納米碳酸鈣粉體是指粒徑在1~100mm，并且具有與常規(guī)碳酸鈣性能不同的無機(jī)粉體產(chǎn)品。由于其獨特的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、油墨、造紙、化妝品、醫(yī)藥、粘結(jié)劑等行業(yè)作為顏料和填充物。納米碳酸鈣不僅具有填充作用，還具有半補(bǔ)強(qiáng)或補(bǔ)強(qiáng)作用，廣泛引起世人矚目。
當(dāng)采用濕化學(xué)法合成納米碳酸鈣粉體時，一般都要涉及沉淀物干燥這一后處理過程。由于納米碳酸鈣粉體的粒度小，表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，如果干燥方法選擇不當(dāng)，就會出現(xiàn)納米碳酸鈣顆粒的團(tuán)聚，這將對它的使用性能產(chǎn)生不良影響。因此，如何保證納米碳酸鈣顆粒在干燥過程中保持分散而不團(tuán)聚“長大”，是納米碳酸鈣粉體生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟之一。此處，在納米碳酸鈣粉體的應(yīng)用過程中，特別強(qiáng)調(diào)其疏水親油性能，即對產(chǎn)品的最終含水量要求很高（亦即產(chǎn)品的水分含量要求很低）。
1、納米碳酸鈣工業(yè)干燥技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 一級干燥
在納米級碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)過程中，干燥操作過程除了要防止顆粒間的團(tuán)聚外，最大難題是如何降低干燥溫度，同時又使裝置具備一定的生產(chǎn)規(guī)模。納米碳酸鈣粉體通常都要進(jìn)行粒子表面的包覆改性處理，而有機(jī)物的熱穩(wěn)定性能一般較差，溫度過高易使其焦化變質(zhì)，直接影響顆粒的分散性白度等。例如，硬脂酸或硬脂酸鹽在135℃的條件下，可以在很短時間內(nèi)焦化，使產(chǎn)品的白度降低7~8%，焦化的程度與時間和溫度呈對應(yīng)關(guān)系。因此，要保證產(chǎn)品不焦化，必須對干燥溫度和時間加以控制，根據(jù)表面改性劑的特性，尋求適宜的干燥溫度和干燥時間。
目前國內(nèi)生產(chǎn)納米級碳酸鈣的企業(yè)常采用烘房干燥、輸送帶式干燥、盤式干燥、回轉(zhuǎn)圓筒干燥、噴霧干燥、真空耙式干燥、旋轉(zhuǎn)快速干燥等一級干燥設(shè)備。但幾乎每種干燥設(shè)備都遇到產(chǎn)品顆粒的二次團(tuán)聚問題，致使一些納米級碳酸鈣粒子無法以一次顆�；蚪咏谠摖顟B(tài)而存在，最終影響其產(chǎn)品的功能和應(yīng)用。此處，在一級干燥后一般都要有再磨分級和過篩等過程。
盡管烘房干燥比較經(jīng)濟(jì)、簡便，但為間歇操作，生產(chǎn)能力低，能耗較大，操作環(huán)境惡劣，工人勞動強(qiáng)度大，很容易引入雜質(zhì)，且干燥不均勻，干燥后還需有粉碎和分級等操作過程。所以，這種干燥設(shè)備已逐步被新的干燥技術(shù)所取代。
輸送帶式干燥實際上是一種改良的烘房干燥，它使干燥過程實現(xiàn)了連續(xù)化。但該設(shè)備占地面積大，熱效率不高。
盤式干燥機(jī)雖然解決了輸送帶式干燥機(jī)占地大、熱效率不高的問題，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難，為減輕物料在料盤上的黏結(jié)而增設(shè)的抄板對料盤的磨損比較嚴(yán)重，由此產(chǎn)生的雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。
回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)在普通輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，其生產(chǎn)能力較高，一臺直徑1.8m、長21m的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)年產(chǎn)量可達(dá)1.5－2萬噸。但其干燥溫度一般為600－700℃，無法適應(yīng)濕法活化的納米碳酸鈣生產(chǎn)，因為在此高溫下，幾乎找不到不會焦化的表面改性劑。此處，回轉(zhuǎn)圓筒干燥只適用于含水量在30%－40%的納米級碳酸鈣的干燥。
