重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化與產(chǎn)品精細化發(fā)展探討
（合肥水泥研究設計院/秦廣超，崔嘯宇，葉衛(wèi)東，鄧小林）
（合肥水泥研究設計院/秦廣超，崔嘯宇，葉衛(wèi)東，鄧小林）
前言
近10年來，世界重質(zhì)碳酸鈣（簡稱重鈣，GCC）年生產(chǎn)能力迅速增長。據(jù)Roskill報道， 2007年為7200萬噸，其中我國重質(zhì)碳酸鈣達到了1190萬噸；2009年重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)已經(jīng)接近9000萬噸，其中我國約為1500萬噸。產(chǎn)能增加的主要原因是，在造紙業(yè)中，重鈣作為填料和涂布材料的用量大幅增加，造紙技術也由酸性向中、堿性技術的過渡發(fā)展；再者，塑料、橡膠、油漆、涂料、建材等工業(yè)部門快速發(fā)展也帶動重鈣產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。
在滿足下游應用行業(yè)規(guī)?；枨蟮倪^程中，重鈣生產(chǎn)企業(yè)漸漸認識到產(chǎn)品精細化的生產(chǎn)方式更是提高產(chǎn)品市場競爭力，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最佳途徑。產(chǎn)業(yè)規(guī)?；c產(chǎn)品精細化發(fā)展程度已成為衡量一個國家重鈣工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。
如何實現(xiàn)一個國家或地區(qū)重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；c產(chǎn)品精細化發(fā)展呢？
本文結(jié)合我院多年的重鈣生產(chǎn)實踐，從重鈣的資源現(xiàn)狀（原料）、生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀、市場需求變化等，探討重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；c產(chǎn)品精細化發(fā)展的有效途徑。
1、資源現(xiàn)狀與利用
重質(zhì)碳酸鈣作為典型的節(jié)能、綠色環(huán)保型礦物材料，其用途極其廣泛，也是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟社會的重要因素。我國是世界上出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)方解石的五大國之一，國內(nèi)優(yōu)質(zhì)方解石資源主要分布在四川寶興縣/石棉縣、廣西賀州、安徽池州青陽縣/宣城涇縣、廣東連州、福建、湖南張家界/來鳳縣、重慶、湖北五峰縣/黃石、江西永豐/宜春、浙江建德/衢州、河南南陽、遼寧海城、吉林、陜西和青海等地。
由于資源分布地域差異，原礦品位也不盡相同，因此生產(chǎn)的重鈣產(chǎn)品用途及應用行業(yè)也有所區(qū)別。為了實現(xiàn)產(chǎn)品精細化生產(chǎn)、實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益，建議重鈣企業(yè)根據(jù)其原料資源的特征，開發(fā)出滿足下游使用行業(yè)應用的實用性特征或功能性重鈣粉體，實現(xiàn)資源或產(chǎn)品附加值的提升。
盡管我國方解石礦資源豐富，但是優(yōu)質(zhì)資源畢竟有限。在資源的開發(fā)利用過程中，建議重鈣生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合市場需求及原礦品位差異，盡量合理利用原料（如大塊料與邊角料、碎石料進行合理搭配），這樣，既可以解決礦山開采造成的資源浪費與污染，又可以實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。
重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；c產(chǎn)品精細化的發(fā)展，將有利于解決我國方解石等資源開發(fā)利用過程中存在的：（1）資源濫采行為嚴重，“小、散、亂”問題普遍存在；（2）資源粗放加工，未得到高附加值有效利用；（3）優(yōu)質(zhì)原礦資源和低端產(chǎn)品外運問題突出等問題。
2、生產(chǎn)現(xiàn)狀
2.1加工裝備與技術現(xiàn)狀
