背景及概述[1]
碳酸钙作为一种重要的无机粉体产品，由于原料易得、价格低、无毒性、白度高，广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药、食品、日化等行业的填料，以节约母料，增容增重，降低成本。但未经表面处理的碳酸钙粉末颗粒表面亲水疏油，呈强极性，因而不能与橡胶、塑料等高分子有机物发生化学交联，在有机介质中难于均匀分散，因此不能起到功能填料的作用。相反，因界面缺陷，在一定程度上会降低制品的某些物理性能。
活性碳酸钙的成功应用，使碳酸钙的性能发生了质的飞跃。尤其是活性超细碳酸钙，具有功能填料的特点，从而大大拓宽了应用范围，其增韧补强效果极大地改善和提高了相关行业的产品性能和质量。超细碳酸钙是指原生粒子粒径在0.02-0.1μm之间的碳酸钙。日本是率先研制出超细碳酸钙的国家，迄今仍在研制、生产、应用方面处于国际领先地位，已能生产不同晶形、不同粒径、不同表面改性的超细碳酸钙和无定形碳酸钙等，品种多。在此期间，美国、英国等发达国家在碳酸钙领域也有各自的特点。美国着重于超细碳酸钙在造纸和涂料方面的应用，在偶联剂的开发方面处于国际领先地位。在日本、欧美，超细碳酸钙的用量都大大超过轻质钙和重质钙的用量。超细碳酸钙是碳酸钙中的精品，也是一种最廉价的纳米材料。它所具有的特殊的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应，使其与常规粉体材料相比，在补强性、透明性、分散性、触变性和流平性等方面都显示出明显的优势。现在，超细碳酸钙正朝着专用化、精细化、功能化方向发展。
生产方法[1-2]
根据碳化过程的不同，我国超细碳酸钙的生产方法大体可分为：间歇鼓泡碳化法；连续鼓泡碳化法；连续喷雾碳化法；超重力反应结晶法。
1. 间歇鼓泡碳化法
根据碳化塔中是否有搅拌装置，该法又可分为普通间歇鼓泡碳化法和搅拌式间歇鼓泡碳化法。在锥底圆柱体碳化塔中加入精制氢氧化钙悬浊液和适当的添加剂，然后从塔底通入二氧化碳碳化至终点，就得到所要求的碳酸钙产品。在反应过程中需严格控制反应条件如碳化温度、二氧化碳流量、石灰乳浓度及搅拌速度等，并加入适当的添加剂。该法投资少、操作简单，但生产不连续，自动化程度低，产品质量不稳定；主要表现在产品晶形不易控制，粒度分布不均匀，不同批次产品的重现性差。目前国内多数厂家采用此法生产轻质碳酸钙，生产超细碳酸钙必须严格控制反应工艺参数，才能提高不同批次产品的稳定性。
2. 连续鼓泡碳化法
该法一般是两级或三级串联碳化，即精制石灰乳经级碳化塔进行部分碳化后得到反应混合液，在浆液槽中加入适当的添加剂后再进入第二级碳化塔碳化制得最终产品，或再进入第三级碳化塔碳化制得最终产品。由于碳化过程系分步进行，采用级间进行表面活性处理，可通过制冷来控制碳化温度，因此对晶形的成核、生长过程和表面处理也是分段控制，从而可得到较好的晶形，较小的粒径及粒径分布。现在，国内有些碳酸钙生产厂家可以根据用户的需求，通过严格控制石灰乳浓度、碳化温度、添加剂的类型和配比等来生产所需晶形和粒径的产品。
3. 连续喷雾碳化法
该法一般是三级串联碳化。精制石灰乳从级碳化塔顶部喷雾成的液滴加入，二氧化碳从塔底通入，二者逆流接触发生碳化反应。反应混合液从塔底流出，进入浆液槽，添加适当的分散剂处理后，喷雾进入第二级碳化塔继续碳化，然后再经表面活性处理，喷雾进入第三级碳化塔碳化制得最终产品。此法技术理念无疑是先进的，以液体作为分散相进行气液传质反应，大大增加了气液接触面积，在反应初期易形成大量晶核，可在较高温度下生产超细碳酸钙，投资较高，技术较复杂，操作难度较大，特别是喷嘴雾化问题难以解决：要提高喷嘴雾化效果，就必须缩小喷嘴孔径；而缩小喷嘴孔径，则容易造成堵塞。因此，该法在国内应用并不普遍。
4. 超重力反应结晶法
该法是湘潭大学和北京化工大学先后在研究开发的新技术，其特征是以强化气液传质过程为基本出发点，核心在于碳化反应是在超重力离心反应器. 旋转螺旋或填充床反应器/ 中进行，利用填充床高速旋转产生的几十到几百倍重力加速度，获得超重力场环境，并通过二氧化碳和氢氧化钙悬浊液在超重力专用设备中逆流接触，使相间传质和微观混合得到极大强化，为均匀快速成核创造理想环境。
应用市场[1]
1.橡胶加工业