噴霧干燥可以將含水量60%以上的濕碳酸鈣快速干燥至含水0.5%以下的產(chǎn)品，且產(chǎn)品的分散狀態(tài)良好，也不需要再磨粉碎。但對活性納米碳酸鈣的適應(yīng)性較差，這是因為納米碳酸鈣噴霧干燥所需的溫度較高（一般在400℃以上），極易將表面改性劑燒掉。
真空耙式干燥在納米碳酸鈣生產(chǎn)中被采用的不多，其優(yōu)點是干燥溫度低，熱效率高，但其輔助設(shè)備較多，多為間歇操作，生產(chǎn)能力受到制約。
目前，旋轉(zhuǎn)快速干燥（又稱旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥）在納米碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)在解決顆粒團(tuán)聚問題上已取得一定的進(jìn)展，但尚存在粘壁和干燥后仍需粉碎研磨等問題。
1.2組合干燥
為解決納米碳酸鈣的工業(yè)干燥技術(shù)問題，兩級干燥技術(shù)越來越被許多企業(yè)所看好，它較好地解決了低溫干燥與生產(chǎn)能力之間的矛盾，同時在第二級干燥設(shè)備中引入顆粒分散解聚功能，減少了產(chǎn)品干燥后的再磨工序。常見的有輸送帶式干燥機(jī)和旋轉(zhuǎn)快速干燥、槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥、槳葉式干燥和微粉干燥、雙螺旋輸送干燥和盤式干燥等的兩級干燥的組合。
1.2.1輸送帶式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的組合
納米級碳酸鈣的輸送帶式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合工藝流程如圖1所示。壓濾后的納米級碳酸鈣經(jīng)擠條機(jī)成型后進(jìn)入輸送帶式干燥機(jī)中，除去大部分濕分。當(dāng)半成品濕含量≤20%時，離開輸送帶式干燥機(jī)，經(jīng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)的加料器中，再被送入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)內(nèi)，在攪拌和旋轉(zhuǎn)熱氣流的作用下被進(jìn)一步干燥及破碎。干燥好的細(xì)粉與上升的氣流一起經(jīng)分級器進(jìn)入旋風(fēng)分離器和袋濾器，分離下來的即為產(chǎn)品。廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)、煙囪排空。
1.2.2槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的組合
納米級碳酸鈣的槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合工藝流程如圖2所示。比較圖1和圖2可見，這兩種流程的主要差別是由槳葉式干燥機(jī)代替了輸送帶式干燥機(jī)。壓濾后的濾餅先被加入到槳葉式干燥機(jī)中，在空心槳葉的旋轉(zhuǎn)攪動下邊前進(jìn)邊干燥。水蒸氣（或?qū)嵊停⿵目招臉~和干燥機(jī)夾套中通過，以熱傳導(dǎo)方式對納米碳酸鈣濕物料進(jìn)行干燥。半干產(chǎn)品離開槳葉式干燥機(jī)后，再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)中，被進(jìn)一步干燥成合格產(chǎn)品。
1.2.3槳葉式干燥和微粉干燥的組合
