纳米碳酸钙的主要工业生产技术

　　纳米级超细碳酸钙的粒径很小（一般为1 nm～100 nm），用物理方法生产纳米级超细碳酸钙很困难，特别是物理方法不能制备高活性晶形。因此，国内外都在研究化学方法，其中碳化法是生产纳米级超细碳酸钙的主要方法。纳米碳酸钙的工业化生产工艺主要有：间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、超重力反应结晶法等。

1．1 间歇鼓泡碳化法
　　间歇鼓泡碳化法是目前国内外大多数厂家所采用的工艺。根据碳化塔中是否有搅拌装置，该法又可分为普通间歇鼓泡碳化法和搅拌式间歇鼓泡碳化法。该法是在锥底圆柱体碳化塔中加入精制氢氧化钙悬浊液和适当的添加剂，然后从塔底通入二氧化碳进行“碳化”，得到所要求的碳酸钙产品。在反应过程中需要严格控制反应条件，如碳化温度、二氧化碳流量、石灰乳浓度及搅拌速度，并加入适当的添加剂。
　　
1．2 连续喷雾碳化法
　　连续喷雾碳化法是将石灰乳用喷头喷成雾状，从塔顶喷下，将一定浓度的CO2以某一速度从塔底上升，与雾状石灰乳发生反应。一般采用三级串联碳化工艺。精制石灰乳从第一级碳化塔顶部喷雾成0．01 nm～0．1 mm的液滴加入，二氧化碳从塔底通入，二者逆流接触发生碳化反应。反应混合液从塔底流出，进入浆液槽，添加适当的分散剂处理后，喷雾进入第二级碳化塔继续碳化；然后再经表面活性处理、喷雾进入三级碳化塔碳化制得粒径可达40～80 nm的最终产品。
　　
1．3 超重力反应结晶法
　　超重力反应结晶法技术的特征是以强化气液传质过程为基本出发点。其核心在于碳化反应是在超重力离心反应器（旋转螺旋或填充床反应器）中进行，利用填充床高速旋转产生的几十到几百倍重力加速度，可获得超重力场环境。通过CO2和Ca(OH)2悬浊液在超重力专用设备中逆流接触，使相间传质和微观混合得到极大强化，为CaCO3均匀快速成核创造了理想环境。在超重力场中，各种传递过程得到极大强化，相界面迅速更新，体积传质系数可提高到常重力填充床的10～1 000倍，从而可大大提高Ca(OH)2溶解和CO2吸收速率，使体系中Ca2+和CO2-3的浓度增加，过饱和度提高，同时添加适当的分散剂，控制晶体生长，最终得到平均粒径达15～30 nm的纳米级碳酸钙。
1．4 非冷冻法制备工艺
　　非冷冻法纳米碳酸钙制备工艺的主要特点有：（１）碳化在常温常压下进行，不需冷冻，能耗低，投资少。以新建10 000吨/年规模的纳米碳酸钙装置为例，建设投资（不包括流动资金）在1 200万元左右，吨产品成本1 000元以下。（２）产品粒径通过调整助剂配方调控，可根据需要在10～100 nm范围内调整，粒度分布窄，且操作简单。我国碳酸钙资源丰富。目前，中国碳酸钙年产量仅次于美国，占世界第二位，已成为碳酸钙生产大国，但还不是碳酸钙生产强国。在我国碳酸钙行业中，具有一定技术附加值的沉淀碳酸钙在产品结构中仅占10%，具有高附加值的品种如纳米级碳酸钙不足总产量的1%；同时，产品的分散度较大，性能稳定性差，远远不能满足市场需求，每年仍需进口十几万吨。国外纳米级超细碳酸钙己形成大规模工业化生产。我们所采用燃料主要是煤，而国外，既有用煤作燃料，也有用油和用气。

　  纳米碳酸钙是20世纪80年代运用纳米技术加工发展而成的一种新型轻质碳酸钙产品，粒径通常在20～100 nm之间。由于碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，且粒径细而均匀、分布窄、比表面积大、表面活性及分散性好、表面能高，使其在实际使用中体现了很多普通碳酸钙材料所不具备的更加优异的性能，用途更为广泛。如可广泛大量应用于注塑、挤出、PVC型材、管材、汽车涂料、密封胶、粘结剂涂料、油墨、橡胶等行业，碳酸钙产品的附加值得到很大提高，很快引起了世界各国的普遍关注，现已成为无机非金属材料研究和企业竞争投资的热点。