重質(zhì)碳酸鈣粉是以天然方解石、大理石、白云石或白堊為原料，經(jīng)機械設備粉磨和分級后達到一定細度的粉狀產(chǎn)品。生產(chǎn)方法有：干法和濕法。
國內(nèi)干法工藝設備主要有雷蒙磨、高速機械沖擊式粉碎機、氣流磨、球磨機、振動磨、環(huán)輥磨機和立式磨等等，其中雷蒙磨主要加工200-400目的粉體產(chǎn)品，配置分級機可加工出800目的產(chǎn)品，但是單機規(guī)模??；高速機械沖擊式磨機、氣流磨、振動磨主要用于加工800-1500目產(chǎn)品的生產(chǎn)，但是存在能耗高、生產(chǎn)能力小的問題，該類設備需結(jié)合產(chǎn)品市場需求做進一步改進，或針對市場需求生產(chǎn)具有一定功能的，符合下游應用行業(yè)小批量需求的特征粉體。
我國的雷蒙磨、氣流磨、振動磨等國產(chǎn)粉磨設備，在一定程度上、一定時期內(nèi)滿足了國內(nèi)重鈣產(chǎn)品加工的需求，實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟效益。但是，隨著產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，以上設備需進行技術革新來適應現(xiàn)代非礦產(chǎn)業(yè)規(guī)模化及其產(chǎn)品精細化發(fā)展的市場需求。近年來，球磨機、環(huán)輥磨等設備也在一定程度上促進了我國非礦粉體行業(yè)的技術進步與發(fā)展，實現(xiàn)了一定程度上的產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和產(chǎn)品精細化發(fā)展。
干法加工的優(yōu)勢在于：有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；耙欢ǔ潭鹊漠a(chǎn)品精細化；濕法加工的優(yōu)勢在于：有利于實現(xiàn)較高程度的產(chǎn)品精細化。從實踐來看，2500目以下的產(chǎn)品，一般以干法生產(chǎn)為宜；2500~6500目產(chǎn)品，通常以濕法生產(chǎn)為宜。
日本、德國、美國、加拿大等國一直保持重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；彤a(chǎn)品精細化領域世界先進水平的主要原因：首先是其超細粉碎、研磨及精細分級等裝備技術領先；其二是系統(tǒng)設備合理選型及其工藝設計優(yōu)化組合；其三是先進的系統(tǒng)工藝電氣控制系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)穩(wěn)定運行和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。簡而言之，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和精細化途徑基本上都是采用高效節(jié)能大型裝備與先進的生產(chǎn)工藝技術，例如其規(guī)?；a(chǎn)基本上是利用立式磨或球磨機等大型干法研磨裝備技術與超細分級機組合，而產(chǎn)品精細化基本上是采用大型濕法/干法裝備技術、改性裝備與超細分級機成套技術完成。
2.2 產(chǎn)業(yè)規(guī)模與產(chǎn)品結(jié)構現(xiàn)狀
從世界范圍來看，美國的超細重鈣年生產(chǎn)能力占各國之首，其次是西歐和日本，而我國近年來雖然也取得了令人鼓舞的成績，但與發(fā)達國家相比，還存在較大的差距。
據(jù)中國非礦協(xié)會碳酸鈣專業(yè)委員會統(tǒng)計，目前中國碳酸鈣加工企業(yè)近千家，其中具有一定規(guī)模的重質(zhì)碳酸鈣企業(yè)400余家，年產(chǎn)量 400萬噸左右。從企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模看，生產(chǎn)能力3 萬t/a 以下企業(yè)占50%，5 萬t/a 以上企業(yè)不足10%，企業(yè)間沒有產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟合作發(fā)展之遠景，企業(yè)的規(guī)?；獰o法體現(xiàn)。如我國廠家多、規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量差；普通產(chǎn)品多，專用產(chǎn)品少；多數(shù)廠家設備陳舊，技術落后，自控水平差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。加之國內(nèi)重質(zhì)碳酸鈣行業(yè)無序競爭等問題的存在，使得我國重鈣企業(yè)生存和發(fā)展舉步維艱。
