Карбонат кальция (CaCO₃) — широко используемый неорганический неметаллический материал, широко применяемый в производстве пластмасс, бумаги, покрытий, резины и многих других отраслях. Его эксплуатационные характеристики, особенно в плане размера частиц и морфологии, практически полностью зависят от одного важнейшего этапа: измельчения. Цель этой серии вопросов и ответов — рассмотреть необходимость, ключевое оборудование и технологии измельчения карбоната кальция.
В1: Почему карбонат кальция необходимо измельчать перед использованием?
АКарбонат кальция обычно встречается в виде таких минералов, как кальцит, мрамор или известняк. Эти добываемые материалы имеют крупнозернистую структуру и неоднородную чистоту, что делает их непригодными для непосредственного промышленного использования. Измельчение служит нескольким основным целям:
- Повышенная белизна: Измельчение и классификация помогают удалить примеси, повышая чистоту и белизну.
- Уменьшение размера частиц: Достичь микрометрового или даже нанометрового уровня, отвечающего отраслевым требованиям к тонкости.
- Увеличение удельной площади поверхности: Более мелкие частицы обеспечивают большую площадь поверхности, улучшая связь с базовыми материалами (такими как полимеры или жидкие покрытия) и улучшая заполняющие, армирующие и загущающие свойства.
- Улучшенная диспергируемость: Однородный мелкодисперсный порошок легче диспергируется в рецептурах, предотвращая агломерацию и улучшая качество продукта.
В2: Каковы основные типы помола карбоната кальция и для каких продуктов они подходят?
А: Измельчение карбоната кальция можно разделить на сухое измельчение и мокрое шлифование, при этом основным процессом является сухое измельчение.
| Тип шлифования | Применимый размер частиц | Типичный продукт | Основное оборудование |
|---|---|---|---|
| Сухое измельчение | От крупного порошка (>10 мкм) до ультрадисперсного порошка (<5 мкм) | Молотый карбонат кальция (GCC) | Мельница Реймонда, вертикальная валковая мельница, механическая ударная мельница, шаровая мельница |
| Мокрое шлифование | От ультратонких (<3 мкм) до наноразмерных (<100 нм) | Высококачественные покрытия, наполнители для бумаги, суспензия нанокарбоната кальция | Мельница с перемешиванием (песочная мельница), шаровая мельница |
Мокрое измельчение позволяет добиться более высокой тонкости и более узкого распределения размеров частиц, что делает его необходимым для производства высококачественных и функциональных продуктов из карбоната кальция.
В3: В чем заключается существенная разница между классическим «Шаровая Мельница» и «Raymond Mill» в производстве карбоната кальция?
А:
| Особенность | Рэймонд Милл | Шаровая Мельница |
|---|---|---|
| Принцип работы | В основном измельчение с некоторым ударом. Ролики плотно прижимаются к кольцу под действием центробежной силы; материал измельчается и переносится потоком воздуха. | В основном ударное воздействие с некоторой степенью измельчения. Вращающийся цилиндр заставляет мелющие тела (стальные шары) ударяться об материал и измельчать его. |
| Тонкость | Подходит для порошков среднего и тонкого размера (D90 ≈ 10 мкм – 325 меш). | Широкий диапазон — от грубого до ультратонкого (менее 5 мкм в сочетании с классификатором). |
| Емкость | Умеренный, идеально подходит для мелко- и среднесерийного производства. | Высокая производительность, подходит для крупномасштабных непрерывных операций. |
| Особенности процесса | Встроенный классификатор обеспечивает интегрированное измельчение и классификацию с помощью простого потока. | Для работы в замкнутом цикле требуется внешний классификатор; система более сложная, но высокостабильная. |
| Потребление энергии | Относительно высокая удельная производительность. | Высокая при сверхтонком помоле, но работа в замкнутом цикле повышает эффективность. |
В итоге:
Мельницы Raymond компактны, просты и идеально подходят для производства среднетонких порошков на малых и средних предприятиях, в то время как шаровые мельницы, особенно в сочетании с воздушными сепараторами, необходимы для высокопроизводительного производства сверхтонкого карбоната кальция.
В4: Как измельчающее оборудование может производить карбонат кальция в наномасштабах?
А: Существует два основных способа производства нанокарбоната кальция:
- Осажденный карбонат кальция (PCC): Синтезируется химическим путем с помощью таких реакций, как гашение извести и карбонизация, с последующим влажным сверхтонким диспергированием.
- Ультратонкое измельчение (GCC): Механическая очистка природного карбоната кальция до предельного размера частиц.
В процессе ультратонкого измельчения основным оборудованием является мельница с перемешивающим устройством (или песчаная мельница). Она использует высокоскоростную мешалку для перемещения высокотвёрдых мелющих тел (например, циркониевых шариков), которые оказывают интенсивное ударное и сдвиговое воздействие на частицы карбоната кальция, уменьшая их размер до менее 1 мкм или даже около 100 нм.
Конечный продукт влажного помола обычно продается в виде суспензии, что позволяет избежать проблем с высыханием и дисперсией.
В5: Кроме того ОборудованиеКакие еще технические факторы имеют решающее значение в процессе измельчения?
А: Шлифовка - это систематический процесси помимо выбора оборудования, не менее важны следующие аспекты:
- Использование шлифовальных средств: При сухом сверхтонком помоле добавки помогают снизить расход энергии и предотвратить агломерацию частиц.
- Технология классификации: Высокоэффективные классификаторы имеют решающее значение для разделения качественного продукта и возврата крупного материала на повторное измельчение, обеспечивая равномерное распределение размеров частиц (PSD).
- Модификация поверхности (покрытие): Свежеизмельченные частицы карбоната кальция обладают высокой поверхностной энергией, что приводит к плохому диспергированию. Покрытие поверхности (жирными кислотами или связующими агентами) сразу после измельчения или классификации улучшает совместимость и диспергирование в органических матрицах.
- Контроль энергоэффективности: Измельчение — энергоёмкий процесс. Выбор высокоэффективного оборудования (например, вертикальных валковых мельниц) и оптимизация параметров процесса имеют ключевое значение для снижения производственных затрат.