工业重质碳酸钙粉体的物化结构与应用性能--目录

工业重质碳酸钙粉体的物化结构与应用性能... 1

摘要

工业重质碳酸钙是一种实践性较强的无机非金属材料-碳酸盐岩类的衍生产品。国外已经有过百年的历史，在国内也已经发展了近三十年。行业长期依赖于经验，许多似是而非的现象未能进行统一的分析和解释，影响到行业的快速发展。

本文借鉴高分子物理的思路，从方解石矿-方解石晶体结构-方解石解理结构-粉体的制备工艺和设备-粉体粒径-粉体的颗粒结构-粉体颗粒间作用-粉体物化性质-粉体改性等等的脉络展开论述，以矿物解理结构与性能之间的关系为主线，穿插各种矿石的解理、研磨制粉工艺和设备等，分析方解石矿物晶体、矿石品位、研磨工艺设备、粒径分布等与矿物解理相关的因素制备的GCC粉体，其物理、化学结构与性能、应用等的关系[1]。

本文创新点在于：

通过特定的试验方法，量化统计分析出特定粉体的微观表面各种物化结构的体积或面积比例。

统计出不同矿物晶体和品位的矿石，通过各种研磨设备解理，获得不同矿石粉的解理度数据和评价方法。

从矿石解理后粉体的物化结构以及性质等的角度，结合现有试验数据和现象，分析各个结构功能区的作用机理，以此为理论基础，解释粉体加工、流动、活化、下游应用等方面的现象。并分析出研磨助剂、活化等的作用机理。

参考论文，结合实际，推理重钙活化的过程，包括物理过程，化学反应。

通过对粉体结构和性能进行分析，推演出粉体应用方向，在普通重质碳酸钙的基础上，设计和试验了新型高表面性能的类轻钙新产品工艺。

该文内容基于生产实践，站在结构性能的角度看待问题，高于一般的简单数据汇总，具有较好的应用指导意义。

具体内容包括但不限于：

方解石晶体的物化结构、方解石矿石及其解理、粉体研磨和制备工艺、粉体制备效能评价方法、粉体粒径分布特性、粉体表面物理结构单元量化统计、基础结构与性能的关系与机理（粉体结构与物理密度，流动性，表面活化，成孔，填充，物理重构等方面）、PCC与GCC应用对比数据、粉体制备工艺优化和统一、粉体功能化增韧、增强机理等方面做出详细阐述的相关资料。

本文限技术交流，原创性较高，少量引用一些网络或教科书籍的基础类图片，仅作示意图用，无意涉及企业的商业技术机密。每个引用图片均标有出处，如有侵权，请联系作者进行撤销。