經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)重鈣產(chǎn)品品種也從最初的“雙飛粉”(200目 )、“三飛粉”（325目）發(fā)展到400～2500目等不同規(guī)格高檔超細重鈣粉，白度≥90 %，最高可以達到96-97%。從產(chǎn)品結(jié)構來看，200～325目占50％，325～1250目占35％，1250目以上的約占15％，其中經(jīng)過表面處理的只占到12％左右，明顯看出一半以上為粗粉制品，而精細功能化產(chǎn)品嚴重短缺，產(chǎn)品結(jié)構不完善問題較為突出。
3、市場需求與原料選擇
重質(zhì)碳酸鈣作為節(jié)能減排、綠色環(huán)保的礦物材料，被廣泛用于塑料、造紙、涂料和橡膠等行業(yè)，其應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)于：
1）節(jié)省石油資源和能源，對于建設節(jié)約型社會，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義；
2）重鈣類非金屬礦粉體的應用具有環(huán)保特性；
3）降低制品原材料成本，提高制品的市場競爭力；
4）優(yōu)化、改善或者提高材料（特別是塑料、造紙）某些性能；
5）可賦予塑料材料新的功能，而這種功能或效果是直接使用高分子材料所不可能做到的。
從市場應用來看，美國的超細重鈣年消費量均占各國之首，其次是西歐和日本，而我國重鈣企業(yè)普通產(chǎn)品剩余，專用產(chǎn)品少，滿足不了世界市場及國內(nèi)高端市場需求，造成花費大量外匯高價進口超細重鈣等。
隨著國內(nèi)下游企業(yè)在高檔產(chǎn)品應用方面對高端重鈣產(chǎn)品需求的增長，重鈣產(chǎn)品精細化、功能化發(fā)展問題顯得迫切和必然，與發(fā)達國家相比，我國重鈣應用目前還主要是初級產(chǎn)品，而重鈣應用的真正價值是它的深加工產(chǎn)品，即超細、高純、表面改性產(chǎn)品。當前國際上高端超細重鈣的生產(chǎn)及應用主要集中在美國、西歐和日本等。
重鈣原料的選擇是實現(xiàn)重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和產(chǎn)品精細化發(fā)展的首要條件之一。在進行重鈣精細化開發(fā)過程中，不僅需要注意白度、純度和細度要求，而且還要求對其粒度分布進行生產(chǎn)研究，某些應用場合還對粉體的顆粒形態(tài)做出嚴格要求。因為重鈣粉體的純度、細度、粒度分布及顆粒形狀會對材料的性能或功能的發(fā)揮有很大影響。同時結(jié)合市場及重鈣加工設備與工藝條件，對原礦的晶型構造、白度、CaCO3、MgO、Fe2O3、Al2O3、鹽酸不溶物等技術指標進行考察，目的是使原料物盡其用，生產(chǎn)符合市場需求的重鈣產(chǎn)品即可。即達到合理利用原礦資源，提高原礦和重鈣產(chǎn)品的附加值，實現(xiàn)重鈣產(chǎn)品精細化生產(chǎn)的目的。
4、重鈣產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾點設想
由上述重鈣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀可見，目前，我國重鈣產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決以下問題：（1）單套裝置生產(chǎn)規(guī)模普遍偏小、企業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)規(guī)模化程度低；（2）加工裝備技術及工藝與國際一流水平存在一定的差距，尤其是粉碎和分級設備，大型、高效、節(jié)能型裝備與技術應用較少；（3）產(chǎn)品結(jié)構單一，高端精細化、功能化產(chǎn)品嚴重缺乏，應用開發(fā)也相對滯后，（4）高能耗、高污染等問題，造成全行業(yè)的經(jīng)濟效益低下。
因此，結(jié)合有關專家的意見，對重質(zhì)碳酸鈣行業(yè)發(fā)展提出以下設想。
在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，做到“六要”：
一要合理布局。圍繞下游使用行業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度較高的地區(qū)布點建廠，同時企業(yè)分布不能過于集中，銷售半徑最好控制在500千米以內(nèi)，盡可能減少運輸費用；
