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碳酸钙的种类及应用

发布时间:2023-12-15 人气:653

碳酸钙是一种无机化合物,化学式为CaCO₃,是石灰石、大理石等的主要成分。碳酸钙基本上不溶于水,溶于盐酸。它是地球上常见物质之一,存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内,亦为某些动物骨骼或外壳的主要成分。碳酸钙也是重要的建筑材料,工业上用途甚广。

物理性质

碳酸钙是白色微细结晶粉末,无味、无臭。有无定形和结晶两种形态。结晶型中又可分为斜方晶系和六方晶系(无水碳酸钙为无色斜方晶体,六水碳酸钙为无色单斜晶体 [10] ),呈柱状或菱形,密度为2.93g/cm3。熔点1339℃ (825-896.6℃ 时已分解 ),10.7MPa下熔点为1289℃。难溶于醇,溶于氯化铵溶液,几乎不溶于水。

化学性质

  1. 碳酸钙在825-896.6℃时分解为氧化钙和二氧化碳。(工业制取CO₂):

2.碳酸钙会和与稀酸(如稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸等)发生泡沸,并溶解。反应同时放出二氧化碳,呈放热反应。例如:和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳(实验室制取CO₂):

3.混有CaCO3的水通入过量二氧化碳,会生成碳酸氢钙溶液。碳酸钙和碳酸溶液(雨水)反应,生成碳酸氢钙。往变浑浊的石灰水中通入CO2,沉淀消失。这些现象的原理是:

4.无水碳酸钙加热至1000K转变为方解石

重质碳酸钙GCC:是天然矿石经机械粉磨加工得到的粉体产品,堆密度一般为0.8-1.3g/cm3,白度为89%-93%。按平均粒径可分为:

  • 粗磨碳酸钙 >3μm
  • 细磨碳酸钙 1-3μm
  • 超细碳酸钙 0.5-1μm

轻质碳酸钙LCC:是化学反应得到的沉淀碳酸钙粉体产品,堆密度一般为0.5-0.7g/cm3,白度为92%-95%,按平均粒径可分为:

  • 微粒碳酸钙 >5μm
  • 微粉碳酸钙 1-5μm
  • 微细碳酸钙 0.1-1μm
  • 超细碳酸钙 20-100nm
  • 超微细碳酸钙 <20nm

纳米碳酸钙:超细轻质碳酸钙和超微细轻质碳酸钙合称为纳米碳酸钙(1-100nm)。

活性碳酸钙:碳酸钙经表面改性得到活性碳酸钙,与非活性钙最显著的区别是具有疏水性。

工业制法

1.轻质碳酸钙制法:

由石灰石生产轻质碳酸钙包括煅烧、消化、碳化、分理、干燥、粉碎等工序。原料石灰石中的碳酸钙含量应在96%以上,含镁盐1%左右,含铁、铝氧化物在0.5%以下。因此石灰石在使用前要挑选,并破碎至50~150mm。煤要求白煤,首先应破碎至38~50mm的粒度。

石灰窑为立窑,连续操作。将煤与石灰石之比为1∶8~1∶11的比例混合好,从顶上加入窑中,于900~1100℃下煅烧。原料从窑顶连续加入,生成的氧化钙从窑底不断取出。分解反应生成的二氧化碳经除尘、洗涤、干燥、压缩后送到碳化工序。氧化钙加到化灰池中,用3~5倍的水进行消化,消化温度为90℃左右,时间1.5~2h。消化后的石灰乳浓度为10~18°Bé。经过滤除去杂质后放于生浆储池,搅拌下送至碳化塔中,碳化塔为立式气体鼓泡反应器。将经过精制的二氧化碳气体压缩后,从碳化塔底部引入,通过气体分布器进入塔内,与石灰乳接触发生碳化反应。碳化温度为60~70℃,碳化压力为0.08MPa左右,碳化反应时间与二氧化碳的浓度,流量及料液容积而不同。碳化终点可用pH值的测定决定,当pH值为7左右时,即为终点。

碳化后的碳酸钙浆料为熟浆,放于熟浆池中,然后用离心机脱水,脱水后的碳酸钙含水在32%至42%之间,称为湿粉。将湿粉连续地输入回转干燥炉进行干燥,干燥炉出料的物料含水低于0.3%。再经冷却、粉碎、过筛,即得成品。

2.活性碳酸钙制法:生产原理与轻质碳酸钙的生产原理基本相同。不同之处是碳化条件控制严格,以生成细微颗粒的碳酸钙并加入1%~5%的硬脂酸、树脂酸、木质素或阳离子表面活性剂等进行表面处理,以调整粒子的凝聚状态并阻止结晶粒子长大。

