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重質碳酸鈣產業規模化與產品精細化發展探討 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2013-08-20 07:16:53 瀏覽次數: |
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(合肥水泥研究設計院/秦廣超,崔嘯宇,葉衛東,鄧小林)前言
近10年來,世界重質碳酸鈣(簡稱重鈣,GCC)年生產能力迅速增長。據Roskill報道, 2007年為7200萬噸,其中我國重質碳酸鈣達到了1190萬噸;2009年重質碳酸鈣生產已經接近9000萬噸,其中我國約為1500萬噸。產能增加的主要原因是,在造紙業中,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、堿性技術的過渡發展;再者,塑料、橡膠、油漆、涂料、建材等工業部門快速發展也帶動重鈣產業迅猛發展。
在滿足下游應用行業規?;枨蟮倪^程中,重鈣生產企業漸漸認識到產品精細化的生產方式更是提高產品市場競爭力,實現企業經濟效益的最佳途徑。產業規模化與產品精細化發展程度已成為衡量一個國家重鈣工業發展水平的重要標志之一。
如何實現一個國家或地區重鈣產業規?;c產品精細化發展呢?
本文結合我院多年的重鈣生產實踐,從重鈣的資源現狀(原料)、生產工藝現狀、市場需求變化等,探討重鈣產業規模化與產品精細化發展的有效途徑。
1、資源現狀與利用
重質碳酸鈣作為典型的節能、綠色環保型礦物材料,其用途極其廣泛,也是實現低碳經濟社會的重要因素。我國是世界上出產優質方解石的五大國之一,國內優質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,因此生產的重鈣產品用途及應用行業也有所區別。為了實現產品精細化生產、實現企業經濟效益,建議重鈣企業根據其原料資源的特征,開發出滿足下游使用行業應用的實用性特征或功能性重鈣粉體,實現資源或產品附加值的提升。
盡管我國方解石礦資源豐富,但是優質資源畢竟有限。在資源的開發利用過程中,建議重鈣生產企業結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,又可以實現企業經濟效益的最大化。
重鈣產業規?;c產品精細化的發展,將有利于解決我國方解石等資源開發利用過程中存在的:(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)優質原礦資源和低端產品外運問題突出等問題。
2、生產現狀
2.1加工裝備與技術現狀
重質碳酸鈣粉是以天然方解石、大理石、白云石或白堊為原料,經機械設備粉磨和分級后達到一定細度的粉狀產品。生產方法有:干法和濕法。
國內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目的粉體產品,配置分級機可加工出800目的產品,但是單機規模??;高速機械沖擊式磨機、氣流磨、振動磨主要用于加工800-1500目產品的生產,但是存在能耗高、生產能力小的問題,該類設備需結合產品市場需求做進一步改進,或針對市場需求生產具有一定功能的,符合下游應用行業小批量需求的特征粉體。
我國的雷蒙磨、氣流磨、振動磨等國產粉磨設備,在一定程度上、一定時期內滿足了國內重鈣產品加工的需求,實現了一定的經濟效益。但是,隨著產業現代化的發展,以上設備需進行技術革新來適應現代非礦產業規?;捌洚a品精細化發展的市場需求。近年來,球磨機、環輥磨等設備也在一定程度上促進了我國非礦粉體行業的技術進步與發展,實現了一定程度上的產業規模化和產品精細化發展。
干法加工的優勢在于:有利于實現產業規模化及一定程度的產品精細化;濕法加工的優勢在于:有利于實現較高程度的產品精細化。從實踐來看,2500目以下的產品,一般以干法生產為宜;2500~6500目產品,通常以濕法生產為宜。
日本、德國、美國、加拿大等國一直保持重鈣產業規?;彤a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;其二是系統設備合理選型及其工藝設計優化組合;其三是先進的系統工藝電氣控制系統,確保了系統穩定運行和產品質量穩定。簡而言之,實現產業規?;途毣緩交旧隙际遣捎酶咝Ч澞艽笮脱b備與先進的生產工藝技術,例如其規模化生產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 產業規模與產品結構現狀
從世界范圍來看,美國的超細重鈣年生產能力占各國之首,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,但與發達國家相比,還存在較大的差距。