受限于本人高分子材料类本科微薄的教育基础，对无机材料的理论论述或描述难免有些不当之处，敬请谅解或并提出宝贵意见，不胜感谢。

文章只剩最后几章在进行修订，前面内容基本编写完成。

归属：材料科学、无机含氧盐大类、碳酸盐分类、方解石族矿物类、方解石、工业重质碳酸钙粉体

前言... 13

1. 方解石矿... 14

1-1 方解石族矿物简介... 14

1-2 方解石矿物简介... 14

1-3 碳酸钙的其它晶体结构... 15

1-4 方解石矿物地质成因... 15

1-5 方解石矿石... 16

1-6 沉积类方解石... 18

1-6-1 白垩... 19

1-6-2 石灰石... 20

1-6-3 钟乳石... 21

1-6-4 钙华... 21

1-6-5 钙质结核... 22

1-7 变质类方解石... 22

1-7-1 大理石成因... 23

1-7-2 大理石品种简介... 24

1-7-3 粗晶簇类大理石... 26

1-7-4 球晶类大理石... 27

1-7-5 细球晶大理石... 28

1-7-6 微晶大理石... 28

1-8 热液充填类方解石... 29

1-8-1 方解石成因... 29

1-8-2 方解石矿特点... 30

1-8-3 中方解石... 30

1-8-4 大方解石... 32

1-8-5 冰洲石... 32

1-9 方解石族其它矿物简介... 32

1-9-1 镁元素... 34

1-9-2 硅元素... 37

1-9-3 铝元素... 37

1-9-4 铁元素... 38

1-9-5 锰元素... 38

1-9-6 锌元素... 39

1-9-7 有机碳元素... 39

2. 方解石矿物晶体结构... 40

2-1 菱面体物理结构... 40

2-1-1 格子结构... 41

2-1-2 晶胞结构... 41

2-1-3 晶体发育... 41

2-1-4 晶体形态... 42

2-1-5 其它矿物... 42

2-2 菱面体化学结构... 42

2-2-1 碳酸根络阴离子（ [CO₃]^2-）... 42

2-2-2 碳酸氢根（[HCO₃]^-）... 43

2-2-3 钙阳离子（[Ca]²⁺）... 43

2-2-4 钙羟基（[Ca-OH] ⁺）... 43

2-2-5 钙碳酸氢根（[Ca-HCO3] ⁺）     43

2-2-6 配位与配位数CN.. 44

3. 粉体制备工艺和设备... 46

3-1 粉体研磨制备... 46

3-1-1 研磨制粉过程... 46

3-1-2 解理度... 47

3-1-3 研磨裂纹生成... 48

3-1-4 晶变现象... 48

3-1-5 弛豫现象... 49

3-1-6 裂纹的毛细吸附... 50

3-1-7 毛细吸附对粉体性能影响：     51

3-1-8 水解作用... 51

3-1-9 晶体热压摩擦生电... 53

3-2 制粉工艺简介... 53

3-3 干法设备简介... 53

3-3-1 球磨... 54

3-3-2 立磨... 55

3-3-3 环辊磨... 56

3-3-4 雷蒙磨... 57

3-4 湿法设备简介... 58

3-5 助研磨剂... 59

3-5-1 功效和机理... 59

3-5-2 环辊磨与助研磨剂... 59

石灰石矿... 60

粗晶大理石... 61

3-5-3 立磨与助研磨剂... 62

3-5-4 助研磨和活化一体工艺设想     62

3-6 选洗矿... 62

3-6-1 矿石杂质... 63

3-6-2 色选机... 63

3-6-3 洗矿... 64

3-6-4 洗选数据分析... 64

3-7 制粉能效评价模型... 67

4. 粉体颗粒结构... 72

4-1 聚集态结构... 72

4-1-1 基本颗粒... 72

4-1-2 团聚体... 73

4-1-3 粉体内空隙... 74

4-2 颗粒外观结构... 75

4-2-1 外观形态... 75

4-2-2 外观维度及长径比... 75

4-2-3 比表面积BET. 76

4-3 粒径分布... 77

4-3-1 金属筛分法和目数... 77

4-3-2 激光粒径仪法... 79

4-3-3 电镜法... 81

4-3-4 粒径特征指标... 81

5. 粉体解理结构... 83

5-1 矿物晶体解理... 83

5-1-1 解理特性... 83

5-1-2 解理类型... 84

5-2 粉体解理度... 85

5-2-1 解理度的表征... 85

5-2-2 解理度与矿物结晶形态... 86

5-2-3 解理度与矿石品位... 86

5-2-4 解理度与研磨工艺... 86

5-2-5 解理度与粒径... 87

5-2-6 解理度与助研磨剂... 87

5-3 粉体解理面结构... 87

5-3-1 解理面结构区... 87

5-3-2 解理结构区的性质... 88

5-3-3 结构不连续和不均匀性... 89

6. 颗粒间相互作用... 89

6-1 作用原因分类... 90

6-1-1 电荷相关作用... 90

6-1-2 极性相关作用... 90

6-1-3 非极性相关作用... 90

6-1-4 距离相关作用... 90

6-1-5 液相相关作用... 91

6-1-6 溶剂相关作用... 91

6-1-7 运动相关作用... 92

6-2 作用效果分类... 92

6-2-1 物理吸附作用... 92

6-2-2 化学吸附作用... 93

6-2-3 团聚作用与流动性... 94

6-3 表面结构与作用关系... 94

7. 粉体的物化性质... 95

7-1 常规性质... 95

7-1-1 常规物化性质... 96

7-1-2 莫氏硬度... 96

7-1-3 热线性膨胀系数CLTE. 97

7-1-4 折射率与遮盖性... 97

7-1-5 电导率与团聚... 98

7-1-6 传热系数... 99

7-1-7 矿物含量要求... 99

7-2 颜色... 99

7-2-1 矿石品位与颜色... 99

7-2-2 粉体颜色测定... 101

7-2-3 蓝光白度R457. 102

7-2-4 粉体色差... 104

7-2-5 热致光现象... 104

7-2-6 热变色现象... 105

7-3 密度... 105

7-3-1 真密度... 105

7-3-2 充填密度... 106

7-3-3 松密度... 106

