1碳酸鈣是什么   

碳酸鈣，俗稱灰石、石灰石、石粉、大理石等。它是地球上常見物質(zhì)之一，存在于方解石、文石、白堊、石灰石、大理石、石灰華等巖石內(nèi)，也可為動物骨骼或外殼的主要成分。從化學(xué)組成角度解釋，C、O、Ca三種化學(xué)元素結(jié)合可成為CaCO?，因此碳酸鈣是一種無機(jī)化合物。它的相對分子質(zhì)量100.09，其中氧化鈣（CaO）占56.03%，二氧化碳（CO2）占43.97%。

 

碳酸鈣粉體 圖源：華宇納米

2碳酸鈣原礦  

 

方解石（calcite）的化學(xué)分子式為CaCO3，其理論化學(xué)組成為：CaO56.03%，CO243.97%；常有MgO、FeO、MnO等類質(zhì)同象代替。 

方解石集合體呈板狀或纖維狀、致密塊狀、粒狀（大理石）、土狀（白堊）、多孔狀、鐘乳狀和鮞狀、豆?fàn)睢⒔Y(jié)核狀、葡萄狀及晶族狀等。方解石無色（冰州石）或白色，有時(shí)被鐵、錳、銅等元素染成淺黃色、淺紅色、紫色、褐色。根據(jù)其晶體大小規(guī)則不一分為大方解和小方解。解理完全，硬度3，密度2.6～2.8g/cm3。  

石灰石（limestone）主要化學(xué)成分為碳酸鈣（CaCO3），以方解石微粒狀呈現(xiàn)，晶體形態(tài)復(fù)雜，常呈偏三角面體及菱面體，淺灰色或青灰色，致密塊狀、粒狀、結(jié)核狀及多孔結(jié)構(gòu)狀。石灰石的化學(xué)成分主要有CaO、MgO、CO2等，礦物成分主要為方解石，其次為白云石等，莫氏硬度3～4，密度2.5～2.8g/cm3。  

大理巖（marble）主要化學(xué)成分是CaCO3，占95%以上，其次是MgCO3、SiO2等，此外含有少量蛇紋石、透閃石、透輝石、金云母、鎂橄欖石、石英和硅灰石等特征變質(zhì)礦物。由于大理巖的原巖組分和變質(zhì)條件存在較大差異，因而不同地區(qū)、不同產(chǎn)狀和不同類型的大理巖的化學(xué)成分往往有較大變化。其中方解石型大理巖的主要成分為CaCO3；白云石型大理巖主要為CaCO3、MgCO3；大理巖的密度一般在2.6～2.8g/cm3，莫氏硬度3。  

白云石（dolomite）為菱鎂礦（MgCO3）和方解石（CaCO3）組成為1∶1的鹽，化學(xué)式為：CaMg（CO3）2 或CaMg（CO3）2，化學(xué)組成（w）為：CaO 34.1%，MgO2 18.6%，CO2 47.73%。晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。  

白云石的晶體結(jié)構(gòu)與方解石類似，晶形為菱面體，晶面常彎曲成馬鞍狀，聚片雙晶常見，多呈塊狀、粒狀集合體。純白云石為白色，因含其他元素和雜質(zhì)有時(shí)呈灰綠、灰黃、粉紅等色，玻璃光澤。三組菱面體解理完全，性脆。摩氏硬度3.5-4。 

3碳酸鈣制備技術(shù)  

 

（1）化學(xué)方法   

 

分為碳化法、蘇爾維法、聯(lián)鈣法、苛堿法和氯化鈣-蘇打法，五種方法。其中應(yīng)用最多的是碳化法，其次是氯化鈣-蘇打法，其它三種方法應(yīng)用很少。  

碳化法生產(chǎn)碳酸鈣，其基本方法如下：

碳化法

（2）蘇爾維法（Solvay），即在生產(chǎn)純堿的過程中聯(lián)產(chǎn)碳酸鈣。  

 

其化學(xué)反應(yīng)過程如下：

氯化鈣—蘇打法
 

苛化法
 

蘇爾維法

（2）物理方法  

也稱研磨法，即由天然礦物直接經(jīng)機(jī)械粉碎所得產(chǎn)品，因其比重大于輕鈣，故名重質(zhì)碳酸鈣（簡稱重鈣，GCC）。  

其加工過程又分為干法和濕法兩種研磨工藝，產(chǎn)品分普通型，如雙飛粉200目、三飛粉（325目、45~125μm）、細(xì)粉（325~1250目、10~45μm），超細(xì)型（>1250目、2~10μm），超細(xì)活性型（經(jīng)表面活化處理）三種。