據中國非礦協會碳酸鈣專業委員會統計,目前中國碳酸鈣加工企業近千家,其中具有一定規模的重質碳酸鈣企業400余家,年產量 400萬噸左右。從企業生產規??矗a能力3 萬t/a 以下企業占50%,5 萬t/a 以上企業不足10%,企業間沒有產業聯盟合作發展之遠景,企業的規?;獰o法體現。如我國廠家多、規模小、產品質量差;普通產品多,專用產品少;多數廠家設備陳舊,技術落后,自控水平差,產品質量不穩定。加之國內重質碳酸鈣行業無序競爭等問題的存在,使得我國重鈣企業生存和發展舉步維艱。
經過20多年的發展,國內重鈣產品品種也從最初的“雙飛粉”(200目 )、“三飛粉”(325目)發展到400~2500目等不同規格高檔超細重鈣粉,白度≥90 %,最高可以達到96-97%。從產品結構來看,200~325目占50%,325~1250目占35%,1250目以上的約占15%,其中經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,而精細功能化產品嚴重短缺,產品結構不完善問題較為突出。
3、市場需求與原料選擇
重質碳酸鈣作為節能減排、綠色環保的礦物材料,被廣泛用于塑料、造紙、涂料和橡膠等行業,其應用優勢主要體現于:
1)節省石油資源和能源,對于建設節約型社會,實施可持續發展戰略具有重要意義;
2)重鈣類非金屬礦粉體的應用具有環保特性;
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,而我國重鈣企業普通產品剩余,專用產品少,滿足不了世界市場及國內高端市場需求,造成花費大量外匯高價進口超細重鈣等。
隨著國內下游企業在高檔產品應用方面對高端重鈣產品需求的增長,重鈣產品精細化、功能化發展問題顯得迫切和必然,與發達國家相比,我國重鈣應用目前還主要是初級產品,而重鈣應用的真正價值是它的深加工產品,即超細、高純、表面改性產品。當前國際上高端超細重鈣的生產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重鈣產業規?;彤a品精細化發展的首要條件之一。在進行重鈣精細化開發過程中,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研究,某些應用場合還對粉體的顆粒形態做出嚴格要求。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揮有很大影響。同時結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,生產符合市場需求的重鈣產品即可。即達到合理利用原礦資源,提高原礦和重鈣產品的附加值,實現重鈣產品精細化生產的目的。
4、重鈣產業發展幾點設想
由上述重鈣產業現狀可見,目前,我國重鈣產業發展急需解決以下問題:(1)單套裝置生產規模普遍偏小、企業規模小、產業規?;潭鹊?;(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、節能型裝備與技術應用較少;(3)產品結構單一,高端精細化、功能化產品嚴重缺乏,應用開發也相對滯后,(4)高能耗、高污染等問題,造成全行業的經濟效益低下。
因此,結合有關專家的意見,對重質碳酸鈣行業發展提出以下設想。
在產業發展方面,做到“六要”:
一要合理布局。圍繞下游使用行業的產業集中度較高的地區布點建廠,同時企業分布不能過于集中,銷售半徑最好控制在500千米以內,盡可能減少運輸費用;
二要上規模。對下游用戶來說,大企業的產品質量、供貨能力、售后服務均有保障。用戶更希望與這類企業建立長期的合作關系。因此,企業大型化是重鈣產業的發展趨勢。重鈣產業的整合目標是:在全國建成50-80個產能在30-50萬噸的大型企業集團,全面提升企業及產業競爭力;
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,以及勞動力成本較低、環境容量較大的地區,以便最大限度地降低成本,增強企業競爭力;
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,企業在選擇工藝技術時,一定要多調查比較,選擇那些技術先進且實用,能耗低、環境友好的工藝技術與設備。否則,不僅會影響企業的效益和競爭力,還可能因能耗與污染物排放達不到越來越嚴格的節能減排與環保要求而遭到淘汰。可以預測,能耗和環保問題,將是今后重鈣企業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%以上的優質礦儲藏并不多,僅分布在四川、廣西、廣東、安徽等少數地區。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;
六要多生產適銷對路的產品。碳酸鈣粉體的最大優勢,是其良好的填充性和低廉的價格。除特殊產業外,微粒碳酸鈣、微粉碳酸鈣和微細碳酸鈣的細度已經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,企業生產成本越高。因此,碳酸鈣企業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品。這類產品技術含量高,特色鮮明,附加值高,既避免了同質化競爭,又能獲得較好收益。
