碳酸钙

一种难溶性的碳酸盐

碳酸钙(英文名称: 钙 Carbonate ), 无机化合物 ,由钙元素和 氧元素 组成。 化学式 为CaCO 3 ,俗称石灰石, 摩尔质量 为100.0869g/ 摩尔 ,密度为2.70-2.95g/cm 3 。碳酸钙为白色粉末或 晶体 ,无毒无味,在水中的 溶解度 较低,属于难溶的碳酸盐,是一种微碱性物质,易与酸反应,放出 二氧化碳 。碳酸钙分为 轻质碳酸钙 、 重质碳酸钙 和 活性碳酸钙 等,轻质碳酸钙可由 碳化 法制得; 重质碳酸钙 可由干法和湿法两种工艺制得;活性碳酸钙可经活化处理和偶联处理制得。碳酸钙广泛应用于橡胶、涂料、 油墨 、 造纸 、医药、食品等行业。

分布情况

自然界中碳酸钙存在于 大理石 、 方解石 、白恶、 蛋壳 、贝壳、 珍珠 等物质中;锅炉和 水壶 中的 水垢 主要成分也是碳酸钙。

在 地壳 中,方解石是分布最广泛的 矿石 之一,它大量地存在于土壤中、 泥灰岩 ,还溶解于河水、海水中。每年有大量的碳酸钙以极小的微粒随河水进入海洋,这些极小的微粒碳酸钙会被海洋极小的微生物所吃掉,形成它们的骨骼和介壳。这些动物的骨骼和介壳会沉到海洋的底上,还有一些不定型的颗粒会夹杂着生物的残体和生物腐烂后的生成物,就在海洋底部形成了大量的淤泥状物质。这种淤泥物质会在在海洋底部发生了沉积变质作用这种特殊的化学变化和物理变化,最终逐渐形成了岩石,慢慢地会在海洋底部沉积出来。像珠穆朗玛峰,都是由这些极小的生物所构成。

理化性质

物理性质

碳酸钙为 白色晶体 或粉末,无毒、无臭、无刺激性, 熔点 为825℃, 沸点 为800℃,密度为2.70-2.95g/cm 3, 相对分子质量为100.0869。常温下,微溶于水, 溶解度 为0.0014,属于难溶性 碳酸盐 ,温度对溶解度影响很小。 20℃时,碳酸钙在100g水里,达到饱和时能溶解0.0013g。所以,20℃时碳酸钙的溶解度是0.0013g。

碳酸钙有 方解石 、 文石 和球 石 三种不同的结晶形态,分别属于三方、斜方和 六方晶系 ,其中方解石最稳定,文石和球霰石属于非稳 晶态 ,它们的能量依次降低,溶解度也依次降低。方解石和文石是天然的碳酸钙,球霰石则是人工生长的碳酸钙。在自然界中,方解石以石灰石等形式存在;文石的特征形貌一般多为针状,在自然界的存在形式是海洋 沉积物 和 珍珠层 ;球霰石的特征形貌是球状和片状,在自然界没有天然存在的球霰石。

化学性质

高温分解

碳酸钙在900℃的温度下,分解为 二氧化碳 和 氧化钙 。

与酸反应

碳酸钙与 盐酸 、 硫酸 、 硝酸 等酸反应,放出二氧化碳,并生成相应的盐。

与酸性氧化物反应

碳酸钙与 二氧化硫 、 二氧化碳 和水反应,放出二氧化碳或变成可溶性的酸式 碳酸盐 。

与盐反应

碳酸钙与 酸式盐 、 强酸弱碱盐 、某些配盐反应,放出 二氧化碳 或变成可溶性的酸式 碳酸根 。

分类及制备

轻质碳酸钙

碳化法

将石灰石粉碎到一定块度,按一定比例放入 石灰窑 中进行煅烧,该过程反应方程式如下:

经过煅烧生成的 生石灰 和一定量洁净的热水加入到连续消化机内,使石灰石于水反应生成 石灰乳 ,之后再对石灰乳进行精制。其化学反应为:

通过精制得到的石灰乳用泵输送到碳化塔,从碳化塔的底部向塔内通入窑气,窑气中的 二氧化碳 的含量约为20%~35%,二氧化碳与石灰乳在塔内进行碳化反应,反应方程式为:

碳化 反应生成的碳酸钙经过脱水、 烘干 、粉碎、过筛和包装后得到 轻质碳酸钙 。

重质碳酸钙

干法生产工艺

选择铅、锰、硅、铁含量低并且高纯度、高白度的 方解石 等 矿石 为原料,将原料经过除渣等预处理后,原料再用额式 破碎机 粗碎和中碎后,成为35mm以下的碎块,再经 雷蒙磨 进一步粉碎和研磨,所得的粉体由 鼓风机 送入 分级机 进行筛分,符合细度规格要求的产品由 气流 输送进人收集器,粗的颗粒则返回 粉碎机 再次加工。根据 重质碳酸钙 的用途、产量和原料来选择粉碎机,常用的粉碎机有雷蒙磨、 球磨机 、振动磨、超微细磨等。

