1 什么是碳酸鈣
碳酸鈣在自然界中隨處可見
如以上所列鐘乳石、石灰石、大理石、漢白玉、冰洲石、珍珠、貝殼、蛋殼等的主要成分都是碳酸鈣。
碳酸鈣是一種化學性質較為穩定的微堿性物質。在石灰巖里面，含有二氧化碳的水，滲入石灰巖隙縫中，會溶解其中的碳酸鈣。因此形成了鐘乳石。
碳酸鈣遇酸會分解，因此碳酸鈣粉體在運輸中應該要防止雨淋、受潮，不得與酸混運；貯存于干燥、陰涼通風的倉庫內。
2 碳酸鈣的分類
按制備方法不同可分為重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣。
碳化法制得的碳酸鈣稱為輕質碳酸鈣(簡稱輕鈣，LCC)或沉淀碳酸鈣(簡稱PCC)。
輕鈣的粉體特點是：
(1) 粒度小，一般平均粒徑在數微米以下；
(2) 粒度分布窄，可視為單分散粉體；
(3) 粒子晶型多樣化，應用于不同行業需要不同的晶型。
普通輕鈣粒徑為1～10 μm，比表面積為5 m2/g左右，一般認為只有填充功能；微細碳酸鈣的粒徑為0.1～1μm，比表面積為10～20 m2/g左右，具有半補強效能；超細活性碳酸鈣粒徑為0.01～0.1μm，比表面積為20～80 m2/g左右，具有較高的補強效能。
天然礦物直接經由機械粉碎（研磨法）所得產品，因其比重大于輕鈣，故名重質碳酸鈣(簡稱重鈣，GCC )。
重鈣的粉體特點是：
(1)粒子形狀不規則；
(2)粒度分布比較寬，是多分散體；
(3)粒度比輕鈣要粗，同樣是超細鈣，超細重鈣的粒度比超細輕鈣的粒度級別要相差一級，即超細重鈣的粒度只相當于微細輕鈣的粒度。此外，重鈣還具有價格低廉、容易制取、工廠投資僅為輕鈣的1/4～1/3等特點。
活性鈣、膠質碳酸鈣有什么不同？
活性鈣：又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣、膠質碳酸鈣。用碳酸鈣的親水性和疏水性來判斷是否活化。
活性碳酸鈣的特點：粒徑小、吸油值低、分散性好、能補強等。
3 什么是納米碳酸鈣
國內碳酸鈣行業是以平均粒徑為基礎把輕質碳酸鈣產品劃分為以下五個粒度等級：
微粒碳酸鈣，粒徑 > 5000 nm;
微粉碳酸鈣，粒徑范圍為1000～5000 nm;
微細碳酸鈣，粒徑范圍為100～1000 nm；
超細碳酸鈣，粒徑范圍為20～100 nm；
超微細碳酸鈣，粒徑 < 20 nm。
超細碳酸鈣和超微細碳酸鈣(合稱納米碳酸鈣)的粒徑在1～100 nm范圍內。
納米碳酸鈣(又稱超細碳酸鈣)粉體的特點是：
(1) 粒子細：平均粒徑為10～100 nm；
(2) 比表面積大：比普通輕質碳酸鈣大近8倍；
(3) 表面經過活化處理，活化率較高，具有不同的功能和用途；
(4) 白度較高，適宜作淺色制品，pH值呈弱堿性；
(5) 晶型多樣化，應用于不同行業需要不同的晶型。
由于納米碳酸鈣的晶型可控、半補強和補強作用等優異的納米材料的特性，是目前重鈣不具備的，因此，盡管其價格遠高于重鈣，生產技術也復雜的多，但是用作許多中高檔產品的功能性填料方面是重鈣所無法取代的，也是超細輕鈣的研發技術方興未艾的根源所在。
4 納米碳酸鈣是怎樣生產出來的
生產流程如下
(1) 煅燒
石灰石經過預處理，同煤按一定比例混合均勻后經混料豎窯(如左圖)煅燒，產生氧化鈣(石灰)、二氧化碳。
(2) 消化
煅燒得到的石灰除渣后送消化池（如右圖）與水進行消化反應生成石灰乳。
