1. 什么是碳酸鈣？
碳酸鈣（CaCO₃）是一種無機化合物，俗稱的灰石、石灰石、石粉、大理石等的主要成分都是碳酸鈣。碳酸鈣是地球上常見礦物質(zhì)之一，可以輕易從自然界中獲取，硬度不高易于粉磨加工，亦可以較低成本化學合成。其無毒無害，化學性質(zhì)呈中性不活潑，使得碳酸鈣粉末成為重要的工業(yè)填充材料，用途甚廣。在碳酸鈣的粉磨加工和下游應用中，激光粒度儀是普遍使用的非常便利有效的質(zhì)量控制工具。
2. 中國的碳酸鈣工業(yè)和粒度儀應用概況
2019年中國碳酸鈣行業(yè)產(chǎn)量3595萬噸，進口量4.9萬噸，出口量12.2萬噸，國內(nèi)碳酸鈣行業(yè)表觀消費量3587.7萬噸，其中輕質(zhì)碳酸鈣廠家約380家，產(chǎn)量1350萬噸（37.55%），平均價格822元/噸；中國重質(zhì)碳酸鈣企業(yè)超1000家，共有生產(chǎn)線2000多條，產(chǎn)量2245萬噸（62.45%），平均價格572元/噸。行業(yè)產(chǎn)值從2014年到2019年，復合增長率達到了7.69%。由于重鈣廠初始投資較少（約200萬人民幣），其數(shù)量多，規(guī)模較小，常位于具有優(yōu)質(zhì)碳酸鈣礦物資源和廉價電力供應的地域。輕鈣廠初始投資較大，對礦石原材料要求相對較低，更多布局于人口稠密地區(qū)。激光粒度儀幾乎是所有碳酸鈣相關企業(yè)的標配，包括從粉碎設備、粉磨加工（QC）和下游填加應用（IQC）全產(chǎn)業(yè)鏈，歐美克一直以來都通過不懈努力致力于為行業(yè)用戶提供結(jié)果穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確、操作便捷、維護需求少的粒度分析儀器，是行業(yè)市場占有率最高的品牌。
3. 碳酸鈣粉的種類、加工工藝及激光粒度儀在生產(chǎn)中的應用
碳酸鈣粉根據(jù)其生產(chǎn)工藝的不同主要分為：重鈣、輕鈣等。
3.1 重鈣、立磨碳酸鈣是由碳酸鈣含量高的礦石直接研磨成的碳酸鈣粉末。生產(chǎn)工藝如下： 礦石原材料-粗破碎-分選-粉磨-活化改性-分級-包裝。激光粒度儀在重鈣生產(chǎn)中主要用來進行生產(chǎn)工藝調(diào)整、產(chǎn)品質(zhì)量控制及對生產(chǎn)線異常進行預判。良好的使用激光粒度儀可以給碳酸鈣企業(yè)帶來遠超儀器本身價格的巨大的經(jīng)濟效益，舉例說明：
3.1.1 重鈣為低利潤率產(chǎn)品，激光粒度儀可以幫助企業(yè)嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量，極大減少下游退貨風險，提高品牌形象。由于碳酸鈣單位質(zhì)量價值低，通常其銷售半徑較小約幾百公里，大多數(shù)企業(yè)銷售利潤可能不及往返運費，產(chǎn)品質(zhì)量不合格引起的退貨損失對于企業(yè)經(jīng)營有很大影響，同時影響企業(yè)品牌聲譽。
3.1.2 激光粒度儀可以協(xié)助用戶發(fā)揮產(chǎn)品最大經(jīng)濟效益。重質(zhì)碳酸鈣下游應用非常注重大顆粒的尺寸，常關注Dv97指標。因此準確的評價產(chǎn)品粒徑分布，可以避免由于可能出現(xiàn)的退貨風險而發(fā)生的過度粉磨，也可以進行工藝參數(shù)的調(diào)整盡量避免產(chǎn)生過多細顆粒，從而節(jié)省時間和能源的消耗。電力的消耗通常占到重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)成本的一半以上，因此僅減少過粉磨的能源浪費就可以為客戶節(jié)省大筆現(xiàn)金。另一方面，激光粒度儀還可以指導用戶有效對產(chǎn)品進行分選，形成不同規(guī)格產(chǎn)品，有效地提高產(chǎn)品附加值。上圖中，兩個D97=45um的滿足下游使用需求的產(chǎn)品，A所消耗的能源往往要多于B，可以通過分選，將A的細粉分出單獨銷售以達到更高的經(jīng)濟效益。
3.1.3 激光粒度儀結(jié)果的波動可以幫助用戶快速判斷生產(chǎn)線的異常，進行及時調(diào)整，減少硬件損壞風險及不合格物料的浪費，比如說料斗堵塞，研磨介質(zhì)的損耗是重鈣生產(chǎn)中常見的問題，不及時的發(fā)現(xiàn)物料堵塞，可能會造成昂貴的電機或軸承由于持續(xù)過熱而損毀，同時頻繁地停機再開機亦會造成物料和能源的浪費。
