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揭秘日本百年企业纳米碳酸钙生产工艺与设 [复制链接]

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日本的纳米碳酸钙工业很发达,主要的生产厂家有:白石工业株式会社、丸尾钙业、竹原化学等。其中白石工业株式会社是最早生产纳米碳酸钙的企业,有一百多年历史,年日本白石恒二发明用石灰乳与二氧化碳反应生成沉淀碳酸钙的制造方法,年日本白石恒二发明了用硬脂酸处理的纳米碳酸钙,取名为“白艳华”。白石工业在日本有不二、富士川、白艳华和土佐四个工厂,在奥地利有一个合资工厂,总生产能力25万吨,其生产的碳酸钙广泛应用于造纸、密封剂、粘合剂、橡胶、印刷油墨、涂料、食品添加剂等行业。

下面,以日本白石工业株式会社为例,对日本纳米碳酸钙的生产工艺与设备进行介绍:

日本厂家的纳米碳酸钙的生产工艺与国内厂家大体相同,但是日本厂家更注重生产过程的控制。

1、原料

石灰石是合成纳米碳酸钙的原料,白石公司的石灰石主要取自九州,精选杂质少,高纯度的灰白色石灰石。

日本厂家的原料中各项指标的含量范围明确,原料指标精准可控,相比之下我国很多厂家对原材料控制不严,指标含量模糊,杂质含量高,易造成产品质量不稳定。

2、煅烧

日本白石的煅烧采用机械化的立窑,与我国大多数工厂设备相同。石灰石和燃料按一定的比例进行煅烧,煅烧区温度为±℃,原料进入立窑后从进料到出石灰,约需要60小时。燃料为焦炭,我国通常采用为无烟煤,焦碳相比无烟煤虽然价格较高,但其固定碳含量高、发热量高、挥发分和硫分低,煅烧出来的石灰含硫量低、白度好、活性高,对后工序生产纳米碳酸钙提供了更有利的条件。

3、消化精制

日本白石的消化工艺,采用具有3个搅拌浆的消化池,比国内的消化池要大,出渣采用螺旋出渣机将渣旋出,消化温度控制在≥90℃。

我国则一般采用回转式消化机、笼式消化机等,消化效果相差不大。消化后的粗浆经过二级旋液分离器和二级振动筛除去杂质,然后陈化24小时,得到精浆备用,工艺与国内基本相同。

4、碳化

日本白石的碳化工艺分为间歇鼓泡搅拌碳化和连续喷雾碳化。

(1)间歇鼓泡搅拌碳化

日本的间歇鼓泡搅拌碳化塔碳化反应器直径2.3米,体积25m3,搅拌机转速r/min,功率为22kW,搅拌桨为二层式四叶桨式搅拌,采用变频调节转速。生浆质量浓度为6.5%±0.5%,起始碳化温度为18±1℃,反应时间为60-90min,当pH值降至9.0-10.0时,停止碳化,反应终点浓度为8.7%±0.5%,打入大的碳化罐(碳化罐直径4.0米,体积为m3)进行保温熟化,熟化一定的时间后,根据纳米碳酸钙的BET比表面积、空气透过比表面积、熟浆粘度等指标确定熟化终点,各项指标合格后继续通入CO2,调节至pH≤7,二次碳化反应时间一般为50-70min。

与国内厂家不同的是日本厂家采用二次碳化,第一次碳化不到终点,经过熟化后再重新碳化到终点,通过熟化增加纳米碳酸钙的分散稳定性,使粒子更规整;国内现在的工艺大多数还是一次碳化成熟,没有经过熟化的过程,所以纳米碳酸钙颗粒的规整性不好。

(2)连续喷雾碳化

日本厂家的连续喷雾碳化塔包含A塔(高15米,直径2.1米)和B塔(高18米,直径2.6米),二个塔循环碳化。底部通入CO2,浆液用泵从塔底通过管道从顶部喷入,下落入塔底,不断循环,直到中和至pH≤7停止。喷雾碳化主要的技术是气量与喷雾浆液的大小的配合,适合生产规整、分散性好的立方体纳米碳酸钙,粒径在20-nm范围内可以调节。

目前中国还没有这种碳化方式,一般只能生产大小在40-90nm的立方体纳米碳酸钙,无法生产粒径为nm以上的规整立方体。我国纳米碳酸钙厂生产的nm以上的纳米碳酸钙,通常就是细粒径的纳米碳酸钙与大粒径的轻钙或重钙混合,晶形不完整,粒径分布宽。

通过以上二种碳化方式的组合,可以制备无定形、立方体、柱形、纺锤形、片状、球形、针状等50多种不同晶形和大小的碳酸钙,粒径在20-nm可调。而我国只能生产立方体和纺锤形二种晶形的碳酸钙,且生产的立方体纳米碳酸钙晶形不规整、分散性差,导致产品
  稳定性不好,应用效果差。

5、活化处理

活化罐体积为30m3,功率为22kW,内部采用螺旋桨搅拌,转速为r/min。活化处理配方主要有脂肪酸、树脂酸、季胺盐、木质素、硅烷偶联剂、分散剂、丙烯酸、马来酸、硅酸钠、磷酸等药剂的组合,药剂制备温度为80-90℃,活化浆的温度控制为60-80℃,搅拌1小时。公司强调对客户的适用性,根据产品要求不同采用不同的活化配方,以达到特定的性能。

而我国纳米碳酸钙的活化配方比较单一,改性产品的针对性不强,不能很好地适应不同客户的需要,应用效果相对较差。

6、压滤脱水

采用日本新日铁公司生产卧式压滤机对活化浆液进行脱水,与国内相差不大。

7、干燥

干燥机采用多层网箱式干燥机,采用热风炉供热,这种干燥方式干燥出来的产品较好。我国也有厂家采用这种干燥方式。

8、粉碎

粉碎机采用有动静齿的棒销磨,转速一般控制在r/min。粉碎机带外选粉分级机,1#粉碎机中的外选粉分级机选出细度不合格的粉体,通过2#粉碎机再粉碎和分级一次。国内厂家通常采用一台粉碎机,选出的粗粉,再回到同一台机粉碎,易出现粗粒子。

9、包装

包装前采用大的料仓除去粉体中的气体。自动包装机为螺旋式包装机,采用三层牛皮纸的阀口袋包装。国内包装通常采用编织阀口袋,气体含量高,容易漏粉,造成环境污染。

资料来源:《刘亚雄.日本纳米碳酸钙生产工艺及产品介绍[J/OL].无机盐工业:1-9[-03-03]》,由编辑整理,转载请注明出处!

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