方解石是一种天然地矿资源，分布在我国部分地区，其主要成份为碳酸钙，分子式为CaCO3。传统的利用方式是开采后采用机械破碎再研磨成石粉，主要用于建筑行业的装饰涂料。随着新技术、新材料、新工艺的快速发展，碳酸钙成为了一种重要的化工原材料，方解石粉体产品在塑料、造纸、食品、医药等二十几个产业领域有着广泛的应用。
方解石矿
方解石原矿
1、产业发展特点
随着新技术、新材料、新工艺的快速发展，碳酸钙成为了一种重要的化工原材料，碳酸钙是用量最大、使用范围最广泛的一种无机填充剂。主要用于橡胶、造纸、涂料、油漆、油墨、电缆、食品、医药、PVC型材、人造革、PVC扣板、医药、化妆品等日用化工行业。方解石制备轻质碳酸钙由于粒子的超细化超白化，其晶体验生活结构和表面电子结构发生了变化，产生了普通碳酸钙所不能具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，在磁性、光热阻和熔点白度等方面与常规材料相比显示出优越性能.（1）涂料，在涂料应用方面，该产品用作功能填料或白色颜料，主要用于日用涂料、汽车漆、涂改液等,作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光泽高等优点，涂料中被大量推广使用。（2）橡胶，在橡胶制品方面，该产品除了具有普通碳酸钙的填充功能外，还能改善橡胶的加工性能，改进硫经济橡胶的性能，具有补强功能，可以及部分替代白岩黑和钛白粉等价格较高的白色填充剂。（3）塑料，该产品在塑料制品中是无机增强、增韧材料。其主要的作用有：增加塑料体积、降低产品成本；提高塑料的稳定性、硬度和刚性、耐热性；改善加工性能和其他特殊性能。并且白度越高改善效果越好。（4）造纸，在造纸工业中，随着造纸工艺过程中的施胶技术由酸性施胶向中性施胶转变，为碳酸钙的应用提供了一个巨大的潜在市场。该产品用于高级铜板纸中，由于其分散性能好、白度高、对光的散射性好，使添加后的纸张有较高的松密度，良好的可塑性柔软性，纸张表面细腻，可改善油墨的确吸收性并提高保留率。用在高档卫生用纸中，可以增加产品的韧性、吸水性和白度，使用起来更加安全、卫生。（5）其他行业，在高档油墨中，该产品代替普通碳酸钙，可以提高油墨附着力，适于高速印刷。此外，在医药和化妆品方面的应用正在得到大量使用，如一些补钙药品、牙膏等。综上所述，由于方解石制备轻质碳酸钙所具有的这些传统碳酸钙产品无法比拟的优越性能，使其应用前景极为广阔。目前全国需求量达1000万吨/年左右。因此，方解石产业是具有地域优势的特色新材料产业。
2、产业发展现状与基础
我国是世界碳酸钙资源和生产大国，从上世纪80年代才开始进行研究、90年代才开始生产重质碳酸钙,与世界先进水平还有很大的差距,随着技术的进步,这一差距正逐渐缩小。目前我国重钙工业总产能2500万吨中可作为填料直接用于橡胶、塑料、造纸、油漆涂料等行业的FGCC产品为800万吨左右。全国上百家重钙生产企业中仅十多家能生产FGCC产品，大多为外资企业或中外合资企业，且都位于山东、浙江、江苏、安徽、广东等沿海经济发达地区。以张家界恒亮新材料科技有限公司为例，2003年成立以来致力于走科技兴企之路，依托中国矿业大学、湖南大学、长沙矿冶研究院等科研单位和高校进行重质碳酸钙深加工产品开发。经过5年的拼搏与发展，该公司已成为湖南省重质碳酸钙深加工龙头企业，拥有优质方解石矿山10座，矿石总储量在3000万吨以上，生产加工基地三处，生产线19条，年产系列重质碳酸钙产品22万吨，各类技术人员77人，解决劳动就业300多人,是湖南省目前规模最大的重质碳酸钙生产企业。该公司生产的“龙精”牌系列产品被评为湖南名牌产品，广泛应用于造纸、塑料、橡胶、牙膏、PVC管材、食品添加剂等多个领域，占湖南省70%的市场份额。产品还远销长江三角洲及山东、安徽、浙江、等省市，公司连续四年每年以40%的速度扩大生产规模，产品一直供不应求。2007年公司被湖南省科技厅授予“湖南省高新技术企业”，2008年获得国家质检总局颁发的食品钙添加剂生产许可证，2008年10月成为中国塑料加工工业协会常务理事单位，2009年进入湖南省推进新型工业化“双百工程”。目前公司正积极着手“中国名牌产品”的申报工作。