如果把上述的槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合中的旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)用微粉干燥機(jī)來代替，這就構(gòu)成了槳葉式干燥和微粉干燥的兩級組合流程。經(jīng)一級槳葉式干燥后得到的松散物料由螺旋輸送機(jī)連續(xù)均勻地加入到微粉干燥機(jī)內(nèi)，進(jìn)一步干燥成為合格產(chǎn)品。這種微粉干燥機(jī)主要由筒體、回轉(zhuǎn)攪拌器和分級器等組成。它是一種集干燥、破碎、分級于一體的多功能干燥機(jī)�；剞D(zhuǎn)攪拌器的主要作用是將軟團(tuán)聚顆粒打散，使大的軟團(tuán)聚顆粒變成粒徑符合要求的產(chǎn)品。分級器為離心機(jī)式氣流分級結(jié)構(gòu)，依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力和氣流向心力之間的作用對粒子進(jìn)行分級，粒徑符合要求的物料經(jīng)過分級器，由熱風(fēng)送入旋風(fēng)分離器和袋濾器，分離得到合格產(chǎn)品；而粒徑較大的物料在離心力的作用下，撞擊在設(shè)備筒體內(nèi)壁后返回到底部，在回轉(zhuǎn)攪拌器和熱風(fēng)的作用下被進(jìn)一步干燥及破碎，直到合格后進(jìn)入后續(xù)的收集裝置。
1.2.4雙螺旋輸送干燥和盤式干燥的組合
納米碳酸鈣的雙螺旋輸送干燥和盤式干燥的兩級組合工藝流程如圖3所示。濾餅經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至料倉，經(jīng)粉碎機(jī)破碎后進(jìn)入雙螺旋輸送干燥機(jī)的尾部排出；再經(jīng)斗式提升機(jī)、料倉和電子皮帶秤計量后，連續(xù)加入盤式干燥機(jī)頂部，在盤式干燥機(jī)內(nèi)逐盤下落，干燥好的產(chǎn)品從底部卸出。
2、結(jié)語
國內(nèi)現(xiàn)有的納米碳酸鈣干燥技術(shù)尚未很好解決干燥過程顆粒的團(tuán)聚問題，幾乎每種干燥設(shè)備都存在二次粒子的團(tuán)聚問題。所以，因團(tuán)聚而引起的粒子分散性差的問題已成為當(dāng)前納米碳酸鈣生產(chǎn)和研究中急待解決的重點和難點。此外，目前納米碳酸鈣的干燥技術(shù)已滯后于其他技術(shù)，正成為其工業(yè)生產(chǎn)的瓶頸。因此，必須加強(qiáng)納米碳酸鈣粉體的干燥機(jī)理和干燥理論研究，為新型干燥裝置的開發(fā)提供依據(jù)和方向，進(jìn)而開發(fā)出適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的大型納米碳酸鈣干燥設(shè)備；要加大新型干燥技術(shù)（如共沸蒸餾干燥、冷凍干燥等）的研發(fā)工作力度。
當(dāng)采用濕化學(xué)法合成納米碳酸鈣粉體時，一般都要涉及沉淀物干燥這一后處理過程。由于納米碳酸鈣粉體的粒度小，表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，如果干燥方法選擇不當(dāng)，就會出現(xiàn)納米碳酸鈣顆粒的團(tuán)聚，這將對它的使用性能產(chǎn)生不良影響。因此，如何保證納米碳酸鈣顆粒在干燥過程中保持分散而不團(tuán)聚“長大”，是納米碳酸鈣粉體生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟之一。此處，在納米碳酸鈣粉體的應(yīng)用過程中，特別強(qiáng)調(diào)其疏水親油性能，即對產(chǎn)品的最終含水量要求很高（亦即產(chǎn)品的水分含量要求很低）。
1、納米碳酸鈣工業(yè)干燥技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 一級干燥
在納米級碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)過程中，干燥操作過程除了要防止顆粒間的團(tuán)聚外，最大難題是如何降低干燥溫度，同時又使裝置具備一定的生產(chǎn)規(guī)模。納米碳酸鈣粉體通常都要進(jìn)行粒子表面的包覆改性處理，而有機(jī)物的熱穩(wěn)定性能一般較差，溫度過高易使其焦化變質(zhì)，直接影響顆粒的分散性白度等。例如，硬脂酸或硬脂酸鹽在135℃的條件下，可以在很短時間內(nèi)焦化，使產(chǎn)品的白度降低7~8%，焦化的程度與時間和溫度呈對應(yīng)關(guān)系。因此，要保證產(chǎn)品不焦化，必須對干燥溫度和時間加以控制，根據(jù)表面改性劑的特性，尋求適宜的干燥溫度和干燥時間。
