碳酸钙的用途()

碳酸钙的定义、分类和性质

碳酸钙的定义

碳酸钙是一种无机化合物，是石灰岩(简称石灰石)的主要成分。其分子式为CaCO3，分子量为100.09。氧化钙(CaO)占56.03%，二氧化碳(CO2)占43.97%。

碳酸钙的分类

1.根据生产方法分类

根据碳酸钙生产方法的不同，碳酸钙可分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙。

(1)轻质碳酸钙，简称沉淀碳酸钙，是由石灰石等原料煅烧生成石灰(主要由氧化钙组成)和二氧化碳，然后加水消化石灰生成石灰乳(主要由氢氧化钙组成)，再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后脱水、干燥、粉碎制得。因为轻质碳酸钙(2.4 ~ 2.8 ml/g)的沉降体积大于重质碳酸钙(1.1 ~ 1.4 ml/g)，所以称为轻质碳酸钙。

(2)重质碳酸钙，简称重质碳酸钙，由天然方解石、石灰石、白垩、贝壳等直接粉碎制成。通过机械方法。重质碳酸钙之所以叫重质碳酸钙，是因为它的沉降体积比轻质碳酸钙小。

(3)活性碳酸钙又称改性碳酸钙、表面处理碳酸钙、胶体碳酸钙或白岩花，简称活性钙，是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重质活性钙进行表面改性而制成的。由于表面改性剂改性的碳酸钙一般具有增强作用，即所谓的“活性”，所以习惯上称改性碳酸钙为活性碳酸钙。

2.根据粉末粒度分类

碳酸钙是一种粉末。根据碳酸钙粉末的平均粒径(D)，碳酸钙可分为颗粒碳酸钙(D >: 5um)、微粉碳酸钙(0.1 um

(1)轻质碳酸钙的粉末特性

A.颗粒形状规则，可视为单分散粉末，但也可以是各种形状，如纺锤形、立方体形、针形、链形、球形、片状和四棱柱形。这些不同形状的碳酸钙可以通过控制反应条件来制备。

B.窄粒度分布。

C.粒径小，平均粒径1 ~ 3um。测定轻质碳酸钙的平均粒径，可用三轴粒径的短轴粒径作为表观粒径，再用中轴粒径作为平均粒径。除非另有说明，平均粒度是指平均短轴粒度。

(2)重质碳酸钙的粉末特性

A.颗粒形状不规则，为多分散粉末。

B.粒度分布很宽。

C.粒径大，平均粒径一般为5 ~ 10um。为了确定重质碳酸钙的含量

平均粒径，需要确定粒径分布函数和颗粒沉降速度或比表面积等粉体现象函数。作为一种简单的方法，在电子显微镜照片上测量颗粒的投影长度和宽度，计算几何平均粒径作为表观粒径，然后取中值粒径作为平均粒径。

(3)活性碳酸钙的平均粒径是表面改性前的轻质碳酸钙或重质碳酸钙的平均粒径。

3.根据微观排列分类

根据原子和离子的规则排列，碳酸钙可分为结晶碳酸钙和无定形碳酸钙。

4.根据晶体形状分类

根据碳酸钙晶体形态的不同，轻质碳酸钙可分为纺锤形碳酸钙、立方体碳酸钙、针状碳酸钙、链状碳酸钙、球形碳酸钙、片状碳酸钙和四角柱状碳酸钙。这些不同的结晶碳酸钙可以通过控制反应条件来制备。研磨碳酸钙是不规则碳酸钙。活性碳酸钙的形状一般是表面改性前的轻质碳酸钙或重质碳酸钙。

碳酸钙的性质

1.物理性能

(一)密度各种碳酸钙异构体的密度是不同的。平均密度为2.710克/厘米，文石为2.929克/厘米，文石为2.650克/厘米。

(二)硬度方解石的莫氏硬度为3，文石的莫氏硬度约为3.5 ~ 4。

(三)实力只能衡量。根据直径d(mm)，方解石会被力p(kgf=9.8N)压碎。当直径为0.1~2mm时，关系为p = 0.95d+0.091d..

