碳酸鈣的“超細粉碎+表面改性”一體化研究綜述

碳酸鈣是目前用量Z大的填料之一，分為輕鈣和重鈣。重鈣以其物美價廉在橡膠、涂料、造紙和塑料等工業中被廣泛用作填充劑。隨著現代復合材料技術的發展，具有各種優異性能的活性碳酸鈣已成為一種重要的功能性增強劑而在復合材料中發揮越來越重要的作用。要使碳酸鈣從一般體積填料轉變為功能性填料必須對其進行深加工處理。對碳酸鈣深加工處理主要有兩個途徑，即超細粉碎和表面改性。通常這兩項工藝是單獨完成的。近些年，碳酸鈣的一體化深加工技術越來越受到關注。一體化工藝是指在超細粉碎的同時進行表面改性。

碳酸鈣一體化工藝的機理

王林江用氣流粉碎機為主要設備，對重質碳酸鈣同時進行了超細粉碎和表面改性處理，并揭示了碳酸鈣一體化工藝的機理：由高速氣流作用于礦物的機械能，一部分用于粉碎礦物，另一部分用于改變礦物晶格和表面性質，對礦物表面產生激活作用，有利于礦物表面與改性劑之間的吸附和化學成鍵，使改性劑分子對礦物表面均勻包覆。同時，改性劑在粉碎過程中可起助磨作用，有利于超細粉碎，經改性處理礦物的表面自由能被大大降低，表面自由能的降低導致顆粒粉碎斷裂的Z小應力降低，結果使粉碎變得容易，效果提高。

碳酸鈣一體化工藝效果的影響因素

在分析了工藝機理之后，王林江又討論了一體化工藝過程中影響粉碎與改性效果的幾個因素。通過試驗分別考察了改性劑種類、改性劑用量對粉碎與改性效果的影響以及給料速度、給料粒度對改性效果的影響。

蔡楚江等通過實驗研究了重質碳酸鈣顆粒在氣流粉碎與表面改性處理一體化工藝過程中改性劑溶液流量、改性劑溶液濃度及粉碎氣流溫度對重質碳酸鈣顆粒性質的影響，并同時研究這些參數對重質碳酸鈣粉碎出料速率的影響。

碳酸鈣一體化工藝效果的評價

改性效果采用活化率和吸油率兩項指標評價，活化率越高、吸油率越低，改性效果越好。粉碎效果用產品粒度評價，用激光粒度儀測定。采用氣流粉碎機超細與改性一體化工藝處理后的產品性能發生了很大變化。產品粒度(d50)達8.0μm，吸油率16.20%，二十天吸水率為7.01%，產品白度略有下降，但不影響其應用。重質碳酸鈣已由親水性填料轉變為親油疏水性填料。

碳酸鈣一體化工藝的主要設備

已有的研究中，使用的粉碎與改性設備主要有氣流粉碎機或氣流粉碎與表面改性一體機。另外，國內某粉碎設備企業通過把改性設備串聯于粉碎設備后，粉碎后的粉體直接進行改性處理，改以往的二步法為一步完成，從而實現物料超細粉碎與改性一體化，這種一體化工藝是通過改性粉碎機組來實施，與前面的氣流粉碎機或氣流粉碎與表面改性一體機有所不同。

碳酸鈣一體化工藝的意義

通常要實現改性劑對重質碳酸鈣之間均勻的包覆，需要在較高溫度、較長時間和較高機械力條件下進行，這又會導致重質碳酸鈣生產工序的增加。研磨工藝能夠磨碎顆粒，形成較大的新生成的表面。這些新生成的表面具有較高的表面能，容易吸附表面改性劑，因此有利于實現常溫條件下改性劑對重質碳酸鈣均勻的包覆。楊雷等著重研究了碳酸鈣一體化工藝對改性工序的優化。

蔡楚江等通過碳酸鈣一體化試驗得出結論，在氣流粉碎的同時進行表面改性處理，可以提高超細重鈣粉的出料速率，當粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液中偶聯劑的質量分數為50%，改性劑溶液流量為1.5mL/min時，重鈣顆粒的粉碎出料速率由21.0g/min提高到56.7g/min，出料速率提高了170%。一體化工藝可提高生產效率并降低成本。

小結：

作為非金屬礦物的兩項重要深加工技術，超細粉碎和表面改性的工藝結合，對強化生產工藝、提高生產效率、降低生產成本從而增加產品的競爭力具有重要的意義。