(3) 碳化
石灰乳經除渣精制后的精漿液，根據碳化要求控制到一定溫度、一定濃度送往碳化反應設備(碳化塔)與窯氣進行碳化反應。
(4) 改性
納米碳酸鈣屬無機材料，與高聚物相容性差，必須對碳酸鈣進行表面改性，改性劑有脂肪酸、樹脂酸、偶聯劑等類型。
(5) 壓濾
改性完畢的納米碳酸鈣為漿料，為了獲得納米碳酸鈣產品，需用壓濾機對其進行壓濾進行脫水。
(6) 干燥分級包裝
壓濾后的納米碳酸鈣仍然含有大量水分，為了便于包裝、運輸、貯藏和使用，需進行干燥、分級和包裝。
5 納米碳酸鈣產品的主要技術指標
碳酸鈣的主含量
碳酸鈣的主含量多少：普通輕鈣＞活性輕鈣＞專用納米鈣。納米碳酸鈣的主含量要求較低，而有害雜質含量要求微量。
晶型
晶型與粒徑有關系，一般粒徑大于200 nm時，晶型多為不對稱形，如紡錘形、棒狀等；當粒徑在50～120 nm之間時，一般為對稱形，如立方體、球形等；當粒徑小于30 nm時，多為立方體和顆粒狀，且晶體容易連接成鏈狀。
沉降體積是單位質量的產品碳酸鈣在100 m1水中震蕩并靜置3h后所具有的體積(ml)。沉降體積越大，說明產品粒度越小、比重越輕、產品檔次越高。
吸油值
對于活性鈣來說，隨碳酸鈣表面吸附的活性含量的增加，吸油值呈下降趨勢。
活化與否
普通碳酸鈣未經活化處理，呈親水性，與水可以按不同比例混合，經攪拌之后，靜置幾小時皆沉淀在水中；經活化處理后的碳酸鈣一般呈疏水性，再三攪拌之后，碳酸鈣始終漂浮在水面上。
比表面積判斷是否微細
碳酸鈣的平均粒徑與其比表面積有著內在的聯系，可以通過其比表面積的大小來較準確地判斷平均粒徑的大小。
以下是經驗值：
普通重質碳酸鈣比表面積為1 m2/g左右。
重質微細碳酸鈣比表面積為1.45～2.1 m2/g。
普通輕質碳酸鈣比表面積為5 m2/g左右。
輕質微細碳酸鈣比表面積為27～87 m2/g左右。
輕質超細碳酸鈣比表面積為60～100 m2/g。
白度的測定方法
納米碳酸鈣對白度的要求主要是根據其填充的對象不同而不同。
碳酸鈣產品的系統命名方法
為了便于碳酸鈣產品的開發、推廣、應用和區別，碳酸鈣行業制訂了如下系統命名方法。命名由三項組成，第一項為漢語拼音字母；第二項由阿拉伯數字組成；第三項為拼音字母。
其意義為:第一項表示加工方法，用Z, Q表示。其中，
Z——表示非化學方法加工的重質碳酸鈣。
Q——表示化學方法加工過的輕質碳酸鈣。
第二項表示產品的平均粒徑范圍。其中:
1：d＞ 5μm
2：lμm＜d≤5 μm
3：0.1μm＜d≤1 μm
4：0.02μm＜d ≤0.1μm
5：d＜0.02μm
第三項表示產品改性處理與否。其中：
B—表示未經改性；
G—表示經表面活性劑處理。
6 納米碳酸鈣(NPCC)與其它碳酸鈣的比較
7 納米碳酸鈣的應用
納米碳酸鈣作為一種無機化工產品，經表面改性處理而成為一種功能性的填充材料，廣泛應用于塑料、橡膠、油墨、涂料、造紙、膠粘劑、密封膠等工業，還應用于食品、醫藥、飼料、建材、化纖等行業。
（1）在橡膠中的應用
 碳酸鈣是橡膠工業中應用最早，用量最大的填料，碳酸鈣主要應用于輪胎、膠鞋、電線電纜，橡膠密封制品等，它不僅可以增加產品體積，節約高價的天然橡膠和降低成本，還可以改進橡膠的性能。納米碳酸鈣在橡膠工業中多用于內胎和外胎特殊部位，膠帶、膠管、膠布等橡膠制品。添加了納米碳酸鈣的橡膠制品其硫化膠拉長率、抗撕裂性能、壓縮變形和耐屈繞性能，都明顯好于添加一般碳酸鈣的產品。在橡膠制品中添加立方體納米碳酸鈣可以使制品具有補強性，由于在橡膠制品中具有良好的分散性，可制得透明和半透明的橡膠制品。
