碳酸鈣是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的非金屬礦物類基礎(chǔ)原料，處于眾多制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，有“工業(yè)糧食”之稱，與國家經(jīng)濟(jì)和人民生活密息息相關(guān)，是發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)的重要支撐材料。碳酸鈣服務(wù)的主要新材料產(chǎn)品有，改性塑料、橡膠、木塑材料、密封膠、石頭紙、油漆涂料、復(fù)合鈦白粉、填充母粒、人造崗石等等。

碳酸鈣（CaC0₃）是一種無機(jī)化合物，俗名：石灰石、方解石、大理石、白堊、霰石、漢白玉等。相對(duì)分子質(zhì)量為100.09，密度：2.93/m³，熔點(diǎn)：825℃，它是石灰石、方解石的主要成分，性狀為白色晶體或粉末，在自然界中常以方解石、文石、球霰石型三種晶型存在。碳酸鈣行業(yè)發(fā)展至今，礦石儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，價(jià)格實(shí)惠；粉體產(chǎn)品無刺激性，無毒又無味，色澤好且白度高，因此用途非常廣泛。

2.1納米碳酸鈣

納米鈣是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型超細(xì)固體粉末材料，其粒度介于0.01~0.1μm之間，具有不同的晶型。與普通碳酸鈣相比，納米鈣具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)、表面電子結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)，在力學(xué)、熔點(diǎn)、催化劑、光學(xué)、磁性、電學(xué)各個(gè)方面具有特有的理化特性^[1]。

在下游應(yīng)用中，納米鈣可廣泛大量應(yīng)用于注塑、擠出、PVC型材、管材、汽車涂料、密封膠、粘結(jié)劑涂料、油墨、橡膠等行業(yè)，讓碳酸鈣產(chǎn)品的附加值得到很大提高。

2.2重質(zhì)碳酸鈣

重鈣是以方解石、大理石、白堊、貝殼、石灰石等為原料，經(jīng)機(jī)械粉碎及超細(xì)研磨等制取的產(chǎn)品。重鈣具有原料來源廣、白度高、吸油值低、適用性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣、用量最大的無機(jī)非金屬礦物粉體之一。

目前，重鈣有細(xì)粉、超細(xì)粉、表面改性（活性）粉以及造紙用超細(xì)漿料產(chǎn)品等幾個(gè)大類10余種不同細(xì)度和表面改性活化的專用重鈣產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、橡膠、涂料、油墨、日用化工、食品等工業(yè)領(lǐng)域中^[4]。

2.3輕質(zhì)碳酸鈣

輕鈣是化學(xué)法制備的碳酸鈣，大體可分為兩種合成方法，二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)法和可溶性鹽反應(yīng)法。輕鈣的化學(xué)組成與重鈣相同，最大的特點(diǎn)是根據(jù)不同的碳酸化條件可以獲得各種不同尺寸和形狀的粒子^[15]。

輕鈣作為填料和補(bǔ)強(qiáng)劑，不但能增加容積、降低成本，更主要的是能改善基質(zhì)的加工性能，還能起補(bǔ)強(qiáng)、抗張、耐磨、耐撕裂、提高光澤等作用。

2.4碳酸鈣晶須

碳酸鈣常見的三種晶型分別是方解石型、球霰石型及文石型。其中文石型碳酸鈣晶須是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型針狀或紡錘狀材料。目前，常用的制備碳酸鈣晶須的方法有:碳化法、尿素水解法、復(fù)分解法等^[3]。

但是上述方法均存在一定的不足之處，例如:反應(yīng)溫度過高、晶須形貌不均一、原料無法循環(huán)利用等。應(yīng)用方面，相比于市場中常見的SiC及鈦酸鉀晶須，碳酸鈣晶須具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如白度高、填充量大、成本低等，已應(yīng)用于油漆涂料、塑料、橡膠、摩擦材料等領(lǐng)域^[7]。

3.1涂料

近年來，隨著國家環(huán)保法規(guī)的不斷加強(qiáng)，水性涂料、粉末涂料、高固體份涂料、無機(jī)涂料等綠色環(huán)保型涂料的發(fā)展和原材料的使用受到越來越多的重視^[2]。