湿法生产工艺

由于 干法粉碎 存在一个颗粒“粉碎极限的”问题,此时通过普通的机械粉碎很难将颗粒进一步粉碎,因此对一些相对较细的产品需要通过湿法研磨工艺进行生产。湿法工艺技术是在干法粗碎后,加水及有关助剂在 研磨器 中混合研磨,根据不同要求逐级研磨、浮选等除去 矿石 中杂质,磨细粒度、提高纯度和白度,制成浆状或膏状产品,也可经分离、干燥制取粉状产品。

活性碳酸钙

轻质或 重质碳酸钙 加以 表面处理 即可制得活性 轻质碳酸钙 或 活性重质碳酸钙 。表面处理方法主要有 活化 处理和偶联处理等方法。

活化处理

活化剂 硬脂酸 、 树脂 酸、 松香酸 等的 亲水性 基团 与 轻质碳酸钙 分子或重质碳酸钙分子之间进行 化学 结合,形成单分子活性层,由于在活性层上存在活化剂的亲油性基团,从而改善了碳酸钙在油性基质中的分散性能。

偶联处理

偶联剂 用 无水 有机 溶剂 稀释成一定浓度,在高速搅拌和高温下与干粉状的碳酸钙混合均匀,使碳酸钙表面形成一单分子层,借助于这一偶联剂的单分子层的“ 架桥 ”作用,使 无机化合物 碳酸钙与有机 高分子材料 更好地结合起来。

用途

橡胶行业

碳酸钙主要是橡胶、塑料的填充改性剂,与其表面处理剂相近,对产品质量性能要求也较为相近。 重质碳酸钙 一般在橡胶行业中的用量较大。 同时, 重质碳酸钙 在塑料改性技术中作为填充剂和改性剂,不仅可以显著降低塑料制品的原材料成本,而且可以有效地改善塑料材料的性能。 据统计,塑料制品工业约70%的无机填料是碳酸钙,包括 轻质碳酸钙 和重质碳酸钙。

涂料行业

一些低档的涂料一般填充重质碳酸钙和普通 轻质碳酸钙 ,包括用量较大的 建筑材料 ;一些高档涂料多采用 纳米碳酸钙 进行填充,如 汽车 底漆 、建筑 内墙涂料 等。 水性涂料 的快速发展使涂料钙产品市场用量加大,尤其使得一些彩色水性涂料制品对纳米碳酸钙的需求逐渐增加。

油墨行业

油墨用的碳酸钙多为颗粒形状,为立方形的轻质碳酸钙, 表面活化剂 常采用 没药树 酸,主要用于树脂型 胶印 油墨 中,调节油墨流动性能、降低产品成本。

造纸行业

造纸 专用的碳酸钙包括 重质碳酸钙 和 轻质碳酸钙 ,在各类纸中填充量达到5%~30%。碳酸钙的填入不但降低了成本,同时也提高了纸张的白度和强度。主要以 重质碳酸钙 为主,因为它白度高、吸油值低、粒度均匀,更适合造纸填料的需要。

医药行业

碳酸钙是制药工业 培养基 中的重要组成成分,可以提供钙元素,还能作为微生物发酵的 中和剂 。在药片中,碳酸钙作为填料,在止酸药和胃药中起一定的 药理学 作用。

食品行业

碳酸钙可以作为 食品添加剂 ,在食品中添加适量的碳酸钙可提供人体所需的 钙质 。某些食品中添加碳酸钙既可 降低成本 ,又可作为基质材料。

安全信息

安全标志

GHS 分类

毒理学资料

ADI (Acceptable Daily Intake)不作限制性规定。按 中国食品 营养强化剂使用卫生标准(GB14880-1994),碳酸钙可用于谷类及其制品,用量为4~8g/kg;饮料、乳饮料,用量为1~2g/kg;婴幼儿食品,用量为7.5g/kg。

燃爆危险

本产品不燃,没有爆炸性。

健康危害

长期吸入石灰石粉尘,常出现 上呼吸道 的萎缩性卡他、 支气管炎 ,同时伴有 肺气肿 ,粉碎工人可以看到弥漫-硬化型 肺尘病 。工作时应注意保护呼吸器官及皮肤,穿戴口罩、手套、工作服、以防吸入粉尘。

急救措施

吸入:立即将人移动到新鲜空气中。

眼睛接触:立即用大量水冲洗眼睛,偶尔抬起下眼睑和上眼睑,就医。

皮肤接触:立即用 肥皂 和水清洗受污染的皮肤。

贮存运输

贮存于阴凉、干燥的库房,避免与酸性物质共同储存,要注意 防潮 ;运输时要防止雨淋,搬运时要小心轻放,防止散包。

参考资料

  1. Calcium Carbonate PubChem 2022-11-01
  2. CALCIUM CARBONATE Hazardous Substances Data Bank (HSDB) 2022-11-01
  3. CALCIUM CARBONATE CAMEO Chemicals 2022-12-10