碳酸钙是橡胶加工业中应用最早、用量的填料。它不仅可以增加制品体积，节约昂贵的天然橡胶和降低成本，而且还可以改进橡胶的加工性能。添加了超细碳酸钙的橡胶制品，其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈挠性能，都明显好于添加一般碳酸钙的制品。此外，超细碳酸钙还具有良好的补强和增白作用，可制得透明和半透明的橡胶制品。应用于橡胶加工业的超细碳酸钙，颗粒越细，与橡胶互相浸润的比表面积越大，从而使碳酸钙颗粒分散越来越困难，特别是以下的超细碳酸钙，由于表面能的增大，在橡胶混炼时容易生热而引起粘辊。因此，在应用中欲使其发挥真正的优势，克服不足，在共混时配方设计要调整，组分搭配要合理，共混时加料顺序和操作温度要优化，或通过选择其他适宜的助分散剂，来提高共混及分散效果。此外，橡胶用超细碳酸钙，其吸油值越高，则碳酸钙对橡胶的浸润性和补强性越好。通过应用发现，在不同晶形的超细碳酸钙中，以链锁状超细碳酸钙对橡胶的补强效果。
2. 塑料加工业
塑料加工业是我国超细碳酸钙的用户之一，也是应用技术较成熟的领域。超细碳酸钙在增加塑料制品体积，降低成本，提高稳定性、硬度和刚度，改进塑料的加工性能、提高其耐热性，改进塑料的散光性、抗擦伤性、平滑度和对缺口抗冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面，都具有明显的效果。通过应用发现，塑料专用超细碳酸钙以立方体晶形的应用效果。一般说来，立方体晶形的产品吸油值较低，链锁状晶形产品吸油值较高。塑料加工需要使用增塑剂，碳酸钙吸油值高，吸收增塑剂的量也大，塑料的加工性能就会变差。用于塑料填充的超细碳酸钙，要选用合适的表面处理剂和相应的活化方式，以提高产品的分散性，防止二次凝聚。由于颗粒凝聚，碳酸钙产品的实际颗粒的粒径远大于原生粒子的粒径，而在塑料加工时混炼剪切力有限，凝聚不容易打散，势必引起局部缺陷，其应用效果反而不及普通活性碳酸钙来得好。
3. 造纸工业
世界造纸工业的重心正向亚洲转移，而中国则是亚洲发展潜力的市场。随着国内造纸行业的施胶技术由酸性施胶向中性施胶的转变，超细碳酸钙将逐步取代价格较贵的高岭土，成为高档品的理想填料。超细碳酸钙颗粒细小、均匀，对纸机的磨损小。超细碳酸钙的填入不但降低了成本，同时也提高了纸张的强度、白度、不透明度和平整光滑性，还赋予纸张良好的折曲性、柔软性，以及对油墨和水良好的吸收性。在卷烟纸、杂志纸、字典纸、新闻纸、书籍纸中，碳酸钙的填充量达5-30%。在定量涂布纸、无光泽铜板纸等特殊纸制品中，超细碳酸钙填料甚至高达80%以上。在美国、日本，一些大型超细碳酸钙厂就建在大型纸厂的旁边。其超细碳酸钙浆料无需活化处理，也无需脱水干燥，用管道直接输送到纸厂与纸浆直接混合均匀，生产成本大大降低。在我国也有类似的“卫星厂”开始投产使用，并在不断兴建。不同类型的纸张对碳酸钙晶形、料径的要求有所不同，以纺锤体形应用较为普遍。目前国内造纸工业中，微细碳酸钙应用较多，超细碳酸钙应用较少。但可以预见，几年后中国的造纸工业将成为超细碳酸钙的用户之一。
4. 油墨工业
印刷油墨市场要求高性能的超细碳酸钙。超细碳酸钙用于油墨产品中，表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力、优异的油墨吸收性和干燥性。用于油墨的超细碳酸钙必须经过活化处理，晶形为球形或立方形。
5. 涂料工业
涂料工业中，超细碳酸钙不仅可作为增白的优质颜料，降低成本，提高涂料油漆的光泽，提高产品的光泽度、干燥性和遮盖力，同时还具有补强作用。用超细碳酸钙取代价格较贵的钛白粉，完全可以达到相同的效果。
7. 保健食品与饲料工业
只要控制超细碳酸钙中铅、砷等对人和动物有害元素的含量，超细碳酸钙作为一种钙源添加剂可用于保健食品与饲料工业，具有质优价廉易于吸收等特点，目前已经在奶粉等方面进行应用研究，潜力较大。
8. 日化与医药工业
超细碳酸钙可用作高档化妆品、香皂、洗面奶、儿童牙膏等日化产品的填料。在制药工业中，超细碳酸钙是培养基中的重要成份和钙源添加剂，作为微生物发酵的缓冲剂而应用于抗生素的生产，在止痛药和胃药中也起一定的药理作用。随着我国经济持续快速增长、碳酸钙微细化和表面活性技术的进步以及相关行业对提升产品质量档次的需要，超细碳酸钙行业必将在我国得到空前的发展。
参考文献
[1]颜鑫, 刘跃进, 王佩良. 我国超细碳酸钙生产现状及应用前景[J]. 化学工业, 2003(01):16-20.
[2]邓丽,吉捷,蒋惠亮,殷福珊.表面活性剂工业应用新探——制备超细碳酸钙[J].日用化学工业,2002(05):14-16.