目前國內(nèi)生產(chǎn)納米級碳酸鈣的企業(yè)常采用烘房干燥、輸送帶式干燥、盤式干燥、回轉(zhuǎn)圓筒干燥、噴霧干燥、真空耙式干燥、旋轉(zhuǎn)快速干燥等一級干燥設(shè)備。但幾乎每種干燥設(shè)備都遇到產(chǎn)品顆粒的二次團(tuán)聚問題，致使一些納米級碳酸鈣粒子無法以一次顆�；蚪咏谠摖顟B(tài)而存在，最終影響其產(chǎn)品的功能和應(yīng)用。此處，在一級干燥后一般都要有再磨分級和過篩等過程。
盡管烘房干燥比較經(jīng)濟(jì)、簡便，但為間歇操作，生產(chǎn)能力低，能耗較大，操作環(huán)境惡劣，工人勞動強(qiáng)度大，很容易引入雜質(zhì)，且干燥不均勻，干燥后還需有粉碎和分級等操作過程。所以，這種干燥設(shè)備已逐步被新的干燥技術(shù)所取代。
輸送帶式干燥實際上是一種改良的烘房干燥，它使干燥過程實現(xiàn)了連續(xù)化。但該設(shè)備占地面積大，熱效率不高。
盤式干燥機(jī)雖然解決了輸送帶式干燥機(jī)占地大、熱效率不高的問題，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難，為減輕物料在料盤上的黏結(jié)而增設(shè)的抄板對料盤的磨損比較嚴(yán)重，由此產(chǎn)生的雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。
回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)在普通輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，其生產(chǎn)能力較高，一臺直徑1.8m、長21m的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)年產(chǎn)量可達(dá)1.5－2萬噸。但其干燥溫度一般為600－700℃，無法適應(yīng)濕法活化的納米碳酸鈣生產(chǎn)，因為在此高溫下，幾乎找不到不會焦化的表面改性劑。此處，回轉(zhuǎn)圓筒干燥只適用于含水量在30%－40%的納米級碳酸鈣的干燥。
噴霧干燥可以將含水量60%以上的濕碳酸鈣快速干燥至含水0.5%以下的產(chǎn)品，且產(chǎn)品的分散狀態(tài)良好，也不需要再磨粉碎。但對活性納米碳酸鈣的適應(yīng)性較差，這是因為納米碳酸鈣噴霧干燥所需的溫度較高（一般在400℃以上），極易將表面改性劑燒掉。
真空耙式干燥在納米碳酸鈣生產(chǎn)中被采用的不多，其優(yōu)點是干燥溫度低，熱效率高，但其輔助設(shè)備較多，多為間歇操作，生產(chǎn)能力受到制約。
目前，旋轉(zhuǎn)快速干燥（又稱旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥）在納米碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)在解決顆粒團(tuán)聚問題上已取得一定的進(jìn)展，但尚存在粘壁和干燥后仍需粉碎研磨等問題。
1.2組合干燥
為解決納米碳酸鈣的工業(yè)干燥技術(shù)問題，兩級干燥技術(shù)越來越被許多企業(yè)所看好，它較好地解決了低溫干燥與生產(chǎn)能力之間的矛盾，同時在第二級干燥設(shè)備中引入顆粒分散解聚功能，減少了產(chǎn)品干燥后的再磨工序。常見的有輸送帶式干燥機(jī)和旋轉(zhuǎn)快速干燥、槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥、槳葉式干燥和微粉干燥、雙螺旋輸送干燥和盤式干燥等的兩級干燥的組合。
1.2.1輸送帶式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的組合
納米級碳酸鈣的輸送帶式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合工藝流程如圖1所示。壓濾后的納米級碳酸鈣經(jīng)擠條機(jī)成型后進(jìn)入輸送帶式干燥機(jī)中，除去大部分濕分。當(dāng)半成品濕含量≤20%時，離開輸送帶式干燥機(jī)，經(jīng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)的加料器中，再被送入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)內(nèi)，在攪拌和旋轉(zhuǎn)熱氣流的作用下被進(jìn)一步干燥及破碎。干燥好的細(xì)粉與上升的氣流一起經(jīng)分級器進(jìn)入旋風(fēng)分離器和袋濾器，分離下來的即為產(chǎn)品。廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)、煙囪排空。