納米碳酸鈣應用于橡膠中的幾個技術因素
晶型：不同晶型中立方體部分呈鏈鎖狀的晶型適合用于橡膠。
粒徑：以80～120 nm為宜，粒徑太小。
水分：為了利于提高硫化速度，一般要求小于0.5%。
吸油值：橡膠用納米碳酸鈣的吸油值越大，對橡膠的浸潤性和補強性越好。
pH值：橡膠應用中的pH主要是影響其硫化速度，一般納米碳酸鈣的pH值在9～10.5之間。
表面改性：選擇適宜的分散劑和改性劑(脂肪酸或偶聯劑)等。
(2) 在塑料中的應用
對塑料說來，普通碳酸鈣只能起到填充劑的作用，只有改性納米碳酸鈣填充在塑料制品中才能有除填充之外的活性劑和補強劑的作用。改性納米碳酸鈣可以增加產品體積、降低成本、提高硬度和耐熱性以及剛度、改進加工性能、提高擦傷性和平滑度，還可以提高薄膜的透明性、韌性、開口性、抗老化性能等，對沖擊強度有增韌效果，也對共混中的黏流行具有效果。納米碳酸鈣還可以提高塑料制品的彎曲強度、拉伸強度、熱變形溫度和尺寸穩定性。
納米碳酸鈣已廣泛應用于通用塑料中，如聚氯乙烯(PolyVinylChloride)，簡稱PVC，聚丙烯(Polypropylene)，簡稱PP，聚苯乙烯(Polystyrene)，簡稱PS；在工程塑料中也有部分應用，如聚酰胺(Polyamide)，簡稱PA，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯簡稱ABS。
納米碳酸鈣應用于塑料中的幾個技術因素
晶型：以立方體和球形的晶型為宜。
粒徑：以80～120 nm為宜。
水分：一般要求小于0.5%。
吸油值：此值以低為宜，一般在25～60 m2/g之間。
pH值：此值盡可能低一些。
分散性：用于塑料的納米碳酸鈣需要在塑料體系中具有良好分散性，防止顆粒的二次凝聚。
重金屬的含量：此含量越低越好。
鹽酸不溶物：主要是指納米碳酸鈣中的黑點和黃點等雜質，必須嚴格控制。
（3）納米碳酸鈣在涂料中的應用
納米碳酸鈣在涂料中不僅作為優質增白的顏料，降低成本，提高涂料的光澤度，干燥性和覆蓋力，還有透明性、穩定性、補強作用、快干等特點。在汽車涂料、粉末涂料、建筑涂料中，可以部分或全部替代鈦白粉，完全可以達到相同的效果。粒徑小于80 nm的納米碳酸鈣具有良好的觸變性，可應用于汽車底盤防石擊涂料和面漆。
 納米碳酸鈣應用于涂料中的幾個技術因素
良好的剪切稀化效應：該效應可以保證施工噴涂中降低黏度，具有良好的流動性不把噴槍口堵塞。
良好的觸變性能：粒徑以30～80 nm為宜。
(4) 納米碳酸鈣在油墨中的應用
印刷油墨市場要求高性能的納米碳酸鈣。納米碳酸鈣用于油墨產品中表現出優異的分散性、透明性、極好的光澤和優異的油墨吸收性以及干燥性。用于油墨的納米碳酸鈣必須經過活性處理，晶型以立方體和球形為主。
 納米碳酸鈣應用于油墨中的幾個技術因素
晶型：立方體納米碳酸鈣具有流動性好和吸油值低以及分散性好等優點，很適合用于油墨中的填料。
透明度：它與粒徑和晶型以及分散性有關。
細度：它是反映納米碳酸鈣及其它顏料的研墨程度和分散狀況的指標。碳酸鈣應盡可能讓鹽酸不溶物越低越好，這樣能使分散性好。
黏度：它與納米碳酸鈣的用量和分散性以及粒徑有關。