二要上規(guī)模。對下游用戶來說，大企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、供貨能力、售后服務均有保障。用戶更希望與這類企業(yè)建立長期的合作關系。因此，企業(yè)大型化是重鈣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。重鈣產(chǎn)業(yè)的整合目標是：在全國建成50-80個產(chǎn)能在30-50萬噸的大型企業(yè)集團，全面提升企業(yè)及產(chǎn)業(yè)競爭力；
三要靠近資源地。新建項目選址最好靠近資源豐富且易開采的地區(qū)，以及勞動力成本較低、環(huán)境容量較大的地區(qū)，以便最大限度地降低成本，增強企業(yè)競爭力；
四要采用先進工藝技術。目前我國重鈣工藝技術五花八門，能耗相差較大。因此，企業(yè)在選擇工藝技術時，一定要多調(diào)查比較，選擇那些技術先進且實用，能耗低、環(huán)境友好的工藝技術與設備。否則，不僅會影響企業(yè)的效益和競爭力，還可能因能耗與污染物排放達不到越來越嚴格的節(jié)能減排與環(huán)保要求而遭到淘汰?？梢灶A測，能耗和環(huán)保問題，將是今后重鈣企業(yè)做大做強必須首先解決的問題；
五要嚴格項目審批。雖然方解石資源是我國最豐富的無機礦物資源之一，但碳酸鈣含量在95%以上的優(yōu)質(zhì)礦儲藏并不多，僅分布在四川、廣西、廣東、安徽等少數(shù)地區(qū)。因此，各地在批建碳酸鈣項目時，一定要從嚴審批，切忌四處布點，搞重復建設；
六要多生產(chǎn)適銷對路的產(chǎn)品。碳酸鈣粉體的最大優(yōu)勢，是其良好的填充性和低廉的價格。除特殊產(chǎn)業(yè)外，微粒碳酸鈣、微粉碳酸鈣和微細碳酸鈣的細度已經(jīng)完全可以滿足塑料加工、橡膠、電線電纜、涂料、煤化工、飼料添加劑等領域的要求，無需加工成納米級碳酸鈣。因為微粒越細，加工工藝越復雜，工序越多，能耗越高，企業(yè)生產(chǎn)成本越高。因此，碳酸鈣企業(yè)要摒棄前幾年熱炒納米概念的陋習，安心做好適銷對路的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品技術含量高，特色鮮明，附加值高，既避免了同質(zhì)化競爭，又能獲得較好收益。
在產(chǎn)品及其加工技術發(fā)展方面做得“一提升、二開發(fā)”：
重鈣現(xiàn)有加工裝備與技術水平的提升，即針對2500目以下重鈣現(xiàn)有加工技術中較普遍存在的產(chǎn)品粒度分布寬泛、團聚現(xiàn)象嚴重、生產(chǎn)過程能耗較高等共性問題開展研究，找出相應的解決辦法。
重鈣深加工技術研究開發(fā)，即開展超細重鈣、高純重鈣、活性重鈣等的工程技術研究開發(fā)，并以重鈣深加工產(chǎn)品的系列化、精細化、專門化等為目標，開展與之相匹配的深加工技術的研究開發(fā)等。
重鈣深加工產(chǎn)品應用技術研究開發(fā)，即在開展重鈣產(chǎn)品在傳統(tǒng)應用領域研究開發(fā)的同時，開展優(yōu)質(zhì)重鈣在玩具塑料、電器塑料、牙膏、食用包裝紙等方面的應用研究開發(fā)，進一步開展重鈣在高級建材、裝飾品、醫(yī)用材料、生物傳導、光電材料等新領域中的應用開發(fā)，并探索其作為吸附劑、抑制劑等在環(huán)境保護領域中的應用研究開發(fā)等。
5、節(jié)能型裝備與先進加工工藝技術相結(jié)合
目前超細重鈣實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；彤a(chǎn)品精細化生產(chǎn)的主流工藝有兩種：一是立式磨+二次或三次分級、二是球磨機+一次或二次分級。
近年來，國內(nèi)科研院所及相關企業(yè)在探索非礦產(chǎn)業(yè)規(guī)?；彤a(chǎn)品精細化發(fā)展之路時，目光開始轉(zhuǎn)向高效、節(jié)能型的裝備與技術，例如立式磨或球磨機裝備及其配套技術，實踐也漸漸說明，該類裝備與技術可以作為實現(xiàn)重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；彤a(chǎn)品精細化發(fā)展的有效途徑。
5.1 球磨機工藝
目前，球磨+超細分級機的工藝路線比較成熟，球磨機的大型化中國處于國際先進水平，超細分級裝備的大型化發(fā)展也比較成功，較國外相比差距較小。該工藝技術和裝備可以滿足非礦規(guī)模生產(chǎn)600-2500目產(chǎn)品的要求，對大于2500目以上產(chǎn)品的可以生產(chǎn)，但是噸產(chǎn)品能耗會很高，產(chǎn)品顆粒缺陷較濕法加工工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品多。
