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纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

纳米碳酸钙是指粒径为1-100nm的功能性无机填料,超细化使其晶体结构和表面电子结构发生变化,具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应,广泛应用于橡胶、塑料、造纸、化学建材、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂等领域。

纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

近年来,碳酸钙行业正面临着产业结构的深度调整,低端产能过剩,一些企业正站在被淘汰的边缘,也有一些企业依靠规模生产占有部分市场,但并没有技术优势。纳米碳酸钙作为行业中的高端产品,备受关注。

今天,粉体技术网就来跟大家聊一聊,纳米碳酸钙产业技术难点在哪里?市场前景如何?

一、生产工艺

纳米碳酸钙的粒径和形貌直接决定了其性能和应用领域。如分散性好的立方形纳米碳酸钙可用作塑料橡胶制品的补强剂,链状、针状碳酸钙具有优良的补强作用,球形碳酸钙具有良好的分散性和耐磨性,片状碳酸钙用于造纸和涂料中,能起到良好的遮盖作用。

碳化法是目前工业应用最广泛的纳米碳酸钙制备方法,生产过程中能够较好的控制碳酸钙的粒径及其分布、颗粒形貌和分散性等结构特征。

纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

△纳米碳酸钙生产工艺

设计和选择传质性能更佳的反应器,有指导性地控制工艺条件,选择合适的添加剂,对控制碳酸钙尺寸和形貌、提高其分散性十分重要。

二、表面改性

值得注意的是,目前工业生产得到的纳米碳酸钙真正达到纳米(1-100nm)标准的非常少,加之不可避免的团聚的影响,产品一般既含纳米级颗粒又含微米级颗粒。产品中结晶形貌也通常是立方形、纺锤形或链状相互掺杂。因此,表面改性是生产质量稳定的纳米碳酸钙的重要手段。

纳米碳酸钙的表面改性方法又可分为干法表面改性工艺和湿法表面改性工艺。

(1)干法表面改性工艺简单,具有配方可灵活掌握以及可以将碳酸钙表面处理与下游工序串联起来的优点。除了要有快速的搅拌以使偶联剂快速包覆于每一粒碳酸钙颗粒、适宜的改性温度以利包覆反应之外,还有一个关键问题是羟基的来源问题

如果碳酸钙中水分含量较高,则偶联剂将先与水反应,而不是与碳酸钙表面的羟基反应,这就无法达到表面改性的目的。因此,必须保证快速分布、适宜温度和不含水分这3个基本条件,才能发挥出偶联剂的作用。

(2)湿法改性是在碳化增浓后的熟浆溶液中对碳酸钙进行表面改性处理,这必须在纳米碳酸钙生产企业中才能完成。利用碳酸钙在液相中比在气相中更易分散、且加入分散剂后分散效果更好的特点,使碳酸钙颗粒与表面改性剂分子的作用更均匀。

碳酸钙颗粒经湿法改性处理后,其表面能降低,即使经压滤、干燥后形成二次粒子,也仅形成结合力较弱的软团聚,有效地避免了干法改性中因化学键氧桥的生成而导致的硬团聚现象

湿法改性工艺比干法改性工艺更加复杂,表面改性剂的用量也稍多,但在质量方面却具有明显的优势。

三、绿色环保

纳米碳酸钙制备工艺较为复杂,其生产过程不可避免的会产生粉尘和“三废”污染,在如今的环保形势要求下,如何减少或实现零排放是纳米碳酸钙产业发展的关键问题之一!

(1)废气

间歇碳化法生产1吨碳酸钙实际需消耗纯CO21.46吨,理论上生产每吨碳酸钙需反应CO20.44吨。CO2的转化率仅为30%,即碳化过程排放的CO2的数量为1.02吨。

如果采用连续碳化工艺,生产1吨碳酸钙实际需反应CO20.54吨,CO2的转化率可达81%,碳化过程中放出的CO2的质量仅为0.10吨。

(2)废水

纳米碳酸钙生产过程中产生的白水总量非常惊人,每生产1吨纳米碳酸钙所产生的白水数量为6.8~15.2吨

将含有约为2%碳酸钙微晶的白水用作生产轻质碳酸钙过程中的工艺用水,这样就真正实现了纳米碳酸钙生产企业的白水的零排放,而且也降低了单纯生产碳酸钙的企业的生产成本。

(3)废渣

每生产1t纳米碳酸钙所产生的废渣量为0.257吨。将废渣破碎,添加30%的粘土做粘合剂,利用窑气净化过程中产生的少量净化废水,可用来副产新型建筑材料(空心砖胚)。这样实现了废渣和少量净化废水的零排放,同时也创造了经济效益。

纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

△上图为一种纳米碳酸钙的绿色生产新工艺,该工艺采用连续鼓泡碳化新工艺生产来提高二氧化碳利用率;与轻质碳酸钙联合生产以循环回收和净化白水;与制砖联合生产以回收利用废渣;利用砖胚陈化过程以循环回收碳化尾气,可实现纳米碳酸钙生产零污染、零排放。

四、产业发展模式

国外纳米级超细级轻钙已形成大规模工业化生产,主要厂家有:英国的ICI公司、法国的Solvay公司、美国的矿物技术公司(MTI)、Pfizer公司、王子造纸公司、Resso Wces Casbec公司、日本的丸尾钙公司、日本的白石公司等。