张家界宏泰矿业有限责任公司2006年组建以来,致力于扩大招商引资和技术合作,先后引进香港、深圳高源有色金属有限公司投资开发永定区三家馆乡方解石产业化项目（投资2亿元人民币）,现巳落户张家界市科技工业园,并基本形成了年产10万吨超微细重质碳酸钙和5万吨塑料增强剂产业化项目生产能力。投产后,可实现年销售收入1.9亿元,年税金2680万元,年纯利润4425万元。该公司通过与中国塑料加工工业协会塑料改性专业委员会、福建师范大学环境材料开发研究所和桂林工学院金属矿材料应用研究所组成学、产、研联合攻关组对永定区方解石资源进行系统深入地研究与开发,目前巳开发出造纸涂布级碳酸钙、塑料级碳酸钙、超微细碳酸钙、塑料填充剂和塑料增强剂、食品级碳酸钙、药用级碳酸钙等产品若干个,并通过了1S09000：2000质量体系认证和1S022000食品安全质量管理体系认证。
3、产业化研究内容
张家界市拥有丰富优质的矿产资源，经过近十年的创业发展，重质碳酸钙生产销售规模跃居全省第一，产量达20万吨/年以上。近几年企业遵循科学发展观，全力推进技术升级改造，引进人才、引进设备，以新技术、新工艺提升产品质量，开发的超细重质碳酸钙已应用于造纸、塑料、食品钙等高端市场，受到用户的一致好评，并获得了良好的社会效益和经济效益。
⑴、系列有机改性重质CaCO3研发及产业化新技术、新工艺、新材料的发展，对重质碳酸钙产品提出了更高的要求，同时节能环保的国策也对碳酸钙的生产和使用提出了新的要求。作为无机填料，碳酸钙的应用可以降低塑料、橡胶、化纤、油墨、油漆等的生产成本，节约大量的有机资源，但碳酸钙与树脂间的无机/有机界面粘结不牢，严重地影响了填充量增加、制品机械强度、耐老化性能等，制约了重钙产品在高端领域的广泛应用。CaCO3高端应用市场给CaCO3提出了超细化的要求，粒度达微米级，甚至到纳米级，但这么小的粒子，其单个粒子重量远低于粒子间的作用力，因此极易团聚，给下游产品的使用造成困难，解决上述问题的必由之路，就是对重质碳酸钙粉体产品的颗粒表面进行有机改性。目前少数企业对部分重钙粉体采用硬脂酸改性，例如恒亮公司采用此法生产的改性碳酸钙占总产量的8％，在市场应用中有着良好的发展前景。但是高端市场对改性CaCO3的需求是千差万别的。有的是强调CaCO3使用过程中的易分散性；有的是强调材料加工过程中的流动性；有的是强调在树脂中的分散稳定性；有的是强调CaCO3在材料中的补强性，因此只有对CaCO3粉体进行个性化有机改性，才能满足不同高端市场的需要。
⑵、系列高性能CaCO3母粒研发及产业化
近年来，国内外在填充无机粉体的塑胶制品生产过程中越来越倾向于应用无机粉体母粒。传统生产过程中，塑胶制品生产企业，将购进的无机粉体烘干与树脂混合，再加工成粒料，再注射成型或挤出成型，生产线路长、能耗高，并且有配方难准确控制，填料难分散均匀等缺点，而母粒技术的应用，可以解决上述不足。母粒的生产最好是在无机粉体生产企业进行，即将刚生产的粉体与树脂按质量比约为8：2的比例混合，经螺杆挤出造粒机组连续生产母粒。该技术有四大优势，其一，刚生产的无机粉体未经存放、未吸潮、未团聚，能均匀地分散在母粒树脂中；其二，母粒在贮存运输过程中无粉尘，吸潮少；其三，母粒在塑胶制品生产过程中能减少烘料能耗；其四，塑胶制品工艺流程缩短，生产效率提高、配方易控制、产品质量明显提高。
