以石灰石為原料經(jīng)鍛燒、消化、碳酸化、分離、干燥分級制取的產(chǎn)品稱(chēng)為輕質(zhì)碳酸鈣，是用途最為廣泛的無(wú)機填料之一，廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、涂料、油漆、油墨、印刷、電纜、食品、醫藥、化妝品、日用品、飼料、潤滑油等各個(gè)行業(yè)。
超細碳酸鈣，特別是納米碳酸鈣微粒，不僅保留了原碳酸鈣的性能，還具有納米微粒的特性。而且，通過(guò)控制制備條件，可以得到不同粒徑不同晶體形狀的納米碳酸鈣。因此，納米鈣與輕鈣在在生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制、外觀(guān)、粒徑、應用等方面有很多不同。了解它們之間的區別，有助于我們辨別并根據不同需求開(kāi)發(fā)不用功能的碳酸鈣產(chǎn)品。
1、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制的差異
輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法雖然不少，但在國內實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)的幾乎只有碳化法。將石灰石等原料鍛燒生成生石灰主要成份為氧化鈣和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳主要成份為氫氧化鈣，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，最后碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。此法具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、原料豐富等顯著(zhù)特點(diǎn)，滿(mǎn)足不同行業(yè)的要求。
我國于上世紀80年代初開(kāi)始研制和生產(chǎn)納米碳酸鈣，并于80年代末實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。國內的研究開(kāi)發(fā)單位主要有北京化工大學(xué)、華東理工大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)化工學(xué)院、中科院合肥固體物理研究所、天津化工研究院等。
納米碳酸鈣的生產(chǎn)過(guò)程主要分四個(gè)工序：煅燒凈化、消化、碳化、干燥包裝。生產(chǎn)時(shí)先將精選的石灰石礦石鍛燒，得到氧化鈣和窯氣然后將氧化鈣消化，并將生成的懸浮氫氧化鈣在高剪切力作用下粉碎，經(jīng)多級旋液分離除去顆粒及雜質(zhì)，得到一定濃度的精制的氫氧化鈣懸浮液之后通入，加入適當的表面改性劑，碳化至終點(diǎn)，得到碳酸鈣漿液再進(jìn)行脫水、干操、表面處理，最終得到所要求的納米碳酸鈣產(chǎn)品。
1）消化
輕鈣制備工藝對消化溫度以及消化用水質(zhì)量要求不高，可以利用離心脫水的回收濾液作為消化的熱水，這樣可以充分利用熱能提高消化反應溫度，同時(shí)降低生產(chǎn)中的水的消耗量。一般要求石灰為中燒或過(guò)燒即可，消化后的生漿粘度較低，有利于提高碳化效率。
制備納米碳酸鈣應采用活性較高的輕燒石灰，控制較高的消化溫度和穩定的生漿粘度?？衫蒙鷿{精制過(guò)程中的洗渣液作為消化水，但不能采用熟漿濾液消化，因為濾液中含有大量的碳酸鈣晶體，加入到生漿中將成為晶種參與碳化反應，影響碳化結晶的均勻性，容易在結晶過(guò)程中產(chǎn)生大顆粒晶體，影響產(chǎn)品粒徑分布范圍。
2）碳化
制備輕鈣不控制碳化反應的初始溫度，也幾乎不控制生漿的濃度和粘度以及的濃度。有時(shí)為了提高碳化速度，在沉降體積達到要求的情況下，在碳化初始的生漿內添加一部分熟漿，可明顯提高碳化反應速度，又可作為調節產(chǎn)品沉降體積的一種手段。
制備納米碳酸鈣采用與普通輕鈣不同的碳化反應器，裝有可控制反應溫度的冷水夾套或提高氣液混合的攪拌器等裝置以及制冷設備等?？刂粕鷿{碳化的起始溫度、石灰乳液濃度、仇濃度、溫度、流量以及攪拌速度等工藝參數，還可以采用多級碳化的方式控制晶體的粒徑和晶形。由于在碳化反應初期不能帶入較多的晶種，因此碳化反應器應便于清洗，以便于每批次碳化結束后對系統進(jìn)行必要的清洗。也可以在生漿或碳化反應過(guò)程中添加一定量的晶形控制劑，起到調節反應速度，提高晶體分散性能和控制結晶的作用，其碳化工藝控制較普通輕鈣或微細鈣復雜得多。