7-3-4 振实密度... 107

7-3-5 粉体密度检测标准... 107

7-3-6 粉体排水法密度测量数据... 107

7-3-7 粉体排乙醇密度测量... 111

7-3-8 矿石排水密度测量... 111

7-3-9 制品填充密度设计... 111

7-4 亲水性... 111

7-4-1 亲水的特征... 112

7-4-2 粉体与水的结合... 112

7-4-3 挥发物含量... 113

7-4-4 沉降体积... 113

7-5 吸油性... 114

7-5-1 吸油速率... 115

7-5-2 粒径与吸油值... 117

7-5-3 矿石品位与吸油值... 117

7-5-4 矿石种类与吸油值... 118

7-5-5 研磨设备与吸油值... 120

7-5-6 研磨工艺与吸油值... 120

7-6 干粉流动性能... 122

7-6-1 干流性与流动单元... 122

7-6-2 干流性影响因素... 123

7-6-3 粉体干流性描述... 124

7-6-4 干流性对PVC作用... 124

7-6-5 干流性评价... 125

7-6-6 干流性改善方法... 126

7-6-7 干流性的不利影响... 126

7-7 流变性... 127

7-7-1 扭矩流变仪... 127

7-7-2 粒径与流变性... 128

7-7-3 矿物晶体与流变性... 128

7-7-4 矿石品位与流变性... 128

7-7-5 研磨设备与流变性... 129

7-7-6 研磨工艺与流变性... 129

7-7-7 流变性特征值... 130

7-8 触变性... 131

7-8-1 触变的流变学意义... 131

7-8-2 触变机理... 131

7-9 成孔性... 132

7-9-1 粉体成孔机理... 132

7-9-2 流涎法（LDPE）... 132

7-9-3 拉伸法（BOPP）... 132

8. 粉体改性... 133

8-1 理想活化条件... 133

8-2 硬脂酸活化... 133

8-3 硅烷偶联剂活化... 135

8-4 活化设备简介... 136

8-4-1 三辊改性机... 136

8-4-2 涡流磨改性机... 137

8-4-3 蜂巢磨... 137

8-4-4 气流磨改性机... 137

8-4-5 钉盘磨或针盘磨... 138

8-4-6 高搅机... 139

8-4-7 活化机功能概括... 139

8-5 活化度评价... 141

8-5-1 水相悬浮法... 141

8-5-2 吸油值法... 141

8-5-3 扭矩流变仪法... 141

9 粉体的应用案例... 142

9-1 应用分类... 142

9-2 流涎法透气膜... 143

9-2-1 白度要求... 143

9-2-2 粒径要求... 143

9-2-3 分散性要求... 143

9-2-4 杂质要求... 144

9-3 纺织类PP母粒... 144

9-3-1 编织袋生产工艺... 144

9-3-2 PP母粒生产工艺... 144

9-3-3 白度要求... 144

9-3-4 粒径要求... 144

9-3-5 粉体分散性要求... 144

9-4 石塑类墙板... 145

9-4-1 白度要求... 145

9-4-2 粒径要求... 145

9-4-3 流动性... 145

9-4-4 市场新产品... 145

9-5 发泡类墙板... 146

9-5-1 白度要求... 146

9-5-2 粒径要求... 146

9-5-3 流动性要求... 146

9-6 涂料类... 147

9-6-1 防腐性能... 147

9-6-2 表面缺陷... 147

9-6-3 贝纳德旋涡... 148

9-6-4 触变性... 148

9-6-5 施工工艺与涂层... 148

9-6-6 涂料用重钙要求... 149

9-6-7 粉末涂料简介... 149

9-6-8 乳胶涂料简介... 149

9-6-9 水性涂料... 150

9-6-10 腻子粉... 150

9-7 密封胶... 150

9-7-1 四川胶类企业简介... 150

9-7-2 生产工艺... 151

9-7-3 主材配比... 151

9-7-4 重钙的要求... 151

9-7-5 流动性案例... 152

9-7-6 检测设备... 152

9-8 封边条... 155

9-8-1 制造工艺简介... 155

9-8-2 对重钙的要求... 156

9-8-3 应用案例... 156

9-9 稀土萃取应用... 156

9-9-1 稀土分离技术简介... 156

9-9-2 金属含量检测标准... 157

9-9-3 相关专利... 157

9-9-4 客户要求... 158

9-10 造纸磨浆... 158

9-11 道标漆... 158

9-11-1 产品分类... 158

9-11-2 道标漆用钙粉史... 158

9-11-3 热熔用钙粉要求... 159

9-11-4 水性用钙粉要求... 159

9-11-5 双组份用粉要求... 160

9-11-6 喷涂用钙粉要求... 160

10 粉体干流性检测和和评价... 160

1 实验部分... 161

2结果与讨论... 163

2.1矿石与粒径... 163

2.2矿石与流动性... 164

2.3粒径与流动性... 164

2.5粉体流动性指标的适用性... 164

2.5.1压缩度C_p. 164

2.5.2休止角θ_r 165

2.5.3崩溃角... 166

2.5.4休止角和崩溃角差值... 166

2.5.5抹刀角θ_s 166

2.5.6均齐度D60/D10 U_f 167

2.5.7凝集度C_h. 167

2.5.8流动性评价指数... 167

2.5.9新检测方法设想... 168

3结论... 168

11 硬脂酸活化GCC粉体的物化作用机理解析     168

12 GCC粉体在PVC型材中的应用分析     175

13 轻钙产品简介... 183

13-1 轻重钙表面结构... 183

13-2 轻重钙的性能对比... 184

13-3 轻重钙应用对比... 184

物理功能区量化测量方法... 184

流涎法透气膜缺陷的指标研究... 184

刚性粒子增强增韧... 184

表面结构重构技术... 184

参考文献... 184