在粉末涂料領(lǐng)域，隨著歐盟開始將硫酸鋇納入重金屬檢測范疇，如汽車、建材、食品包裝、兒童玩具等領(lǐng)域內(nèi)硫酸鋇的使用受到了很大的限制。因此，碳酸鈣作為更加綠色環(huán)保的原料成為了很好的替代品。

水性涂料方面，碳酸鈣的應(yīng)用研究也備受青睞。劉亞雄等制備的納米碳酸鈣應(yīng)用在水性涂料時(shí)，可以取代20%～30%的鈦白粉及100%的輕質(zhì)碳酸鈣，水性涂料的對(duì)比率，耐洗刷性，耐堿性，耐水性，老化性能等指標(biāo)提高50%以上^[13]。

功能涂料方面，黃興家等研制了一種漫反射隧道防火涂層及施工方法。其中，填充鈦白粉5%，立德粉或者氧化鋅8%，填料重質(zhì)碳酸鈣高達(dá)43%。此涂料產(chǎn)品在降低運(yùn)行成本的同時(shí)能提供合格的隧道照明，在不增加隧道內(nèi)原有燈具的前提下，利用隧道壁多次往復(fù)反射燈光從而有效提高隧道內(nèi)亮度，同時(shí)具有耐400℃高溫和環(huán)保效果^[14]。

整體而言，碳酸鈣在功能性涂料產(chǎn)品中，可以滿足功能化需求，同時(shí)具備高填充性以及大幅度降低成本的作用。

3.2石頭紙

石頭紙又稱作復(fù)合紙，它以碳酸鈣為主要原料，高分子樹脂和其它助劑為輔料。石頭紙?jiān)谏a(chǎn)過程中不需要水和木漿，也不產(chǎn)生廢氣、廢水及其他有害廢物，可節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。石頭紙本身穩(wěn)定，不會(huì)被水、油和化學(xué)品侵蝕，并且在生產(chǎn)過程中不加水和化學(xué)試劑漂白，從根源上解決了污染問題^[6]。

石頭紙的主要工藝是首先將礦石磨成1500~2500目的超細(xì)粉；然后將80%左右的碳酸鈣和20%左右的樹脂及添加劑通過密煉機(jī)、擠出機(jī)制成母粒；最后通過吹膜或壓延設(shè)備制成^[6]。

據(jù)了解，金泰恒盛紙業(yè)的石頭紙制造技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，其流延拉伸專利技術(shù)配套設(shè)備主要生產(chǎn)厚度為100微米至200微米的環(huán)保石基薄紙和厚度為200微米至400微米以上的環(huán)保石基厚紙。此生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的石基紙縱向拉伸強(qiáng)度好，產(chǎn)品主要用銅版紙、標(biāo)簽、卡片、紙箱、紙盒、手提袋、包裝袋、郵封紙等^[16]。

據(jù)金泰恒盛紙業(yè)技術(shù)部部長李剛介紹：“所謂‘石頭造紙’，就是將石粉磨成納米級(jí)石粉1200目，跟塑料結(jié)合。每100公斤原材料，石粉能加到65%。”石頭紙的優(yōu)勢(shì)是防潮、防水、防腐蝕；其次耐折性好，抗沖擊力強(qiáng)、耐低溫；應(yīng)用范圍也比較廣，如冷藏品運(yùn)輸、水果包裝，以及替代大部分的傳統(tǒng)木漿紙。

3.3密封膠

有機(jī)硅密封膠是一種新型高分子密封材料，因?yàn)榫邆?/span>“硅氧結(jié)構(gòu)”和“有機(jī)基團(tuán)”而被賦予優(yōu)異的耐紫外光、耐高低溫及耐高濕等性能。加之有機(jī)硅密封膠對(duì)金屬、玻璃、陶瓷、塑料等基材具有良好的粘接效果，被廣泛應(yīng)用于電子電器、照明、光伏、軌道交通、建筑等行業(yè)。

以光伏膠為例，在實(shí)際應(yīng)用中光伏膠需要在垂直的立面施工，要求密封膠不拉絲、不流淌、下垂度小，所以必須具有良好的觸變性，否則易污染被粘物體表面和浪費(fèi)膠^[8]。觸變性是分散性系的黏度和切變隨時(shí)間變化的一種流變現(xiàn)象。改性納米碳酸鈣，表面經(jīng)過有機(jī)物質(zhì)的包覆，極大地改善了與有機(jī)材料之間的相容性和潤濕性，有效提高光伏膠產(chǎn)品的觸變性，在應(yīng)用中可解決其易流淌、強(qiáng)度低、觸變性不好等問題。

