中國粉體網(wǎng)訊 2018年4月21日,市場調(diào)查研究機構(gòu)Technavio發(fā)布了《北美碳酸鈣市場概況與預(yù)測》報告。報告顯示,在2018—2022年,北美碳酸鈣市場分額將以5%的年復(fù)合增長率攀升,并且碳酸鈣替代高嶺土用于造紙行業(yè)將成為市場發(fā)展的一個主要趨勢。除此之外,碳酸鈣作為工業(yè)填料,其使用率和需求量也在逐年攀升,特別是在顏料、涂料、塑料、油漆等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。此外,根據(jù)Roskill(英國羅斯基爾信息服務(wù)有限公司)有關(guān)報道,全球碳酸鈣總需求量一半以上被亞洲消耗,其中中國超過20%。重質(zhì)碳酸鈣作為目前應(yīng)用最廣、用量最大的無機非金屬礦物粉體,其發(fā)展面臨三大選擇。
一、干濕法工藝的選擇
重質(zhì)碳酸鈣又稱作研磨鈣,是用機械方法粉碎、研磨天然方解石、石灰石等重鈣原料,使其達到一定細(xì)度的粉體產(chǎn)品,在國際上通常稱之為微細(xì)研磨碳酸鈣。目前重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法分為兩種——干法和濕法。
干法主要應(yīng)用于初級研磨,適用于對顆粒粒徑分布要求不高的顆粒生產(chǎn)。濕法是以粗碎的產(chǎn)品為原料,加溶劑及相關(guān)的助劑進行再研磨,并可除去礦石里的雜質(zhì),細(xì)度和純度都得到提高的研磨法。
表1 重鈣干濕法工藝優(yōu)缺點
從實踐來看,1500目以下的產(chǎn)品,一般以干法生產(chǎn)為主;1500~2500目產(chǎn)品可以采用干法工藝,也可以采用濕法工藝生產(chǎn),應(yīng)用中需有針對性的合理搭配兩種工藝產(chǎn)品配比;2500~6500目產(chǎn)品,通常以濕法生產(chǎn)為宜。
二、加工裝備的選擇
對于干濕兩種方法在工業(yè)生產(chǎn)中已有相對應(yīng)的、成熟的生產(chǎn)設(shè)備。
干法工藝設(shè)備
對于初粉碎的干法生產(chǎn),相應(yīng)的加工設(shè)備種類繁多,有:雷蒙磨、氣流粉碎機、干式攪拌磨、沖擊式粉碎機、立式輥輪磨、振動磨和球磨機等。這些設(shè)備再配上成熟的研磨工藝和分級機配合,組成了超細(xì)加工系統(tǒng),即可生產(chǎn)較高質(zhì)量的超細(xì)重鈣粉。
如今,重鈣朝著功能化、規(guī)模化、超細(xì)化的方向發(fā)展,而適用于規(guī)模化生產(chǎn)重鈣的設(shè)備主要有雷蒙磨、干式攪拌磨和立式輥輪磨機。
雷蒙磨的應(yīng)用最廣泛,它屬于生產(chǎn)400目以下的重鈣產(chǎn)品的設(shè)備。投資小、生產(chǎn)效率高。但是它生產(chǎn)的重鈣顆粒較粗,遠遠低于其它設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的細(xì)度。
干式攪拌磨,在干法生產(chǎn)碳酸鈣中其研磨效率較高和研磨顆粒細(xì),如果其研磨得到的物料經(jīng)過分級后,可生產(chǎn)粒度1250目以上的超細(xì)粉體產(chǎn)品。不過其缺點是單機生產(chǎn)能力較小,大規(guī)模生產(chǎn)投資大。
立式輥輪磨機(簡稱立式磨)屬于碾壓粉碎,它在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)粉量偏少。它的優(yōu)點是采用液壓方式進行施壓于磨輥,產(chǎn)生的碾壓壓力很大,因此粉碎效果好,可用于粉碎硬度高的物料。它一般以用來生產(chǎn)1000目以下的產(chǎn)品,生產(chǎn)中對立式磨進行了改進,可直接生產(chǎn)600目一250目產(chǎn)品。它如干式攪拌磨一樣,產(chǎn)品經(jīng)過分級后,加入立式輥輪磨機再次研磨可以生產(chǎn)1250目以上的產(chǎn)品。
常見干法工藝裝備系統(tǒng)有:
(1)球磨-分級機多種規(guī)格產(chǎn)品粉磨系統(tǒng);
(2)雷蒙磨混合振動磨-分級機組合粉磨系統(tǒng);
(3)氣流磨-分級機組合系統(tǒng);
(4)立式攪拌磨-分級機組合粉磨系統(tǒng)。
球磨機 + 分級機生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn) d97=5~43mm的重質(zhì)碳酸鈣細(xì)粉和超細(xì)粉,特點是連續(xù)閉路生產(chǎn)、多段分級、循環(huán)負(fù)荷大( 300%~500% )、單機生產(chǎn)能力較大。隨著立式磨干法粉磨與精細(xì)分級技術(shù)在重鈣行業(yè)得到推廣應(yīng)用,近年來立式磨+二次分級工藝技術(shù)成為重鈣加工企業(yè)的首選技術(shù),工藝流程如圖1所示。其既滿足了重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī);、精細(xì)化加工的要求,又符合國家節(jié)能減排政策的要求,該工藝技術(shù)將有助于深化重鈣產(chǎn)業(yè)裝備技術(shù)升級。
圖1 立式磨+二次分級工藝流程圖
濕法工藝設(shè)備
濕法超細(xì)研磨設(shè)備大體分為三種:球磨機、攪拌磨和砂磨機。后兩種都是在球磨機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它們的共同特點是利用研磨介質(zhì)之間的碰撞、剪切、擠壓和摩擦原理破碎物料,因此三者都屬于以研磨介質(zhì)研磨物料的設(shè)備。
常見濕法工藝裝備系統(tǒng)有:
(1)臥式磨串并聯(lián)組合系統(tǒng);