4碳酸鈣用途分類  

（1）橡膠專用鈣（Calcium Carbonate，Rubber）   

 

（2）塑料專用鈣（Calcium Carbonate，Plastic）：GCC，可細(xì)分為PVC專用PCC、GCC，PE專用PCC、GCC和PP專用PCC、GCC等。  

（3）涂料專用鈣（Dope Calcium Carbonate）：還可進(jìn)一步細(xì)分為油漆專用鈣、涂料專用鈣。  

（4）油墨專用鈣，也稱透明鈣（Calcium Carbonate，Printing）。 

 

（5）造紙專用鈣（Calcium Carbonate，Paper）：造紙專用PCC、GCC。  

（6）食品專用鈣（Edible Calcium Carbonate）：葡萄糖酸鈣、乳酸鈣等。  

（7）藥典專用鈣（Medicinal Calcium Carbonate），如：發(fā)酵專用碳酸鈣用于生產(chǎn)抗生素。  

（8）生物專用鈣（Biologic Calcium Carbonate），如：膠囊專用鈣、生物鈣片等。

 

5碳酸鈣晶型和形貌分類  

 

對納米碳酸鈣來說，晶型是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)。因?yàn)椴煌偷漠a(chǎn)品適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域，只有依據(jù)具體的用途來確定合適的產(chǎn)品晶型，才能生產(chǎn)出適銷對路的產(chǎn)品。  

 

碳酸鈣的晶型有三種：方解石、文石、球霰石，分別屬于三方、正交和六方晶系，但其形貌有幾十種，常見的形貌只有數(shù)種。  

（1）無規(guī)則形碳酸鈣   

即以天然的方解石、石灰石、大理石、白堊等為原料，由機(jī)械粉碎或氣流粉碎到一定的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)，因其相對比沉淀碳酸鈣重，故名重質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)微細(xì)碳酸鈣等都是無規(guī)則體。 

 

在電子顯微鏡下可觀察其顆粒大小差異較大，而且顆粒外有一定棱角，GCC的比表面積小，約為1m2/g左右，吸油值為20～27ml/100g左右。

 

FGCC平均粒徑可達(dá)3μm以下，比表面積為1.45～2.1m2/g，吸油值為48ml/100g左右。  

 

總之，GCC具有形狀不規(guī)則、粒徑分布寬、密度大、比表面積小、吸油值較低等特點(diǎn)。  

 

（2）紡錘形碳酸鈣   

普通輕鈣產(chǎn)品，無需添加任何晶型導(dǎo)向劑，晶型為兩頭尖，如紡錘。其長徑為5～12μm，短徑為1～3μm。  

 

如果加入的結(jié)晶控制劑為H2O2和螯合劑等還可得到短徑為0.1～1μm的小紡錘，其粒徑為100～1000nm，長徑比為3～4，在干燥過程中不產(chǎn)生二次凝聚，分散性非常好。  

 

（3）立方形碳酸鈣   

 

碳化反應(yīng)前期，在氫氧化鈣漿液中添加硫酸、或硫酸鋁、硫酸鋅等硫酸鹽、或多聚磷酸鈉等晶型導(dǎo)向劑，可生產(chǎn)出立方體形的超細(xì)碳酸鈣產(chǎn)品，其粒徑為5-100nm，且粒度均勻、分散性好、吸油值較低。  

日本白石工業(yè)株式會社以Al2（SO4）3或ZnSO4為晶型導(dǎo)向劑，采用兩段噴霧碳化法制得了平均粒徑為5-20nm的立方體形納米碳酸鈣。鄭嵐等以硫酸為晶型導(dǎo)向劑，采用間歇鼓泡碳化制備了平均粒徑為45nm的立方體形納米碳酸鈣。  

 

（4）針狀形碳酸鈣   

 

也稱為晶須狀碳酸鈣，以焦磷酸鈉溶液、或氯化鍶、或硫酸鈉溶液作為晶型導(dǎo)向劑，可得到超細(xì)針狀碳酸鈣晶體。福建師范大學(xué)許兢等利用尿素水解法，在蒸汽壓力鍋中、恒定高溫高壓下，無須加入晶型導(dǎo)向劑，就能制備出高純度的晶須碳酸鈣。  

 