3）干燥
輕鈣一般只要控制產(chǎn)品的白度、水分、篩余物和值等指標達到要求即可，所以在產(chǎn)品干燥后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單篩分后包裝產(chǎn)品。干燥溫度要求不高，只要不超過(guò)碳酸鈣的分解溫度即可，所以普通輕鈣一般采用600-750℃溫度進(jìn)行干燥，效率較高。
納米碳酸鈣大多數是經(jīng)過(guò)表面處理的，因此產(chǎn)品在干燥時(shí)，溫度不宜控制過(guò)高，否則會(huì )引起表面活性劑焦化，產(chǎn)品嚴重變黃，影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。目前納米碳酸鈣的干燥溫度一般在200-300℃，視物料在不同干燥系統中停留時(shí)間的不同，工藝控制溫度也略有不同。產(chǎn)品干燥后粉碎解聚和分級是納米碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵手段。針對不同粒經(jīng)分布和不同表面活性劑處理的產(chǎn)品，在選擇干燥和粉碎分級設備時(shí)各有側重。
2、外觀(guān)質(zhì)量不同
1）外觀(guān)
用手指揉搓納米碳酸鈣粉體時(shí)，感覺(jué)顆粒較為細滑，附著(zhù)力較強，沖洗手指上的粉末時(shí)較難洗凈。粉體在空氣中形成的粉塵較難沉降，粒徑較小的納米碳酸鈣產(chǎn)品與水混溶后形成的膏狀料外觀(guān)白度不高，并有微透明的感覺(jué)。
2）白度
由于普通納米碳酸鈣產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝過(guò)程中非常注重對產(chǎn)品中“黑、黃點(diǎn)”等雜質(zhì)的控制，因此產(chǎn)品白度較高，一般為94%96%，會(huì )略高于普通活性輕鈣，但也有部分普通輕鈣非活性產(chǎn)品白度較高，可以達到96%-97%。
3）堆積密度
一般情況下納米碳酸鈣產(chǎn)品的堆積密度較小，多為0.4-0.6g/cm3，而輕鈣堆積密度一般為0.6-0.7g/cm3，但隨著(zhù)納米碳酸鈣產(chǎn)品應用性能的不斷改良，一些產(chǎn)品的堆積密度在逐步提高，加之不同干燥設備生產(chǎn)的產(chǎn)品堆積密度差異較大，一般目前從堆積密度方面比較難以辨別納米碳酸鈣產(chǎn)品和普通輕鈣產(chǎn)品。
3、粒徑及晶形不同
1）粒徑不同
納米碳酸鈣與普通輕鈣的本質(zhì)區別就在于原始粒徑也稱(chēng)一次粒徑不同，通過(guò)透射電鏡分析檢測可以準確辨別兩種產(chǎn)品。
2）晶形不同
由于納米碳酸鈣碳化工藝與普通輕鈣差別較大，使納米碳酸鈣晶體結晶過(guò)程中晶形發(fā)生變化，晶體的形狀以立方體為主，晶體的形狀隨工藝條件和晶形控制劑的影響而呈現多樣性，而普通輕鈣晶體形狀較為單一，以紡錘形為主，亦或團聚凝聚形成菊花狀晶體。
4、應用過(guò)程性能和作用不同
納米碳酸鈣由于其顆粒粒徑較小，在應用材料中表現出一些特殊性能，如在橡膠和塑料中具有較強的補強和改性作用，可以較大幅度提高材料的部分力學(xué)性能和光學(xué)性能。因此納米碳酸鈣一般具有功能性填料和體積填料雙重作用。普通輕鈣在補強性能等方面明顯遜色于納米碳酸鈣產(chǎn)品，故一般只具有體積填充作用。
納米級碳酸鈣在中國已實(shí)現工業(yè)化，不同碳化方法應運而生，規模不斷增大，產(chǎn)量不斷增加，應用領(lǐng)域不斷擴大，由橡膠、油墨等行業(yè)向塑料、涂料、膠黏劑、造紙等行業(yè)迅速擴展，需求量以每年20%的速度遞增，高檔產(chǎn)品不斷投放市場(chǎng)，滿(mǎn)足了國內外兩大市場(chǎng)日益增長(cháng)的需求。
如今，功能性碳酸鈣已經(jīng)成為碳酸鈣應用市場(chǎng)的一大需求點(diǎn)。面對市場(chǎng)需求，不同用戶(hù)對產(chǎn)品要求不同，除了看產(chǎn)品碳酸鈣粒徑，更看產(chǎn)品性能、品質(zhì)，各種功能化專(zhuān)用鈣產(chǎn)品才能具備更強的市場(chǎng)競爭力。因此，可在納米級碳酸鈣的應用性能上多下功夫，開(kāi)發(fā)出更多功能性、專(zhuān)用納米碳酸鈣。其他無(wú)機粉體材料的功能開(kāi)發(fā)亦是如此。