日本是世界上开发和生产纳米碳酸钙较早和最好的国家,在四、五十年代就生产出了微米级、纳米级碳酸钙,现在已有纺锤形、立方形、锁链形等纳米级碳酸钙产品及改性产品50多种;英国主要研制填料专用纳米碳酸钙,最近20年英国在汽车专用塑料用碳酸钙中占垄断地位;美国则着重于纳米碳酸钙在造纸和涂料上的应用。

我国纳米碳酸钙生产起步较晚,目前约有三十几家生产企业,且仍存在生产规模小、工艺与设备较落后、产品质量不稳定、品种单一、经济效益差等不足等问题。市场的集中度不够,市场中产品混乱、价格恶性竞争无法避免,没有实力和国外公司站在同一平台上竞争。

我国“十三五”发展规划中明确要求:推进结构调整,加快产品升级换代,推进非金属矿物精深加工,开发专用化、功能化品种;提高产业集中度,鼓励优势骨干大型企业集团通过联合重组等形式,整合上下游产业,延伸产业链,尽快做强做大。

纳米碳酸钙产业链涉及原料、生产和应用等行业企业较多,要想实现产业链的融合,相关企业之间的技术交流与创新至关重要,只有满足各产业间的供需要求,扩大市场,才能实现共赢。

纳米碳酸钙产业技术发展难点在哪里?市场前景如何?

产业链拉长之后,为了应对动荡的供需关系,接下来就要完善区块链了。通过大数据的生成、积累、分析,可有效解决市场不足、产能过剩、供应链波动等问题。通过区块链技术的应用,再结合“互联网+”技术的推广,能够大大降低上下游的交易成本,增加行业的周转率,提升整体纳米碳酸钙产业链和企业的核心竞争能力。

五、市场前景

美国市场研究公司GrandViewResearch发布《纳米碳酸钙市场分析及2016-2024年前景预测报告》。报告显示:2015年全球纳米碳酸钙需求量约为1900万吨,其中塑料领域纳米碳酸钙用量占市场总量的20%以上。

到2024年,全球纳米碳酸钙需求量将超过4000万吨,2016-2024年期间年复合增长率为8.7%。其中塑料将成为增长最快的应用领域,年复合增长率约为9%。到2024年,全球纳米碳酸钙市场总额将达到96.5亿美元。

纳米碳酸钙凭借其有意的分散性,将在油墨、医药等行业用量获得显著增长,未来8年中亚太和中东等地区对该产品的需求将越来越大,2016-2024年的年复合增长率有望达到8.9%

2015年,亚太地区占全球市场份额的40%以上,原料价格低廉是促使这一地区显著增长的主要原因,未来8年该地区的年复合增长率为8.4%。

中国的经济和社会在持续高速发展,工业技术等方面和发达国家之间的差距越来越小,有足够的理由认为中国的纳米碳酸钙行业会赶上并赶超世界发达国家。从事纳米级材料的研究者和生产企业均应在纳米级无机粉体材料的应用性能上下功夫,开发出功能性、专用纳米级无机功能材料

六、关于新建纳米碳酸钙项目的几点建议

(1)拟建纳米级碳酸钙项目应注意的问题

拟建纳米级碳酸钙项目应具备如下条件:

  • 具有多年从事碳酸钙生产和管理经验的工程技术和高级管理人员;
  • 具有对纳米级碳酸钙应用领域熟悉,并具有开拓市场能力的人员;
  • 具有一定的经济实力;
  • 具有原辅材料等优势。

(2)纳米级碳酸钙拟建规模必须根据市场需求而定

某种碳化新方法、新技术、新设备开发成功,不等于马上就可建立10万t/a,40万t/a等规模的纳米级碳酸钙装置。新设备、新工艺应经中试、工业化生产装置逐步放大及较长期连续运转后,才可扩大到1万t/a乃至10万t/a以上的规模。

工业放大受许多条件制约,首先是设备制造,新设备上市要经过多次改进、完善才能逐步达到成熟。

(3)有轻质碳酸钙生产基础者可建设适当规模的纳米级碳酸钙项目

轻质碳酸钙生产基础较好的企业,可适当建设0.5万t/a或1万t/a纳米级碳酸钙生产线,以轻质碳酸钙养纳米级碳酸钙。建设1万t/a以上规模纳米级碳酸钙生产线应有足够的资金和专业人才,因为纳米级碳酸钙建成前1~3a是只有投入而无产出的市场开发过程。

(4)做好经济核算

另外,拟建纳米级碳酸钙项目要做好经济核算,不要求大求详。例如:某生产方法建设了0.3万t/a纳米级碳酸钙生产线投资了3000万元,引进0.5万t/a纳米级碳酸钙生产线投资了2.2亿元,因销售达不到满负荷,造成成本高而亏本。

(5)建立较完善的分析检测装置

纳米级碳酸钙生产企业应建立较完善的分析检测装置。纳米级碳酸钙产品不仅要求颗粒在三维空间上必须有一维空间达到纳米级(≤100nm),而且在晶型、比表面积、黏度、宏观粒度分布等物理性能上的指标也相当重要。一个生产企业如果没有检测上述指标的仪器设备,生产中不知产品优劣,就不能生产出合格产品,生产调节也无法进行。

现在,全国非金属矿资源集聚地区都面临着一个共同的问题,就是如何做大做强区域特色产业;作为区域内的企业,也面临着一个很现实的问题,就是如何实现更快更好的发展

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来源:纳米碳酸钙市场分析及2016-2024年前景预测报告

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编辑整理:粉体技术网

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