(d)分解温度在常压下，方解石的分解温度为898℃，文石的分解温度为825℃，在温度上升到分解温度之前，文石已经转化为方解石，因此不存在文石的分解温度。

(e)熔点在较大的压力范围内，方解石在温度上升到熔点之前已经分解为氧化钙和二氧化碳，所以方解石的熔点在较大的压力范围内是不存在的。当压力为10.4Mpa时，方解石的熔点为1339℃。文石的熔点是不存在的，因为文石在高温高压下可以转化为方解石。球霰石不稳定，熔点不存在。

(f)各种碳酸钙异构体的浓度乘积、溶解度和PH值相同。25℃时，碳酸钙在水中的浓度积为8.7×10ˉ9。碳酸钙在冷水(25℃)和热水(100℃)中的溶解度分别为0.0014和0.0020。在室温下，碳酸钙水溶液的PH值为9.5 ~ 10.2。如果二氧化碳溶于水，碳酸钙的溶解度会增加。室温下，在空气体饱和的水中，碳酸钙水溶液的PH值为8.0 ~ 8.6。

(g)热膨胀系数方解石的热膨胀系数取决于测量方向。在室温下，平行于C轴方向的热膨胀系数约为2.5× 10 ˉ 6 ℃ˉ，垂直于C轴方向的热膨胀系数约为5× 10 ˉ 6 ℃ˉ，垂直于菱形晶格的热膨胀系数约为11× 10 ˉ 6 ℃ˉ。在室温下，文石沉积在晶轴A，b上。

(h)方解石和文石的比热容在常温和高温下相差不大，在1200℃范围内的平均恒压比热容CP = 0.8257+0.000762 kJ/(kg·k)

2.化学性质

(1)在常压下加热到898℃(方解石)或825℃(文石)时，碳酸钙会分解成氧化钙(Ca0)和二氧化碳(CO2):

CaCO3===CaO+CO2

(2)碳酸钙与几乎所有强酸反应生成相应的钙盐，同时释放出二氧化碳。比如:

CaCO3+2 HCl = = CO2+CaCl 2+H2O

(3)碳酸钙在含二氧化碳的水中的溶解度远高于不含二氧化碳的水中的溶解度。这是因为此时，碳酸钙生成相对可溶的碳酸氢钙(Ca(HCO3)2):

碳酸钙+H2O+二氧化碳= = =碳酸氢钙

(4)碳酸钙可形成六水含量的CaCO3·6H2O，可通过向单蔗糖钙溶液中引入CO2来制备。普通碳酸钙不会形成水合物。

(5)除酸外，许多腐蚀性物质不能腐蚀或只能缓慢腐蚀碳酸钙。

轻质活性钙的制造工艺

轻质活性钙的定义和分类

活性碳酸钙又称改性碳酸钙、胶体碳酸钙或白岩花，是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重质碳酸钙进行表面改性而制成的。表面改性剂一般是带有两亲基团的有机物(如高级脂肪酸、表面活性剂、偶联剂等。).表面改性剂改性碳酸钙一般具有粒径小、吸油值低、分散性好、补强性好等优点，但最主要的优点是其补强性，称为“活性”。因此，改性碳酸钙习惯上称为活性碳酸钙，改性过程称为活化过程。

根据活性碳酸钙所用原料的不同，活性碳酸钙可分为活性轻质(沉淀)碳酸钙和活性重质碳酸钙。根据活性碳酸钙的粒径大小，活性碳酸钙可分为活性普通碳酸钙、活性超细碳酸钙和活性超细碳酸钙。根据表面改性剂的不同，活性碳酸钙可分为各种反应的活性碳酸钙。

