【技术分析】“工业味精”碳酸钙该怎么选？“重钙”和“轻钙”又有何不同？

碳酸钙是一种重要的、用途广泛的无机盐矿物，俗称“工业味精”，是各行各业中常用的填充剂之一。碳酸钙不仅可以降低橡塑制品的原材料成本，而且还具有改善橡塑材料某些性能的作用，不同种类的碳酸钙在使用得当时，可显著提高橡塑材料的性能。根据生产工艺不同，碳酸钙有重质碳酸钙和轻质碳酸钙之分。

1.重质碳酸钙和轻质碳酸钙有什么区别？

重质碳酸钙和轻质碳酸钙在橡塑行业中都有各自扮演的角色，从学术角度讲，重钙和轻钙存在着许多不同点，比如来源、堆积密度、PH值、水分含量、晶形、吸油值等均有所差异。今天将跟大家一起来看看重质碳酸钙和轻质碳酸钙的一些区别。

（1）来源：
重质碳酸钙（俗称，重钙）是用机械方法（用雷蒙磨或其它高压磨）直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等就可以制得。由于重质碳酸钙的沉降体积比轻质碳酸钙的沉降体积小，所以称之为重质碳酸钙。

轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙，简称轻钙，是将石灰石等原料煅烧生成石灰（主要成分为氧化钙）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分为氢氧化钙），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸钠和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。由于轻质碳酸钙的沉降体积（2.4-2.8mL/g）比重质碳酸钙的沉降体积（1.1-1.9mg/L）大，所以称之为轻质碳酸钙。

（2）堆积密度不同：
重钙与轻钙最明显的区别就在于产品的堆积密度不同，重钙产品的堆积密度较大，一般为0.8～1.3g/cm³；而轻钙产品的堆积密度较小，多为0.5～0.7g/cm³；一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低，可以达到0.28g/cm³左右。由产品的包装体积也可以粗略分辨出重钙和轻钙产品，一般重钙产品多为25kg/包，产品包装体积较小，而同等质量的轻钙产品包装体积明显较大，一些纳米碳酸钙产品还采用15kg/包或20kg/包的包装。

（3）白度大小不同：
由于重钙产品相对杂质较多，因此产品白度一般为89%～93%，极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成，去除了很多杂质，产品纯净度很高，因此白度多为92%～95%，部分产品可以达到96%～97%，这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。

（4）改性功能不同：
重、轻碳酸钙两者改性效果区分有细微区别，重质碳酸钙对拉伸强度较好，而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好，一般用轻钙的塑料表面更光滑一些，而且密度会低一些；使用重钙塑料加工流动性要好一些，而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。

（5）粒径大小不同：
重钙产品的粒径为0.5～45um不等，产品粒径因粉碎设备不同而不同。普通轻钙产品的粒径一般为0.5～15um，因颗粒形状为纺锤形难以准确测定，一般是一个范围；轻钙中的纳米碳酸钙粒径更细，尺寸一般为20～200nm。普通轻质碳酸钙的粒度一般在2500目左右，可以满足PVC管材和型材的性能需要，所以从粒度上考虑传统上PVC管材和型材都选用轻质碳酸钙。以前因粉碎设备的限制，重质碳酸钙达不到这个细度，现在重质碳酸钙的粒度完全可以满足需要，甚至比轻质碳酸钙更细，所以现在PVC管材和型材两者都可以选用。

（6）价格不同：
重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的；轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的，后者比前者的工艺复杂的多，要求也相应严格的多，因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右，如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。

2.橡塑行业该如何选择碳酸钙？

有人认为，国外塑料产品使用的填料中重钙占主要地位，经典的说法是14-18:1，因此塑料行业应尽量使用重钙，代替轻钙。

塑料产品中使用重钙和轻钙和橡胶产品类似。一些厂家反映，在同样条件下使用-400目重钙代替轻钙，对于以重量计售出的产品有明显的优势，但如果按长度、面积或个数售出的产品，重钙并不比轻钙有优势。

例如管材，同样重量的物料，其填充量相同时，所得到产品的长度不同，填充重钙要比填充轻钙的管材短千分之几，累积起来就相当大了。对以面积为计量的人造革或合成革，其面积上的差别也是可以感觉到的，因此塑料制品加工厂不轻易地放弃使用轻钙。

从学术角度讲，重钙和轻钙存在着许多不同点，晶形不同、比表面积不同、吸油值不同等，而且-400目的重钙和轻钙的粒径大小及分布相差甚远。在塑料基体中重钙或轻钙的颗粒以什么样的形态存在，是一个个的单独分布在基体大分子中，还是一团团的，以松散的聚集体形式分布在基体树脂中，以及这些粒子与树脂大分子的界面状态如何，直接关系到材料的力学性能。

在塑料产品中使用重钙，还是轻钙，不能一概而论，应当在充分发挥各自优势的基础上，结合技术和经济两方面的因素加以综合考虑再决定取舍。

例如，在聚氯乙烯人造革生产中，按制造工艺可分为刮涂法、压延法和挤出法等，而刮涂法使用聚氯乙烯糊树脂，需加入大量增塑剂。轻钙的吸油值高于重钙4-5倍，因此使用轻钙比使用重钙要耗用更多的增塑剂才能达到同样的柔性，如果考虑到增塑剂用量可以减少，使用重钙从经济上也许更为合算。