3.4摩擦材料

隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)摩擦材料的要求也越來越高，既要良好的機(jī)械傳動(dòng)與制動(dòng)性能，對(duì)環(huán)保和使用舒適度也有新的追求。普通材料一般存在晶界、位錯(cuò)、空穴等缺陷，而晶須不具有這些缺陷且其原子排列高度有序、是一種單晶形式、強(qiáng)度接近晶體理論值的纖維。

碳酸鈣晶須具有高耐磨、耐熱、熱衰退、熱恢復(fù)良好等性能，利用它制備的摩擦材料具有良好的減振、防滑、降噪、吸波及延長壽命的特點(diǎn)。而且碳酸鈣晶須來源豐富，價(jià)廉且環(huán)保，還能大幅度提高摩擦材料的力學(xué)性能，是應(yīng)用前景很廣闊的摩擦增強(qiáng)材料^[7]。

3.5聚氯乙烯建材

近年來，聚氯乙烯（PVC）成為一種新興的建筑室內(nèi)裝修材料，各種片材、管材、板材、軟質(zhì)膜、異型材在建筑行業(yè)應(yīng)用場景十分廣泛。然而，PVC材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、疏水性、著色性等往往很難兼顧。因此，改性處理成了PVC材料的“必經(jīng)之路”。

現(xiàn)在，PVC材料的改性方式有很多種。例如，物理改性中的彈性體改性PVC和剛性粒子改性PVC；化學(xué)改性中的共聚改性、交聯(lián)改性、接枝改性、氯化改性等。

其中，剛性粒子改性是向基體中加入聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈、納米CaCO₃、納米SiO₂、超細(xì)高嶺土、蒙脫土、云嶺土等剛性粒子來增加聚氯乙烯的剛性^[5]。碳酸鈣在實(shí)際應(yīng)用中，可以提高PVC的彈性模量，降低PVC的熱膨脹系數(shù)和收縮率。而且，不同形貌的碳酸鈣改性PVC有不同的特性，能適合多種應(yīng)用場景。

3.6功能型填充母粒

碳酸鈣功能母粒，是將碳酸鈣粉與高分子合成樹脂高度相容的技術(shù)。目前，高填充率的碳酸鈣塑母粒產(chǎn)品，其定位是代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料原材料，大幅減少石油資源、林木資源的消耗。例如，成為薄膜級(jí)、中空吹塑級(jí)塑料生產(chǎn)原料^[9]。

從現(xiàn)階段發(fā)展情況來看，其產(chǎn)品和技術(shù)的主要研究內(nèi)容有：具有降解功能的碳酸鈣高填充母粒研究（碳酸鈣≥75%）；組配物擠出工藝，螺桿結(jié)構(gòu)及組配方式；具有可控降解功能；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、無塵化母粒生產(chǎn)線集成等^[9]。

3.7人造崗石

人造崗石是在極高真空度下將大理石料、石粉、粘結(jié)劑等原材料壓制成大規(guī)格方料，并在常溫下固化再加工成型的工藝型材。這種石材不易變形，尺寸精確、色彩艷麗、光潔度高、可多次翻新、環(huán)保無輻射。

近年來，人造崗石生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)了短期交貨，廢氣回收處置，廢水循環(huán)利用，廢渣消化及廢料再利用技術(shù)，在環(huán)保型新材料領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。

2021年7月，中國科學(xué)院過程工程研究所公布了一種利用人造崗石廢棄物制備碳酸鈣功能材料的方法^[12]。采用人造崗石廢棄物為原料，通過直線振動(dòng)篩或旋振篩除雜，采用直徑為10~200mm的旋流組分離，將得到的物料用濕法攪拌球磨機(jī)球磨至所需粒度，然后加入（硬脂酸鈉、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑中的一種或多種）對(duì)物料進(jìn)行表面改性，再經(jīng)過脫水、干燥、分級(jí)后得到碳酸鈣功能材料。該技術(shù)制備的碳酸鈣功能材料可應(yīng)用于透氣膜填充料，涂料填料、塑料母粒填充料、油墨填料和高端造紙等領(lǐng)域。