激活原理

水和油是不相溶的，因为水是无机物，油是有机物。尽管小心振荡和混合，但它们最终会分成两层。水在下面，油在上面。但如果在水油混合溶液中加入表面活性剂，表面活性剂的亲水基团会与水分子结合，而亲油基团会与油分子结合。这样，通过表面活性剂的“桥”效应，互不相容的水和油就会融合在一起，使得水滴或油滴能够稳定地分散在油中。

对于碳酸钙(固体无机物)和高聚物(橡胶、塑料等。固体有机物)，它们也可以通过有机物与两亲性基团(表面改性剂，即高级脂肪酸、表面活性剂、偶联剂等)的“桥”效应融合在一起。)，使碳酸钙能更好的分散在高聚物中，具有一定的增强作用。

活化原理，即活性碳酸钙的生产原理，是将表面改性剂均匀地包覆在碳酸钙颗粒表面，使碳酸钙表面有一层表面改性剂的单层。表面改性剂的亲水基团通过类似的化学键与碳酸钙表面结合，表面改性剂的亲油基团定向排列在活性碳酸钙表面。

工艺流程

技术上常用的活性碳酸钙生产工艺有两种，一种是湿法生产工艺，一种是干法生产工艺。两种工艺各有优缺点:湿法生产工艺的优点是活化均匀，缺点是投资大，成本高，对活化剂要求高。干法生产工艺的优点是投资少，成本低，对活性剂要求低，缺点是活化不均匀。

1.湿法生产过程

该工艺基于轻质碳酸钙的生产工艺，因此只能用于生产活性轻质碳酸钙。该工艺流程与轻质碳酸钙生产工艺流程有两个主要区别。一个是增加了活化步骤，另一个是用平板烘干机代替了旋转烘干机。

将轻质碳酸钙生产过程中碳化得到的碳酸钙悬浮液泵入活化剂中，同时按碳酸钙(不包括水)流量的1%向活化剂中加入表面改性剂。活化剂是一个小容积的带搅拌的反应罐。在搅拌的作用下，表面改性剂和碳酸钙悬浮液在进入活化器后立即几乎完全混合，在活化器中停留规定时间后，表面改性剂和碳酸钙悬浮液从活化器出口出来。将活化的碳酸钙脱水，并送到干燥器中干燥。一般采用水蒸气或导热油作为热源。干燥后的活性碳酸钙可以直接作为产品包装，也可以粉碎后包装。

湿法生产工艺更适合水溶性表面改性剂，如高级脂肪酸。

2.干生产过程

在该方法中，表面改性剂和干燥的轻质碳酸钙或重质碳酸钙用高速混合机混合或高速混合机活化，以制备活性碳酸钙。

6.3轻质碳酸钙在塑料中的作用和影响

碳酸钙是用量最大、应用范围最广的无机填料(又称无机填料)。碳酸钙主要用于橡胶、塑料、建材、造纸、涂料、医药、食品、饲料、化妆品、油墨等的生产、加工和应用。碳酸钙的主要作用是增加产品的体积，降低生产成本。让我们来关注一下碳酸钙在塑料中的作用。

6.3.1碳酸钙在塑料中的作用

(1)增加塑料体积，降低产品成本碳酸钙也是塑料工业中使用较早、用量较大的填料。碳酸钙广泛填充在聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)等树脂中，以增加塑料制品的体积，节省昂贵的树脂，降低产品成本。

(2)提高塑料的尺寸稳定性。碳酸钙的加入对塑料的骨架有一定的作用，对塑料的尺寸稳定性有很大的影响。因为塑料中要考虑塑料的弹性和冲击强度。该产品还必须具有一定的尺寸稳定性。因此，应根据塑料的不同要求，对碳酸钙的粒径和晶型提出要求。

(3)提高塑料的硬度和刚性。在塑料中，尤其是软质PVC中，塑料的硬度随着碳酸钙用量的增加而增加，塑料的伸长率随着其硬度的增加而降低。具有细颗粒和高吸油值的碳酸钙具有高的塑性硬度增长率。相反，颗粒较粗、吸油值较低的碳酸钙，其塑性硬度增长率较小。在软质PVC中，重质碳酸钙的塑性硬度增加幅度最小，其次是轻质碳酸钙。