1.2.2槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的組合
納米級碳酸鈣的槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合工藝流程如圖2所示。比較圖1和圖2可見，這兩種流程的主要差別是由槳葉式干燥機(jī)代替了輸送帶式干燥機(jī)。壓濾后的濾餅先被加入到槳葉式干燥機(jī)中，在空心槳葉的旋轉(zhuǎn)攪動下邊前進(jìn)邊干燥。水蒸氣（或?qū)嵊停⿵目招臉~和干燥機(jī)夾套中通過，以熱傳導(dǎo)方式對納米碳酸鈣濕物料進(jìn)行干燥。半干產(chǎn)品離開槳葉式干燥機(jī)后，再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)中，被進(jìn)一步干燥成合格產(chǎn)品。
1.2.3槳葉式干燥和微粉干燥的組合
如果把上述的槳葉式干燥和旋轉(zhuǎn)快速干燥的兩級組合中的旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)用微粉干燥機(jī)來代替，這就構(gòu)成了槳葉式干燥和微粉干燥的兩級組合流程。經(jīng)一級槳葉式干燥后得到的松散物料由螺旋輸送機(jī)連續(xù)均勻地加入到微粉干燥機(jī)內(nèi)，進(jìn)一步干燥成為合格產(chǎn)品。這種微粉干燥機(jī)主要由筒體、回轉(zhuǎn)攪拌器和分級器等組成。它是一種集干燥、破碎、分級于一體的多功能干燥機(jī)�；剞D(zhuǎn)攪拌器的主要作用是將軟團(tuán)聚顆粒打散，使大的軟團(tuán)聚顆粒變成粒徑符合要求的產(chǎn)品。分級器為離心機(jī)式氣流分級結(jié)構(gòu)，依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力和氣流向心力之間的作用對粒子進(jìn)行分級，粒徑符合要求的物料經(jīng)過分級器，由熱風(fēng)送入旋風(fēng)分離器和袋濾器，分離得到合格產(chǎn)品；而粒徑較大的物料在離心力的作用下，撞擊在設(shè)備筒體內(nèi)壁后返回到底部，在回轉(zhuǎn)攪拌器和熱風(fēng)的作用下被進(jìn)一步干燥及破碎，直到合格后進(jìn)入后續(xù)的收集裝置。
1.2.4雙螺旋輸送干燥和盤式干燥的組合
納米碳酸鈣的雙螺旋輸送干燥和盤式干燥的兩級組合工藝流程如圖3所示。濾餅經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至料倉，經(jīng)粉碎機(jī)破碎后進(jìn)入雙螺旋輸送干燥機(jī)的尾部排出；再經(jīng)斗式提升機(jī)、料倉和電子皮帶秤計量后，連續(xù)加入盤式干燥機(jī)頂部，在盤式干燥機(jī)內(nèi)逐盤下落，干燥好的產(chǎn)品從底部卸出。
2、結(jié)語
國內(nèi)現(xiàn)有的納米碳酸鈣干燥技術(shù)尚未很好解決干燥過程顆粒的團(tuán)聚問題，幾乎每種干燥設(shè)備都存在二次粒子的團(tuán)聚問題。所以，因團(tuán)聚而引起的粒子分散性差的問題已成為當(dāng)前納米碳酸鈣生產(chǎn)和研究中急待解決的重點和難點。此外，目前納米碳酸鈣的干燥技術(shù)已滯后于其他技術(shù)，正成為其工業(yè)生產(chǎn)的瓶頸。因此，必須加強(qiáng)納米碳酸鈣粉體的干燥機(jī)理和干燥理論研究，為新型干燥裝置的開發(fā)提供依據(jù)和方向，進(jìn)而開發(fā)出適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的大型納米碳酸鈣干燥設(shè)備；要加大新型干燥技術(shù)（如共沸蒸餾干燥、冷凍干燥等）的研發(fā)工作力度。
