石灰礦產資源是常見的一種非金屬礦產。我國石灰石礦產資源豐富,占世界總儲量的64 %以上,是一種具有優勢的天然資源。目前國外較發達國家如日本、美國等在石灰石利用和深加工方面成果累累,專利有400~500 項。隨著國外高檔碳酸鈣材料、填料進入中國市場,促進了國內的技術進步,加快了我國碳酸鈣深加工品種的快速增長,并向著多元化、專業化、精細化方向迅速發展,拓展開更多的石灰礦產應用領域。
一、石灰石用途
石灰石用途廣泛,產品市場前景看好,但因為石灰石在中國面廣量豐,無地方資源優勢可言,必須靠實力和其他優勢獲取市場份額。因此,面對這一資源,在開發應用時,應慎重選擇,取最短的工序,最可能簡單的方法,最現實的市場,以低成本、高質量,提高市場競爭能力。綜合國內外石灰石產品深加工發展現狀,介紹我國石灰石礦幾種主要用途。
二、石灰石物理加工
(1) 最常見的是生產硅酸鹽水泥。一般石灰石經過破碎、磨礦后均能達到水泥原料的要求。隨著對外開放、國民經濟建設的加快,水泥工業發展迅速,據估計國內未來20 年左右僅水泥工業一項將需求石灰石290 億t 。
(2) 生產高檔造紙用涂布級重質碳酸鈣產品。這類高附加值的微細、超細及活性重質碳酸鈣在造紙工藝中應用十分廣泛,粉碎后一般粒徑- 2μm ≥90 %的用于中性施膠造紙工藝; - 2μm 粒徑≥50 %的主要用于涂布紙的填料。
(3) 用作塑料、涂料等生產工藝中的填料。作該類產品原料的天然碳酸鈣礦物,即石灰石要求含CaCO3 (干基) :優級品98.10 % ,一等品96.10 % ,二等品94.10% ,Fe2O3≤0.11 % , Mn ≤0.102 % , Cu ≤0.101 % ,白度90 以上。此外,一般平均粒徑10~15μm 的粉礦用作涂料填充料, - 10μm 的用作塑料、橡膠、造紙的填料, -5μm 的經活化處理后作油墨填充料。
(4) 生產機械制造用的鑄造型砂。石灰石生產的鑄砂粒度為28~75 目,這種型砂具有比石英砂更優的性能,潰散性好,易于落砂清理,提高鑄件表面質量,增加鑄件表面光潔度,同時基本消除職工矽肺的危害。據統計僅各大鋼鐵公司每年要外購鑄造型砂幾萬噸,這對冶金行業的石灰石礦是一個潛在的市場。
(5) 生產脫硫吸收劑。石灰石破碎到0~2mm ,其中+2mm<5%、0~0.45mm>50 %的粉狀代替原石灰或消石灰,在吸收塔內與水混合攪拌成漿液,吸收漿液與煙氣接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的空氣進行化學反應被脫除,最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經加熱升溫后排入煙囪。
工藝設備成熟,脫硫效率高,適用范圍寬。目前貴州鋁廠石灰礦已建成一條脫硫石灰劑生產線,其效益十分看好。
(6) 石灰石經煅燒、碳化后可生產輕質碳酸鈣產品。輕質碳酸鈣按平均粒徑可分為5個粒度等級:微粒+5μm、微粉1~5μm、微細0.11~1μm、超細0.102~0.11μm、超微細-0.102μm。目前納米級輕鈣工業化生產在廣東、上海、浙江等地已相繼問世。按產品晶型可分為球形、紡錘形、立方形、鏈鎖形、片形、菱形。立方形、球形輕質碳酸鈣更適合塑料工業。
(7) 用于生產活性石灰、鈍化石灰。石灰石煅燒生產活性石灰,并通過加工后可生產鈍化石灰。鈍化石灰具有吸潮、噴吹性能好等優點。這兩種產品主要用作冶金行業中燒結礦的添加劑,煉鋼用的造渣劑,鐵水預處理時用的脫硫、脫磷劑,以及根據鋼液初煉后的成分及成品規格要求,設計出的不同用途的精煉渣和根據鋼種等調整的各種連鑄保護渣等。目前國內鐵水預處理還處于起步階段,僅有少數鋼廠實行三脫即脫硫、脫磷、脫硅,大部分鋼廠尚未進行鐵水預處理。但是,日本、美國等冶金技術較為發達的國家的鐵水預處理已達到80 %以上,預計5~10 a內國內鋼廠鐵水預處理將會有較大的發展,CaO 和CaCO3是各種冶金爐料的基本組分,因此在冶金爐料的發展過程中石灰石也將有較好的開發應用前景?;瘜W加工石灰石經化學加工后可生產磷酸輕鈣、內服補鈣(藥用級) 、食品工業補鈣添加劑、疏松劑和高級牙膏摩擦劑、飼料添加劑、磷肥,以及乳酸鈣、葡萄糖酸鈣、氯化鈣、碳化鈣(電石) 等。