一般碳酸钙在塑料中起不到增强作用，其颗粒往往能被树脂浸润。所以碳酸钙添加的正常作用是增加塑料的刚性，以及塑料的弹性模量和硬度。但随着添加剂的增加，塑料的拉伸强度和极限伸长率下降。

(4)改善塑料的加工性能碳酸钙的加入可以改变塑料的流变性能。

碳酸钙的添加，尤其是表面改性碳酸钙，不仅可以提高产品的硬度，还可以提高产品的表面光泽度和平滑度。此外，还可以降低塑料的收缩率、热膨胀系数和蠕变性能，为加工成型创造有利条件。

(5)提高塑料的耐热性碳酸钙的加入可以提高塑料的耐热性。比如在PVC中，加入40%的碳酸钙，塑料的耐热温度提高了20℃左右。当碳酸钙填充率≤20%时，塑料的耐热温度一般提高8 ~ 12℃。

(6)改善塑料的散光。在塑料中，一些产品要求增白和不透明，而另一些产品则要求消光。碳酸钙的加入在这方面可以起到一定的作用。白度在90度以上的碳酸钙在塑料中有明显的增白效果。如二氧化钛和立德粉(立德粉)，塑料的散光大大改善。

在钙塑纸中，在低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)薄膜中，加入碳酸钙可以实现散光和消光，使其适合书写和印刷。白度较好的碳酸钙也可以代替昂贵的白色颜料。

(7)碳酸钙，可以使塑料具有一些特殊的性能，添加到电缆料中有一定的绝缘作用。碳酸钙的加入可以改善某些塑料的电镀性能和印刷性能。在聚氯乙烯中加入超细碳酸钙或超细碳酸钙，具有一定的阻燃效果。

6.3.2轻质碳酸钙对型材的影响及相关质量控制

(1)粒径范围的影响

理论和实验证明，轻活性碳酸钙在型材中的平均粒径一般为1 ~ 5um，但粒径过大或过小都必须严格限制。粒度分布图越窄越好。附上最后两张粒度图以供比较。

(2)白度

90度以上的轻质碳酸钙白度对塑料有明显的增白作用，但每批白度差应控制在2度以内。如果超过，型材的颜色会不一致，影响型材的外观。

(3)杂质

在轻质碳酸钙的生产过程中，由于原料、环境等因素，不可避免的会产生杂质，尤其是黑色杂质。如果杂质含量超过一定范围，就会在型材表面产生麻点，影响光泽度。

(4)含水量

轻质活性钙的行业标准含水率≤1.0%，但用于型材行业一般控制在0.4%以内。如果含水率过高，会在挤出过程中造成气泡、划痕，影响型材外观。

6.3.3碳酸钙对塑料老化的影响

作为高分子聚合物，在光、热等环境条件下，分子链会发生断裂，同时可能发生接枝或交联反应。宏观上，机械性能下降。这种现象被称为老化。

在光的作用下，聚乙烯塑料薄膜容易老化。根据聚乙烯的光老化机理，研制了光稳定剂。在聚乙烯中加入碳酸钙制膜时，对其老化性能的影响是决定在地膜或经常与阳光接触的聚乙烯或聚丙烯塑料制品中如何使用碳酸钙的问题。

实验表明，含有碳酸钙或滑石粉的聚乙烯薄膜在日光照射过程中达到一定羰基指数(CI)的时间比纯聚乙烯薄膜短，说明碳酸钙的存在对聚乙烯薄膜的老化有一定的延缓作用。碳酸钙改性母料填充的PE膜在人工加速氙灯老化前后力学性能的变化数据见下表。测试结果表明，随着碳酸钙的增加，在相同的老化条件下，填充PE膜的老化速度加快。