同時，球磨機配分級機的工藝路線因球磨機的研磨效率比較低，過研磨現(xiàn)象嚴重，所以造成粉磨電耗較高，這是其最大的弱點。
下面列舉安徽某公司球磨機+分級機生產(chǎn)線工藝流程，具體如圖1所示：
圖1 安徽某公司重鈣生產(chǎn)工藝流程示意圖
5.2 立式磨工藝
立式磨或立式磨+二次分級、三次分級工藝作為非礦粉體干法超細加工技術的主要進展之一，符合國家節(jié)能減排工作的要求。
立式磨加二次、三次分級工藝在我國臺灣省、東南沿海及內(nèi)地已經(jīng)得到推廣應用，也促進了這些地區(qū)重鈣產(chǎn)品精細化發(fā)展。馬來西亞、印尼和日本等國家早在八十年代就普遍采用立式磨加二次、三次分級生產(chǎn)技術，而且立式磨在這些地區(qū)的應用領域涉及重鈣、白云石、葉臘石和重晶石等非礦行業(yè)。
立式磨和球磨是兩種不同的技術路線。首先，立式磨是采用碾壓、剪切原理，可以即時將達到粒度要求的顆粒隨氣流帶走，從而避免了球磨機的過研磨情況，從而達到了節(jié)能的目的。其次，立式磨集細碎、粉磨、烘干（如果需要）、分級、輸送功能于一身，工作效率較高，節(jié)能效果顯著。再者，根據(jù)立式磨的粉碎原理，可以滿足生產(chǎn)微觀結(jié)構形態(tài)破壞性?。幢３衷系念w粒原有形貌）、污染?。ズ男。┑漠a(chǎn)品生產(chǎn)。立式磨的最大特點是電耗方面優(yōu)于球磨，較球磨機工藝，可節(jié)電25%左右，同時其加工產(chǎn)品流動性好、粒度分布更合理。
國內(nèi)超細立式磨目前的技術現(xiàn)狀是，可以大規(guī)模一次性生產(chǎn)325-1000目產(chǎn)品，但技術仍需改進。從節(jié)能、規(guī)模化及一定程度的精細化生產(chǎn)重鈣微粉的角度看，立式磨+二次分級工藝完全可以適應600-2500目超細重鈣粉體的規(guī)模化生產(chǎn)，其最明顯的優(yōu)勢在于節(jié)能。但是該工藝仍然存在二次分級下品如何處理及2500目以上功能化、超微細化產(chǎn)品如何實現(xiàn)的問題。因此在實踐過程中，提出以下立式磨+二次分級與濕法磨組合工藝，流程如圖2所示：
圖2 立式磨工藝及其產(chǎn)品結(jié)構設計
為了適應現(xiàn)代市場對精細化產(chǎn)品的需求，首先利用立式磨出品的325-800目的產(chǎn)品，適應市場對普通重鈣粉的需求，這樣充分發(fā)揮了立式磨的規(guī)?；凸?jié)能優(yōu)勢；其次采用超細分級設備對部分325-800目產(chǎn)品進行二次或三次分級，生產(chǎn)1000-2500目的中高檔精細粉，適應市場中高端需求，這樣充分發(fā)揮了分級設備的精細分級和節(jié)能優(yōu)勢；對于分級下品采用濕法磨等設備進行精細研磨，生產(chǎn)2500-6500目的超微精細粉體，滿足高端需求。這樣即實現(xiàn)了重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化產(chǎn)品精細化，又完善了產(chǎn)品結(jié)構。6、結(jié)語
重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化與產(chǎn)品精細化加工的實現(xiàn)，必須借助于優(yōu)良的原礦資源和大型節(jié)能裝備與先進工藝，做到合理選型和優(yōu)化工藝相結(jié)合，同時針對市場需求情況確定具體的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。
據(jù)中國無機鹽工業(yè)協(xié)會獲悉，“十二五”期間將推進碳酸鈣產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整的一個措施，就是大力發(fā)展重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)，替代部分輕質(zhì)碳酸鈣的落后產(chǎn)能。國家政策的支持也預示著重鈣產(chǎn)業(yè)將迎來大跨越發(fā)展的春天。
同時看到，立式磨+二次分級+濕法磨的重鈣加工工藝作為近年來干法超細粉碎與精細加工技術的主要進展之一，也是實現(xiàn)重鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；彤a(chǎn)品精細化的有效途徑之一。
來源：中國粉體技術網(wǎng)