(2)立式磨單機開路粉磨系統(tǒng);
(3)立式磨多機串聯(lián)粉磨系統(tǒng)。
濕法超細(xì)研磨技術(shù)主要用于生產(chǎn) d90 ≤2 mm 及d97 ≤2 mm 的造紙涂料(漿料)級產(chǎn)品以及 d60 ≤2 mm的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣(干燥后用做塑料填料)。
2018年10月31日,國內(nèi)重鈣龍頭企業(yè)廣源化工在連州工廠擴建的2條球磨生產(chǎn)線正式投產(chǎn),連州工廠產(chǎn)能將提升到80萬噸/年。球磨機是利用摩擦力和離心力來工作的,利用球磨機研磨碳酸鈣細(xì)度可達5~10μm。
超細(xì)濕法攪拌磨機是隨著現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的進步而發(fā)展起來的。近年來的研究表明:濕法工藝中,在微細(xì)介質(zhì)磨機中添加粉碎助劑可制備亞微米甚至納米超細(xì)粉體。
砂磨機克服了攪拌磨機存在的研磨介質(zhì)分布不均勻的缺點,使研磨介質(zhì)與物料充分的接觸,減小了研磨介質(zhì)之間的摩擦,降低了磨損,提高了研磨效率。研磨粒度可達到10nm。
表2 重鈣常見加工裝備簡析及其創(chuàng)新點
近年來,國內(nèi)科研院所及生產(chǎn)企業(yè)在探索重鈣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展時,目光開始轉(zhuǎn)向高效、節(jié)能的立式磨以及二次或三次分級與多級濕法磨機組合集成工藝,該工藝不僅是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī);、產(chǎn)品功能化生產(chǎn)的有效途徑,也是未來重鈣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、深層次發(fā)展的創(chuàng)新型工藝,可為培育具有國際競爭力的重鈣產(chǎn)業(yè)企業(yè)集團奠定產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。
圖2 干濕法集成工藝及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計
三、重鈣產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的選擇
產(chǎn)品需求是裝備及其工藝選擇的根本所在。學(xué)者對2010—2014年重鈣產(chǎn)業(yè)進行了調(diào)研(表3),發(fā)現(xiàn)中高端功能化、個性化專用產(chǎn)品短缺,造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)問題凸顯。
表3 重鈣產(chǎn)品分析
新常態(tài)下,下游應(yīng)用行業(yè)對重鈣粉體產(chǎn)品功能性提出了更多個性化要求。重鈣的附加值提升,關(guān)鍵是它的深加工產(chǎn)品——精細(xì)、高純、表面改性等個性化產(chǎn)品。
表面改性是重質(zhì)碳酸鈣和超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣最主要的深加工技術(shù)之一,近10a來,表面改性產(chǎn)品的需求量以每年12%以上的速度增長。重質(zhì)碳酸鈣的表面改性主要采用有機包覆和復(fù)合改性方法。目前,干法改性是重質(zhì)碳酸鈣的主流工藝,除非采用濕式超細(xì)研磨工藝,一般很少采用濕法改性。
值得一提的是,精細(xì)化并不是單一的粒度超細(xì)化,再者重鈣并不是只強調(diào)粒度指標(biāo)的粉體材料,作為一種工業(yè)中間體,其應(yīng)用性能是最需要考慮的要素,過分追求顆粒度指標(biāo)而忽視粉體材料的應(yīng)用性能是不可取的。精細(xì)化是一種有針對性的功能性重鈣粉體生產(chǎn)過程。
小結(jié)
中國重質(zhì)碳酸鈣由最初的“雙飛粉”、“三飛粉”等少數(shù)幾種發(fā)展到包括細(xì)粉、超細(xì)粉、表面改性(活性)粉以及造紙用超細(xì)漿料產(chǎn)品等幾大類十余種不同細(xì)度和表面改性活化的專用重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。由最初74μm和d97=45μm為主的細(xì)粉發(fā)展到超細(xì)粉、超細(xì)活性粉。國產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣將與世界上發(fā)達國家差距逐漸縮小。隨著重質(zhì)碳酸鈣粉磨設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展,各種新型專用重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品將會不斷出現(xiàn),行業(yè)前景不可限量。
參考資料:
秦廣超.“十三五”期間重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展探析
秦廣超.新常態(tài)下重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)調(diào)整
鄭水林.重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢
王自超.重質(zhì)碳酸鈣顆粒的細(xì)化和粒徑分布的窄化研究
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金)