度增长 , 2010年将达到850×104t左右 , 生产能力将达到900×104t左右 , 出口量将达到30×104t 。
在加工技术方面 , 提高粉碎和分级效率、降低能耗和磨耗、优化表面改性效果和降低改性成本将是主要发展趋势 。
图1 干法表面改性设备
1—给料装置;2—给药装置;3—SLG型连续粉体改性机;4—旋风集料器;5—除尘器
由于用户需求量的增加 , 为了供应质量稳定的产品 , 现有粉碎设备及其配套的精细分级设备大型化将是未来重质碳酸钙粉碎加工技术的主要发展趋势 。为了降低能耗 , 除了设备需要大型化外 , 还将改进现有粉碎和分级设备 , 提高粉碎、分级设备的效率;为了降低磨耗 , 除了优化粉碎工艺 , 还将改进与物料接触的设备的材质 。
优化表面改性效果将主要从表面改性方法、改性设备和改性剂配方三个方面着手:①根据粉体的制备工艺和表面改性剂的种类选择 , 改善碳酸钙粉体和表面改性剂在改性过程中的分散性及相互接触或作用机会的均等性的表面改性方法和工艺;②选择能使粉体和表面改性剂在改性过程中良好分散及相互接触或作用机会的均等的表面改性设备;③根据树脂基料种类和应用要求选择表面改性剂及改性助剂 。
降低表面改性成本将主要从表面改性剂、表面改性能耗、表面改性工艺几个方面着手 。表面改性剂是碳酸钙表面改性作业的主要成本构成因素之一 , 为了减少表面改性剂的用量 , 将提高表面改性剂的分散性 , 使其尽可能在碳酸钙颗粒表面单层包覆 。表面改性大多是需要加热的作业 , 要消耗电能和热能 。为了降低改性过程的能耗 , 除了简化工艺外 , 还将改进表面改性设备或装置 。改性过程中粉体物料的损失不仅增加了改性产品的生产成本 , 而且污染车间环境 。为此 , 将尽可能采用连续、密闭的表面改性设备 , 并尽量减少粉体物料的输送环节和缩短输送距离 。
四、结语
2006年国内重质碳酸钙的产量约510×104t , 较上年增长10%以上;其中1250目(d97=10μm)以上的超细重质碳酸钙约200×104t , 占总产量的40%左右 。
塑料制品是重质碳酸钙第一大消费市场 , 2006年消费量达到约200×104t;造纸行业是重质碳酸钙需求增长最快的行业之一 , 该领域2006年消费量约190×104t;2006年涂料、油墨、橡胶、牙膏等领域消费重质碳酸钙约110×104t;国内碳酸钙2006年出口量120878 t 。
2000年以来 , 国内重质碳酸钙粉碎分级技术取得了显著进步 。大型重质碳酸钙生产厂主要采用球磨与分级组合工艺和滚轮磨生产工艺 , 中小型超细重质碳酸钙生产厂主要采用辊磨机;湿法超细碳酸钙浆料主要采用3000 L以上的大型搅拌磨机 。
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