網(wǎng)上服務平臺
中國納米級碳酸鈣的研發(fā)始于20世紀80年代，現(xiàn)在已有30余家生產企業(yè)，生產方法近10余種。中國納米級碳酸鈣產量增加較快，20世紀末年產量不足10萬t，2005年達到25萬t以上，2009年達到75萬t。但是，中國納米級碳酸鈣企業(yè)仍存在生產規(guī)模小、工藝與設備較落后、產品質量不穩(wěn)定、品種單一、經濟效益差等不足。
1、中國納米級碳酸鈣生產現(xiàn)狀
?。?）納米級碳酸鈣生產方法、主要性能及消耗指標
納米級碳酸鈣生產方法有多種，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、低溫膜分散微結構式、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質量分數(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質量分數(shù)達到10%~12%，產品晶型與粒度通過不同模板劑進行控制。
中國生產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納米級碳酸鈣主要性能對照見下表。
表1 不同碳化法生產納米級碳酸鈣主要性能對照
納米級碳酸鈣由于生產工藝不同、裝置各異，因此消耗指標不同。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產品計）
（2）納米級碳酸鈣生產優(yōu)勢與差距
中國納米級碳酸鈣生產優(yōu)勢：
物質基礎雄厚。中國石灰石儲量豐富，分布面廣，質量優(yōu)；煤炭資源較豐富，與優(yōu)質石灰石產區(qū)近。
生產經驗豐富、產量大且應用面廣。中國生產輕質碳酸鈣約有80a歷史，納米級碳酸鈣開發(fā)與生產也有30余年，從超細碳酸鈣到納米級碳酸鈣生產企業(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。納米級碳酸鈣應用領域從油墨、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)出具有自主知識產權的生產工藝與方法達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。
國產設備的成功應用為發(fā)展高效節(jié)能設備打下良好基礎。從中國納米級碳酸鈣生產歷史來看，有的是引進日本、意大利技術和設備，有的是借鑒國外技術和設備開發(fā)出國產工藝和設備，如：國產全機械化自控立窯，槽式化灰機，新型碳化塔，超重力碳化設備，高剪切碳化塔，膜分散微結構碳化塔，全自動、快開、隔膜壓濾機，帶式過濾機，帶式干燥機，旋轉閃蒸干燥機，全自動包裝機，打散機，分級機等，這些設備的成功應用為發(fā)展納米級碳酸鈣提供高效節(jié)能設備打下良好基礎。
中國納米級碳酸鈣工業(yè)生產差距：
企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，重復建設嚴重；
某些企業(yè)采用作坊式生產，工藝落后，設備陳舊，大型化、高效設備發(fā)展滯后；
產品質量不穩(wěn)定，品種單一，普通產品多，專用產品少，精細化率低；
資源、能源等消耗高，環(huán)境污染嚴重，清潔生產水平低；
管理水平低，全行業(yè)經濟效益差，缺乏發(fā)展后勁；
產品標準落后，納米碳酸鈣標準可操作性差，嚴重影響了產品質量的提高及精細化率。
2、中國納米級碳酸鈣工業(yè)發(fā)展建議
（1）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，產量不斷增加，高檔產品不斷投放市場，滿足了國內外兩大市場需求。但是功能性產品遠遠不能滿足市場需求，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品晶型完整、粒徑為納米級且分布窄，經過表面處理達到納米級碳酸鈣基本要求。
?。?）選用節(jié)能碳化工藝及設備
目前國內外采用最多的工藝及設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，能耗較高，3種方法都需要冷凍機將進料石灰乳冷卻到25℃以下。
要求進口石灰乳的濃度低，一般Ca（OH）2質量分數(shù)≤6%，因此設備的生產強度較低。
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設備，一臺3000t/a的超重力設備需要電機功率為75kW。
不易于大型化，攪拌釜的大型化受到攪拌設備的限制；超重力的單機生產能力目前為3000t/a，如果繼續(xù)增加生產能力，隨著設備尺寸的增加，電機容量將很大。不能與普通輕質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)產品需要的前提下選用非冷凍法碳化工藝及設備。
高溫高濃碳化工藝及設備特點：
高溫（35~75℃）碳化反應；
精漿液氫氧化鈣高濃度碳化（氫氧化鈣質量分數(shù)為10%~12%），提高了碳化設備的生產強度；
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；
工藝適應性強，操作彈性大，碳化設備采用生產輕鈣的碳化塔進行改造即可滿足生產要求；
設備結構簡單，不設冷凍裝置，節(jié)省投資，生產成本低，適應性廣，經濟效益顯著。該技術在井陘縣高塔、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果均達到理想結果。
?。?）擬建納米級碳酸鈣項目應注意的問題
擬建納米級碳酸鈣項目應具備如下條件：
具有多年從事碳酸鈣生產和管理經驗的工程技術和高級管理人員；
具有對納米級碳酸鈣應用領域熟悉，并具有開拓市場能力的人員；
具有一定的經濟實力；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、新設備開發(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。新設備、新工藝應經中試、工業(yè)化生產裝置逐步放大及較長期連續(xù)運轉后，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，首先是設備制造，新設備上市要經過多次改進、完善才能逐步達到成熟。
有輕質碳酸鈣生產基礎者可建設適當規(guī)模的納米級碳酸鈣項目。輕質碳酸鈣生產基礎較好的企業(yè)，可適當建設0.5萬t/a或1萬t/a納米級碳酸鈣生產線，以輕質碳酸鈣養(yǎng)納米級碳酸鈣。建設1萬t/a以上規(guī)模納米級碳酸鈣生產線應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濟核算，不要求大求詳。例如：某生產方法建設了0.3萬t/a納米級碳酸鈣生產線投資了3000萬元，引進0.5萬t/a納米級碳酸鈣生產線投資了2.2億元，因銷售達不到滿負荷，造成成本高而虧本。
納米級碳酸鈣生產企業(yè)應建立較完善的分析檢測裝置。納米級碳酸鈣產品不僅要求顆粒在三維空間上必須有一維空間達到納米級（≤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也相當重要。一個生產企業(yè)如果沒有檢測上述指標的儀器設備，生產中不知產品優(yōu)劣，就不能生產出合格產品，生產調節(jié)也無法進行。
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，不同碳化方法應運而生，規(guī)模不斷增大，產量不斷增加，應用領域不斷擴大，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，高檔產品不斷投放市場，滿足了國內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用領域。
但是，功能性納米級碳酸鈣遠遠不能滿足市場需求，不同用戶對產品要求不同，不僅看粒子大小，更要看產品性能、品質，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企業(yè)均應在納米級無機粉體材料的應用性能上下功夫，開發(fā)出功能性、專用納米級無機功能材料。