流動度：油墨的流動度是黏度的倒數，表示油墨的稀稠程度。
光澤度：它是大多數油墨的一項主要的特性指標。
白度：白度一般大于80%，如果太高將影響其它顏料的遮蓋力。
水分：油墨對水分的要求不高，小于3%即可。
(5) 納米碳酸鈣在膠黏劑中的應用
膠黏劑(adhesive) ：又稱粘合劑、粘接劑，簡稱膠。它是一種能夠把兩種同類或不同類材料緊密地結合在一起的物質。
納米碳酸鈣應用于膠黏劑中的幾個技術因素
晶型：立方體、菱形六面體、立方體部分呈鏈鎖狀的晶型比較適合用于膠黏劑。 16
粒徑：以60～100 nm為宜。
水分：納米碳酸鈣的水分含量低為宜，一般小于0.5%。
pH值：此值偏低為宜。
吸油值：它是影響碳酸鈣在膠中浸潤性的因素。
比表面積：納米碳酸鈣的比表面積在20～25m2/g為宜。
表面改性：納米碳酸鈣表面改性效果的好壞將影響其顆粒對膠體的摻合作用，影響膠體的觸變性。
(6) 納米碳酸鈣在造紙中的應用
在造紙填料方面，納米碳酸鈣目前主要用于特殊紙制品，如尿不濕、衛生巾等。其高避光性、高亮度，可提高紙品的白度和避光性；其高膨脹性，能使造紙廠使用更多的填料而少用紙漿，大幅度降低原材料成本；納米碳酸鈣粒度細小、均勻、對紙機的磨損小，并使生產的紙制品更加均勻、平整；其高吸油值，能提高彩色紙的顏料牢固性，還賦予紙張良好的折曲性、柔軟性，以及對油墨和水良好的吸收性。
(7) 納米碳酸鈣在化妝品中的應用
碳酸鈣在化妝品中的應用在很早以前就有人使用，如用珍珠粉進行化妝或用溫泉的碳酸鈣泥漿進行化妝等。工業界在精研天然碳酸泉的基礎上，模仿天然碳酸溫泉作用和有益化學成分，輔之具有美白和保濕功效成分，已經制備出人工碳酸泉制劑。
(8) 在其他方面的應用
食品
食品專用納米碳酸鈣以其純度高、分散性好、抗沉降性能優越、溶解性好、容易吸收、口感好、超低雜質含量等特性廣泛應用于食品領域；作堿性劑、營養增補劑、面團調節劑、固化劑、酵母養料、抗結塊劑、疏松劑、膠姆糖助劑、改性劑，特別適應于鈣營養強化保健食品、鈣片、膠囊、面制品、谷物早餐、餅干、乳制品、豆粉、軟飲料、藕粉等。
醫藥
納米碳酸鈣在藥品中有著極其重要的用途。普通碳酸鈣由于粒徑大，不易被人體吸收，所以補鈣藥品大多是采用有機鈣，有利于人體吸收，補鈣效果好，但成本較高，價格昂貴。納米碳酸鈣的粒徑比普通碳酸鈣小得多，以無機鈣的形式人體極易吸收,成本比有機鈣低得多，比糖尿病人、尿毒癥病人采用有機鈣補鈣帶來的副效應少得多。
醫藥級碳酸鈣在藥品配方中作中和劑、助濾劑、緩沖劑和溶解劑以及作填料和鈣源補充劑。鈣是維持人體神經、肌肉、骨骼系統、細胞膜和毛細血管通透性正常功能所必需。用于妊娠、哺乳婦女、更年期婦女、老年人等的鈣補充，也可用于防治骨質疏松癥。
農業
使用納米碳酸鈣對農膜改性處理可解決成本、性能與價格的矛盾。雖然無機納米碳酸鈣與普通鈣粉填料一樣，不能起到對農膜的直接降解作用，但由于納米碳酸鈣特有的性能，使其能大比例均勻地填充于農膜中，使產品在成型和實施二次拉伸時，表面和內部形成無數微小縫隙，幫助并加速光/生物助劑對農膜的降解，制成的農膜既能保證質量和使用性能，又不增加生產成本，還可實現快速降解。
?歡迎進入【粉體論壇】
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信（biyyxtech）
|