3.2 輕鈣、納米鈣是由石灰石經(jīng)過煅燒生產(chǎn)氧化鈣，再次碳化沉淀生產(chǎn)的高純度碳酸鈣粉體。輕鈣的生產(chǎn)工藝如下：礦石原材料-煅燒-水洗-碳化-干燥活化研磨-包裝。輕鈣的碳化沉淀原生粒徑（通常為40-100nm）直接影響最終成品的粒徑分布（通常D50為0.1~10um），嚴格的控制沉淀粒徑和改性、干燥、粉磨工藝能極大提高最終產(chǎn)品的分散性能，從而為用戶獲取高額的回報。隨著高性能激光粒度儀的普及，中國高品質(zhì)輕鈣的生產(chǎn)能力呈快速增長趨勢，近幾年出口增長十分迅速（>50% in 2019），也顯示了全球范圍內(nèi)對高品質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的強勁需求。具體來說，激光粒度儀在以下幾方面為用戶提供附加值：
3.2.1 提供碳化沉淀工藝中原生顆粒粒徑的測量，及時調(diào)整沉淀溫度、溶液pH、CO2供應量，晶型控制劑的濃度等參數(shù)，使得最終產(chǎn)品具有最佳性能，原生粒徑控制不良可能導致最終產(chǎn)品質(zhì)量效果差，后續(xù)工藝也難以彌補，使企業(yè)無法獲得足夠利潤。由于原生粒徑很小，該類型客戶一般選購高性能產(chǎn)品，例如Topsizer系列。
3.2.2 通過最終產(chǎn)品的二次粒徑的測試，調(diào)整包覆、干燥和粉磨工藝，例如改變包覆表面活性劑的比例，調(diào)整干燥溫度、磨機轉(zhuǎn)速等，以合理控制最終產(chǎn)品分散性能達到客戶要求并實現(xiàn)最佳產(chǎn)能。由于輕鈣生產(chǎn)過程中不可避免地產(chǎn)生硬團聚，硬團聚會影響輕鈣在下游使用時的分散效果，不同分散效果的輕鈣粉體價格相差極大。其中包覆的工藝主要是減少硬團聚的產(chǎn)生，同時控制不同的包覆材料還可以控制最終產(chǎn)品的親疏水特性。
表面活性劑包覆的工藝也可以用于重鈣的生產(chǎn)中，生產(chǎn)與親水性較差材料相容的活性鈣/改性鈣粉體，常用于例如塑料、橡膠等領域。
4碳酸鈣的用途（碳酸鈣行業(yè)下游粒度儀市場）及粒徑控制要點
碳酸鈣主要作為各種材料和產(chǎn)品的填充料來使用以降低各種材料制成品的物料成本，同時也提供一些產(chǎn)品新性能特點。也有少部分應用，例如用在油墨和顏料中以增加色料與襯底的侵潤性和附著性。碳酸鈣粉末規(guī)格眾多，用量較大的領域有造紙、涂料、建材（人造崗石，框架材料…）、塑料、橡膠、粘接劑和密封劑、無紡布、醫(yī)藥食品飼料、化妝品牙膏等等。由于碳酸鈣行業(yè)利潤較低，產(chǎn)品以次充好的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，所以其下游企業(yè)普遍購買激光粒度儀用于來料質(zhì)控（IQC）。
以下是一些主要碳酸鈣行業(yè)應用特點：
造紙：造紙行業(yè)碳酸鈣是最重要的填料，其所占物料比例可達30%，其他填料還有滑石粉、高嶺土、鈦白粉等。該行業(yè)要求碳酸鈣顆粒細（主要粒度質(zhì)控指標為2um含量及D97、D90、D50），白度高（盡可能減少昂貴的鈦白粉用量），輕鈣占該市場的比例大于重鈣，主要是輕鈣純度高、顆粒相對更細，白度更高，同時擁有較高水平的表面改性，使得紙張平整美觀，油墨易親潤。激光粒度儀可以對來料的質(zhì)量進行把控，預測紙張的性能。此外香煙用的卷紙一般用不同粒徑和添加量的碳酸鈣來控制其燃燒速度與煙絲燃燒速度一致。
涂料：涂料碳酸鈣填加量一般在10~50%，合理的粒徑控制可以提高涂料中碳酸鈣的用量，強化鈦白粉的遮蓋效果，增加漆膜強度，提高和基底的親合性從而增加涂料涂覆性能和上粉率。該行業(yè)對碳酸鈣粉體的要求主要是大顆粒少，分散流動性好，質(zhì)控指標多選取D97、D50。該行業(yè)使用較多的是價格相對低廉的白度高的重鈣。
建材（人造崗石，框架材料）：人造崗石的主要成分為碳酸鈣，由于其價格低廉，對材料成本要求極高，因此該行業(yè)主要采用立磨生產(chǎn)的超寬分布碳酸鈣粉，D97可達100um以上，同時寬的粒徑分布使粉體填充性能得到提高，減少空氣和孔隙造成的質(zhì)量不良，也可以減少另一昂貴原材料樹脂的用量。部分石灰石粉也可以作為水泥的填充料使用而降低其成本。主要質(zhì)控指標D10、D50、D97或D90.