石灰為原料市場根據用途,石灰為原料的產品大致可分為:
第1類:水泥工業用,冶金工業作熔劑用和建筑材料用,這部分用量很大,無須特別加工,故不詳述。
第2類:較大用途的是作廉價中和酸性物質的材料,有石灰石、石灰、消石灰。
第3類:作填料和涂料的粉體和超細粉體,其產品單位價格取決于產品粒度、白度和表面處理狀況,高低之差可達十幾倍甚至幾十倍。
第4類:化工原料,如電石和石膏、氯化鈣,以及漂白粉之類消毒殺菌用品。
第5類,直接或間接給人體補鈣的諸多產品和飼用補鈣品,是多品種、小批量,附加值較高的產品。
上述第1 、2 、4 類用途技術已成熟,較少研究,需用量依使用行業的景氣與否而增大或降低,市場價格隨行就市。第3 、5 類用途則是近年發展較快、值得關注的行業與市場。
三、石灰作為填料與涂料的用途:
首先,就近年來發展較快的塑料工業而言,各國研究最多。過去填充CaCO3 在塑料中起增量、降低成本的作用; 而目前CaCO3 經微細化和活化處理后,可起到半增強和補強劑的作用。CaCO3 在塑料中的填充量隨品種和用途不同差異很大,最高填充量可達40 %。據不完全統計,每年用作塑料填充劑的CaCO3 在100 萬t 以上。加之塑料薄膜市場需求量大增,發展薄膜用的精細碳酸鈣也明顯增加。
其次, 是造紙業,全世界300多臺造紙機中60 %已由酸性工藝改為堿性工藝,工藝的改變及碳酸鈣工業的技術進步,使重鈣填料用量大幅度增加。在過去的5 年里北美對輕鈣的需求年增長率達到7 %。同時重鈣在礦物填料中所占比例也逐年上升,從1980 年到1990 年,歐洲重鈣填料產量增長了3倍,涂布用重鈣從20 %上升到42 %;
基于這一巨大的市場潛力,加上資源優勢、生產成本低等,世界各大碳酸鈣生產商如S1M1 公司、瑞士歐米亞公司等已紛紛進入中國,近年在華東、沿海地區先后建成了多家規模較大的獨資、合資堿性造紙廠,重鈣用量迅猛增加,這必將促進我國碳酸鈣工業的快速發展。
第三,輕質碳酸鈣有逐漸被重質碳酸鈣代替的趨勢。由于活性重質碳酸鈣在吸油值及分散度方面優于輕質碳酸鈣,重質碳酸鈣在塑料工業中的應用量及前景較輕質碳酸鈣更好。我國隨著粉體技術、分級技術、表面處理技術的進步,以及國外先進技術及設備的引進,生產高附加值的微細、超細和活性重鈣成為可能;隨著應用領域的不斷開拓,市場需求不斷擴大,碳酸鈣行業開始將發展中心由輕鈣轉向重鈣,由此可見重鈣將是碳酸鈣工業今后發展的主攻
方向。
四、石灰深加工存在問題與發展方向
(1) 目前國內市場碳酸鈣產品單一,質量不穩,輕鈣產品僅有紡錘型一種,超細鈣、活性鈣基本上為同一規格產品;專用鈣、微細重鈣、微細活性重鈣品種少、檔次低、產量小,這在國外已成為重鈣的主導產品。而高附加值的、市場需求增長較快的產品大多數依賴進口,國內一些企業依賴降價求生存。
(2) 應開發不同粒徑規格的超細、超微細、納米級產品;各種性質的活性鈣;用于醫藥、食品、飼料、橡膠、涂料、油漆等的專用鈣;紡錘形、立方形、鏈鎖形、菱形等不同晶型晶體的碳酸鈣,特別是要重點開發不同用途的各種級別的微細重鈣和微細活性重鈣,并不斷擴大其用途、開拓新的市場。美國重鈣用量最大的除造紙及上述用途外,還主要用于粘結劑和密封劑,這兩種產品應用范圍很廣,從建筑用嵌縫水泥到地毯用膠,需求量很大,重鈣作其填料,僅此一項每年約需各種級別的重鈣200萬t ,其粒經一般在1~ 15μm ,地毯用膠和無漿砌塊水泥一般用中粗級重鈣,住宅建筑嵌縫水泥和密封劑需用細粒重鈣。
(3) 要加強產品應用技術的研究,幫助用戶掌握使用碳酸鈣產品的技術,使碳酸鈣產品在有些領域中的使用量的比例逐步增大,不僅降低成本,而且提高品質。未來幾年,世界碳酸鈣工業仍將快速發展,亞洲尤其是中國已成為世界碳酸鈣工業發展的中心,競爭十分激烈。我國資源豐富,碳酸鈣工業要抓住機遇,發展高科技含量、高附加值的深加工產品,擴大出口,競爭國內外市場,前景十分廣闊。
來源:唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司
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