又如聚丙烯编织袋、编织布、打包带等单向拉伸制品，使用重钙和轻钙做填料并未发现在长度上有什么区别，经过研究发现填料颗粒大多位于经拉伸形成的大分子之间的空隙中在数倍拉伸并急速冷却后，大分子的形态被迅速冻结，而轻钙和重钙真实密度所差无几，因而对产品最终长度的影响不明显。另一方面重钙比轻钙的加工流动性好，价格要低得多，因此在这种单向拉伸制品中重钙占绝对统治地位。

另外，我国塑料门窗用异型材的成型加工技术是从国外引进的，引进生产线的同时也引进了产品的配方，其填料为轻钙，用量为8-10Phr。应当指出国外提供的配方是科学的，加入碳酸钙的出发点是为了提高异型材的整体性能而不是为了用便宜的原料以降低成本。

3.碳酸钙在可降解塑料上的应用

PLA是目前市场上发展速度最快的可降解塑料之一，原材料加工尝试着使用碳酸钙作为粉体填料，提供PLA的性能和价格组成，这个方法也广泛地应用在传统塑料，不仅可以改善某一些性能，而且能够降低塑料原材料的成本。碳酸钙相对于其他的非金属矿物粉具有很大的优势： 价格便宜 、易着色 、硬度低、对于加工的螺杆和模具磨损少 、热稳定性和化学稳定性好、易干燥和无毒无味。

从技术角度看，环保材料替代不可降解塑料是一个长期的过程，而可降解塑料抗摔性、耐热性、防腐性等方面的提升空间是另一个问题。这也意味着我国可降解塑料将迎来发展机遇，到2030年，预计我国可降解塑料需求量可到428万吨，市场规模可达855亿元。

超细重质碳酸钙、轻质碳酸钙和纳米碳酸钙由于价格相对低廉，又可促进塑料降解，对环境相对友好，未来在可降解塑料中的添加比例会越来越大，市场前景也会越来越广阔。

4.我国碳酸钙行业近况

我国碳酸钙矿物资源丰富毋庸置疑，8月在广西和湖南地区又探明了新的碳酸钙矿床资源，总储量达60750万吨，为当地碳酸钙产业发展提供了充足的资源保障。

从全国范围看，近年来我国碳酸钙行业也一直处于平稳增长的态势。2019年我国碳酸钙行业产量3595万吨，其中轻质碳酸钙产量1350万吨，重质碳酸钙产量2245万吨；进口量4.9万吨，出口量12.2万吨，表观消费量3587.7万吨。

产品价格上也呈增长趋势，重质碳酸钙产品从2014年的535元/吨增长到了2019年的572元/吨，轻质碳酸钙产品从2014年的640元/吨增长到了2019年的822元/吨。产值同样保持快速增长，从2014年的166.96亿元增长到了2019年的241.78亿元，复合增长率达到了7.69%。2019年中国碳酸钙产值241.78亿元，其中轻质碳酸钙产值112.08亿元，重质碳酸钙产值129.7亿元。

5.埃尔派×碳酸钙（非金属矿）的杰出技术

在非金属矿加工领域，埃尔派可以提供以下核心技术：

（1）采用球磨分级工艺，可实现大规模、低成本生产。以碳酸钙为例，单条生产线D97:10μm产品年产量可达10万吨，吨产品能耗电150度。适应矿物包括方解石、大理石、石灰石、石英、锆英砂、长石、煤矸石、白云石、菱镁石等。

（2）采用蒸汽磨技术，可实现超细化、低成本生产。以滑石为例，产品粒度可达1μm，片厚300nm。适应矿物包括滑石、石墨、云母、硅灰石、纤维水镁石、凹凸棒石、高岭土等。

（3）采用气流磨技术，可实现超细、超纯生产，适用于高附加值矿物的加工。以石英为例，产品粒度可达2μm，产品中金属杂质增量<10PPM。适应矿物包括滑石、石英、重晶石、石墨、电气石、麦饭石等。

（4）表面改性技术满足矿物在橡塑行业的应用，如三辊连续改性工艺、涡流磨连续改性工艺、针盘磨连续改性工艺、高搅机间歇改性工艺等，可根据不同物料采用不同的改性工艺和改性剂，以最少的改性剂实现最高的包覆率。改性剂添加量约0.8-1.2%，包覆率可约98%。

非矿粉体的绿色高值化加工理念：

（1）绿色的含义：干法生产，无三废排放；密闭负压，无粉尘泄漏；无噪音或低噪音；自动化、智能化、网络化；固废/尾矿的资源化、高值化利用；以因应环保、劳动力之变化；

（2）高值化含义：紧跟下游用户转型升级需要，基于材料科学角度，提供高附加值产品；研究方向重点关注粒度及其分布、形状、纯度、分散性及表面改性，基于其矿物学成分和结构特征确定加工工艺，并结合环保要求提供定制化的解决方案。