針狀納米碳酸鈣具有白度高、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高、填充性能好等優(yōu)點(diǎn)，有望取代玻璃、石綿等纖維材料和昂貴的鈦酸鉀、碳化鈦（TiC）等晶須材料，在造紙、塑料、橡膠和涂料等工業(yè)領(lǐng)域大量使用。  

 

（5）鏈鎖形碳酸鈣   

 

通過在碳化反應(yīng)前期，添加六偏磷酸鈉、乙二胺四乙酸與氯化鋁、或者順丁稀二酸等添加劑，或在碳化過程中加入三氯化鋁等都可得到納米級鏈鎖形超細(xì)碳酸鈣，其平均粒徑能達(dá)到10-100nm，長徑比為1:5-50左右。  

 

（6）球形碳酸鈣   

球形碳酸鈣在多數(shù)情況下是由球霰石生長而成的，但球霰石屬于熱力學(xué)最不穩(wěn)定的晶型，極易向文石和方解石型轉(zhuǎn)化。因此，球形碳酸鈣主要通過人工合成的方式獲得。  

 

目前，人工合成球形碳酸鈣的方法主要有碳化法、復(fù)分解法、生物仿生合成法、微乳液法等。黎聲鵬等以高濃度的氫氧化鈣作為原料，乙醇-水作為溶劑，L-天冬氨酸作為晶型控制劑制備出球形度高、分散性好、粒徑分布窄的球形碳酸鈣。
       

6碳酸鈣粒徑分類   

 

微粒碳酸鈣，粒徑>5000nm；  

微粉碳酸鈣，粒徑范圍為1000~5000nm； 

 

微細(xì)碳酸鈣，粒徑范圍為100~1000nm；  

超細(xì)碳酸鈣，粒徑范圍為20~100nm；  

超微細(xì)碳酸鈣，粒徑<20nm.   

通常把超細(xì)碳酸鈣和超微細(xì)碳酸鈣又合稱納米級碳酸鈣。

7部分關(guān)鍵屬性  

 

（1）沉降體積   

 

沉降體積（Sedmentation Bulk）是單位質(zhì)量的產(chǎn)品碳酸鈣在100ml水中震蕩并靜置3h后所具有的體積（ml）。沉降體積越大，說明產(chǎn)品粒度越小、密度越輕、產(chǎn)品檔次越高。輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（2.4-2.8ml/g）比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（1.1-1.4mL/g）大，納米碳酸鈣的沉降體積（3.0~4.0ml/g）又要大于輕質(zhì)碳酸鈣。  

 

（2）吸油值   

碳酸鈣的吸油值（OilAbsorption Number）與其顆粒間的空隙及其表面性能、比表面積有關(guān)。顆粒大、粒度分布均勻、表面光潔的產(chǎn)品，比表面積小，吸油值低；反之，顆粒微細(xì)、粒度分布不均勻、晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者有缺陷，比表面積大，則吸油值高。  對于活性鈣來說，其吸油值遠(yuǎn)小于普通碳酸鈣，并隨碳酸鈣表面吸附的活性含量的增加，吸油值呈下降趨勢。  

 

（3）親水性   

普通碳酸鈣未經(jīng)活化處理，呈親水性（Hydrop Hilicity），與水可以按不同比例混合，經(jīng)攪拌之后，靜置幾小時(shí)皆沉淀在水中；經(jīng)活化處理后的沉淀碳酸鈣一般呈疏水性（Hydrop Hobicity），與水不相溶，再三攪拌之后，碳酸鈣始終懸浮在水面上。  

 

（4）pH值   

 

重鈣pH值為8~9；輕鈣pH值為9~10   

 

碳酸鈣水溶液的pH值為9. 5~10. 2；空氣飽和碳酸鈣水溶液的pH值為8. 0~8. 6   總結(jié)   準(zhǔn)確的認(rèn)識碳酸鈣有助于企業(yè)生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，能讓下游企業(yè)在進(jìn)行不同配方設(shè)計(jì)時(shí)選取適合自己的碳酸鈣，科學(xué)生產(chǎn)，按需要選材，既能達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果又能成本。

總結(jié)   

準(zhǔn)確的認(rèn)識碳酸鈣有助于企業(yè)生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，能讓下游企業(yè)在進(jìn)行不同配方設(shè)計(jì)時(shí)選取適合自己的碳酸鈣，科學(xué)生產(chǎn)，按需要選材，既能達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果又能成本。