重质CaCO3母粒已部分应用于聚丙烯无纺布纺丝、聚氯乙烯编织袋纺丝及聚乙烯农膜中，使用效果优良，但在绝大部分塑料制品生产过程中未能采用，其原因是多方面的，其一，母粒不够系列化，难以满足制品企业差别化需求；其二，母粒质量及价格问题；其三，制品企业如自己生产母粒，更延长了工艺流程，增加了生产成本。然而CaCO3母粒在塑料制品中的应用，能节能降耗，提升产品品质，节约成本是毋庸置疑的。症结在于重质CaCO3企业与塑胶制品产业之间存在一个脱节，如果重质CaCO3企业将产业链延伸到母粒，这个问题将迎刃而解。
因此,引进设备和技术，开发系列高性能重钙母粒，推广其在化纤、薄膜、型材、管材中的应用，进一步提升我市碳酸钙资源的开发利用水平，促进我国塑料加工企业的工艺改进及制品质量巳迫在眉睫。
⑶、弹性聚合物/CaCO3建筑嵌缝材料研发及产业化
房屋装修过程中，要用到大量的嵌缝材料，嵌缝材料将装修结构材料的接口部位连接起来，保持不开裂的结构完整性。然而各种建筑结构材料都有一定的热膨胀系数，随着环境温度升降、或建筑物受震动影响，接口部位的间隙尺寸会发生变化，随即产生裂纹，裂纹与日俱增，变成明显的裂缝，影响建筑物功能及外观。目前，市场上所有的嵌缝材料都很难解决这个难题。从材料力学原理分析出发，最佳嵌缝材料应具备以下三个条件：其一，固化前为可流体，固化后为弹性体；其二，固化后与被粘基材有良好的粘接强度；其三，本身有一定的抗拉强度和一定的伸长率。恒亮公司拟开发高性能弹性建筑嵌缝材料，不仅可以发挥自身重钙产业优势，延长产业链，并可为建筑产业提供新的嵌缝材料。
⑷、聚合物/CaCO3建筑保温材料研发及产业化
随着世界上能源危机意识的增强，建筑物的节能环保功能日益被强调，市场上出现了许多保温隔热材料，如空心砖、泡沫面板、珍珠岩砂浆等，都得到了一定规模的应用，但因其各有缺点，推广阻力大。该领域急需一种施工高效、性价比高的新型保温材料。恒亮公司拟开发聚合物/CaCO3保温材料，该材料由CaCO3、聚合物、功能助剂复配而成，经专用设备现场喷涂，原位发泡固化，形成泡沫保温层，也可制成预制板材。施工中无有机物排放，工艺方便快捷，保温层隔热隔音效果好，外形美观。该项目同样达到提高CaCO3资源利用水平，促进我国建材更新换代的目的。
4、产业发展潜力与前景
方解石产品深加工增值空间巨大。方解石原矿价格120元/吨，加工成产品时价格：325目250元/吨，1200亩400元/吨，2000目710元/吨，而通过功能改性加工到直接用于造纸、塑料、橡胶、油漆涂料等的6000目产品，则高达每吨2050元，由此可见，随着重质碳酸钙产品的精深加工，产品的附加值会大幅度提高，使方解石的价值由几十元每吨上升到2000多元每吨，由几倍增加到几十倍。从现有产品技术链看，方解石可延伸开发出五百多种衍生品。
超细重钙产品与常规重钙粉体材料相比，在补强性、透明性、分散性、触变性和流变性等方面有明显优势。随着各行业新材料、新技术的广泛应用，重钙产品正朝专业化、精细化、功能化等深加工技术方面发展，粒径的细化及超微细化是重质碳酸钙产品的主要技术发展方向与趋势，而表面改性扩大了重质碳酸钙的应用范围，使其在国内、国际市场上十分走俏。
近年来，随着科学技术的发展、生产工艺的改进、填料应用技术的提高，我国造纸、塑料、橡胶、油漆等行业对FGCC产品需求量的快速增长，英国、西班牙、日本等国重钙生产商纷纷看好我国这一巨大的FGCC产品需求市场，相继在广东、江苏、安徽、浙江等省建起了一些年产2-5万吨超细重钙产品的外资或合资企业，英国瓷土公司已在安徽建设年产2万吨造纸级超细重质碳酸钙生产厂，并拟在浙江宁波再建1套年产5万吨的生产装置；瑞士有关公司也派专家来我国考察重质碳酸钙原矿的情况，探讨合作建厂的可能性。