塑料和橡膠：一般使用活性碳酸鈣，目前的趨勢是重鈣逐步替代輕鈣成為主流，對材料中的大顆粒及碳酸鈣與基材侵潤性能異常敏感，即使只有少量大顆粒會嚴重影響成品質(zhì)量，尤其是一些管材、結(jié)構材料中的應用。與此同時，碳酸鈣的填加可以有效提高橡膠塑料的強度、韌性、耐磨耐沖擊性能。主要質(zhì)控指標D97。
醫(yī)藥食品飼料：主要使用輕鈣，對碳酸鈣純度要求極高，醫(yī)藥中碳酸鈣作為輔料，同時需要控制粒度以更好的匹配API進行混勻造�；驂浩�。食品和飼料中的碳酸鈣主要是營養(yǎng)強化劑，同時提高部分產(chǎn)品口感和外觀。在飼料中，碳酸鈣在非蛋奶禽畜的飼料中添加量一般是1~2%左右,如果是產(chǎn)蛋奶禽畜，可以加到5~8%。主要質(zhì)控指標D50、D90、D10等。
化妝品牙膏：碳酸鈣可以作為磨料使用在化妝品和牙膏中，對粒徑和形貌有較高要求。不同粒徑的顆粒會影響皮膚接觸的感受和摩擦效果，一般采用分級后的窄分布重鈣，主要質(zhì)控指標為D50、D97或D90、D10、圓度等。其中圓度可以采用顯微圖像儀進行評價。
5碳酸鈣行業(yè)上游，粉碎和分級設備行業(yè)的激光粒度儀應用
由于碳酸鈣下游應用多種多樣，對碳酸鈣粉體的質(zhì)量要求各不相同，不同類型的非金屬礦磨機為重鈣的生產(chǎn)提供了不同的解決方案。例如立磨生產(chǎn)的碳酸鈣顆粒粒徑分布很寬，成本較低，產(chǎn)能高；環(huán)輥磨和雷蒙磨可以較容易調(diào)節(jié)產(chǎn)線參數(shù)而得到分布較窄的不同粒徑的碳酸鈣粉，氣流磨、沖擊磨等可以生產(chǎn)超細的碳酸鈣粉末。非金屬礦研磨設備和分級設備開發(fā)企業(yè)數(shù)量眾多，大多會購買激光粒度儀做設備研磨效果的評價。
▲ 歐美克Topsizer 激光粒度分析儀
● 測試范圍：0.02-2000μm（濕法），0.1-2000μm（干法）
● 重復性：≤0.5%（標樣D50偏差）
● 準確性：≤±0.6%（標樣D50偏差）
綜上：歐美克儀器扎根中國，引進國際先進光學設計和全球優(yōu)質(zhì)零部件采購體系開發(fā)的系列激光粒度儀數(shù)據(jù)與國際金標準更接近，主機光學系統(tǒng)4~5年免維護設計，具有易用性好、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和分辨力卓越的優(yōu)點，能為碳酸鈣行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、節(jié)能降耗、相關產(chǎn)品質(zhì)量提升提供有力的保障。同時，采用國際引進一體化工裝探測器定位組裝技術，確保了同一型號儀器之間的數(shù)據(jù)的可比性，對于行業(yè)上下游數(shù)據(jù)交換和產(chǎn)品質(zhì)量信息的傳遞提供了更便捷可信的道路選擇。