在產品及其加工技術發展方面做得“一提升、二開發”:
重鈣現有加工裝備與技術水平的提升,即針對2500目以下重鈣現有加工技術中較普遍存在的產品粒度分布寬泛、團聚現象嚴重、生產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,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,并以重鈣深加工產品的系列化、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等。
重鈣深加工產品應用技術研究開發,即在開展重鈣產品在傳統應用領域研究開發的同時,開展優質重鈣在玩具塑料、電器塑料、牙膏、食用包裝紙等方面的應用研究開發,進一步開展重鈣在高級建材、裝飾品、醫用材料、生物傳導、光電材料等新領域中的應用開發,并探索其作為吸附劑、抑制劑等在環境保護領域中的應用研究開發等。
5、節能型裝備與先進加工工藝技術相結合
目前超細重鈣實現產業規?;彤a品精細化生產的主流工藝有兩種: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,國內科研院所及相關企業在探索非礦產業規?;彤a品精細化發展之路時,目光開始轉向高效、節能型的裝備與技術,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重鈣產業規?;彤a品精細化發展的有效途徑。
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模生產600-2500目產品的要求,對大于2500目以上產品的可以生產,但是噸產品能耗會很高,產品顆粒缺陷較濕法加工工藝生產的產品多。
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+分級機生產線工藝流程,具體如圖1所示:
圖1 安徽某公司重鈣生產工藝流程示意圖
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、東南沿海及內地已經得到推廣應用,也促進了這些地區重鈣產品精細化發展。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、三次分級生產技術,而且立式磨在這些地區的應用領域涉及重鈣、白云石、葉臘石和重晶石等非礦行業。
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,節能效果顯著。再者,根據立式磨的粉碎原理,可以滿足生產微觀結構形態破壞性?。幢3衷系念w粒原有形貌)、污染?。ズ男。┑漠a品生產。立式磨的最大特點是電耗方面優于球磨,較球磨機工藝,可節電25%左右,同時其加工產品流動性好、粒度分布更合理。
國內超細立式磨目前的技術現狀是,可以大規模一次性生產325-1000目產品,但技術仍需改進。從節能、規?;耙欢ǔ潭鹊木毣a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?;a,其最明顯的優勢在于節能。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、超微細化產品如何實現的問題。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 立式磨工藝及其產品結構設計
為了適應現代市場對精細化產品的需求,首先利用立式磨出品的325-800目的產品,適應市場對普通重鈣粉的需求,這樣充分發揮了立式磨的規?;凸澞軆瀯?;其次采用超細分級設備對部分325-800目產品進行二次或三次分級,生產1000-2500目的中高檔精細粉,適應市場中高端需求,這樣充分發揮了分級設備的精細分級和節能優勢;對于分級下品采用濕法磨等設備進行精細研磨,生產2500-6500目的超微精細粉體,滿足高端需求。這樣即實現了重鈣產業規?;a品精細化,又完善了產品結構。
6、結語
重鈣產業規模化與產品精細化加工的實現,必須借助于優良的原礦資源和大型節能裝備與先進工藝,做到合理選型和優化工藝相結合,同時針對市場需求情況確定具體的產業發展模式。
據中國無機鹽工業協會獲悉,“十二五”期間將推進碳酸鈣產業結構調整的一個措施,就是大力發展重質碳酸鈣產業,替代部分輕質碳酸鈣的落后產能。國家政策的支持也預示著重鈣產業將迎來大跨越發展的春天。
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,也是實現重鈣產業規?;彤a品精細化的有效途徑之一。
(廈門非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志) |
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