以硬脂酸法为例介绍如下。

(1)胶的配制:取4.5kg36°Bé的氢氧化钠,加入70℃热水40kg,搅拌为溶液。将15kg硬脂酸和40kg水加热溶解后,在搅拌下缓缓加入上述配制的碱液中,生成硬脂酸钠。然后,再加入6kg太古油。将溶液调至中性,再加水至总重量为162kg。此胶量可供3t成品表面处理。

(2)施胶操作:在生产轻质碳酸钙的过程中,从石灰石煅烧到碳化的所有设备及操作均适用于活性碳酸钙的生产。将碳化后所生成的碳酸钙浆状物放入热浆池中,在搅拌下,缓缓加入上述配制好的硬脂酸钠太古油胶液。每吨产品加胶量54kg,要求成品中含酯量为0.5%。加完胶后继续搅拌一段时间,使物料充分混合。

(3)后处理:施胶后的碳酸钙经离心脱水后,置于干燥器内,先经自然或常温通风风干,使含水量降至10%~15%,再于80℃下烘干,使含水量在0.5%以下。然后先过24目筛、再过100目筛,即得成品。

3.碳酸钙晶须制法:预先在Ca(OH)2浆料加入1~2μm的针状碳酸钙晶须和磷酸类化合物,再通入CO2气体得到碳酸钙晶须。或将工业生石灰进行消化后,在一定浓度的氯化镁溶液中,再通入二氧化碳气体进行气液反应,经脱水、干燥得到碳酸钙晶须。

4.超细轻质碳酸钙制法:通常采用石灰乳碳酸化法生产超细轻质碳酸钙。石灰石经过煅烧分解为生石灰和二氧化碳。生石灰消化生成石灰乳。再向石灰乳中通入二氧化碳,进行碳酸化反应产生碳酸钙,向碳酸钙浆液中加入表面处理剂,进行粒子表面处理。然后,依次进行过滤、干燥、粉碎和筛分等工艺过程得到产品。

5.重质碳酸钙制法:

(1)粉碎法:首先将含有CaCO3在90%以上的白石在旋转式破碎机中进行粗粉碎,使大块岩石被破碎至能通过76mm的筛网。然后在锤式粉碎机,旋转锤式磨、鼠笼式粉碎机或捣碎机、旋辊磨、硬磨机或轮碾机中进行细粉碎,使CaCO3破碎到能通过100目的筛网。最后再经附有粉碎收集器和真空管的雷蒙德真空磨或砾磨机进行粉化。再经空气分离,即利用反作用旋转或多叶导向板依靠离心分离作用除去过大尺寸的粒料。所得物料经筛选分级即得成品。

(2)置换法:将一定浓度的氯化钙溶液加入至一定浓度的碳酸钠溶液中,进行置换反应,再经沉淀、分离、干燥、粉碎、过筛而得。

6.超细碳酸钙制法:

(1)研磨法:湿磨钙的原料是重质碳酸钙或白度>93°、含钙量>98%的方解石,经配料、湿磨、压滤、烧干、包装得。

(2)沉淀法:石灰石经高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳,将石灰水消化得氢氧化钙,石灰乳经分级后与净化的二氧化碳反应,碳化结晶时加入结晶控制剂,以控制结晶型,或加入乳化剂和表面处理剂,使活性剂与刚生成的微细碳酸钙颗粒表面均匀覆盖,碳化结晶后再经离心脱水、干燥、分级、包装制得。

7.称取100g优质大理石粉末,慢慢溶解于600mL 12%的稀盐酸中,得到CaCl2溶液,继续往此溶液中加入5g大理石粉末,搅拌后静置数小时后,再加入Ca(OH)2约30g至溶液呈碱性,放在水浴上加热30min,有沉淀生成时,将沉淀过滤除掉,再次加热滤液,一边搅拌一边加入176g碳酸铵,析出沉淀,继续加热至沉淀完全析出,自然冷却,抽滤,用少量水洗涤数次后放置于200℃的干燥器中干燥。

8.将工业品碳酸钠用蒸馏水溶解成密度为1.2g/cm3的溶液,静置,过滤,以除去钙、镁杂质,经检验合格后,备用。将化学纯氯化钙用蒸馏水溶解成密度为1.15~1.18的溶液,边搅拌边缓慢加到上述碳酸钠溶液中,保持碳酸钠稍过量,进行反应,静置、过滤、离心甩干。用蒸馏水洗涤至 Cl- 、SO42- 离子含量符合要求,离心甩干,于110℃烘至半干,敲碎,再烘至无水分。

9.将1份硝酸钙 (分析纯)用2份蒸馏水溶解,过滤,滤液备用,用4份蒸馏水溶解1份碳酸铵 (化学纯) ,过滤,在搅拌下,慢慢加到已加热到60℃的硝酸钙水溶液中,当反应完成后,静置,使沉淀完全,倾出溶液,抽滤,用蒸馏水慢慢地洗至NO3-离子含量经检验格,于110℃下干燥,得试剂碳酸钙。若采用高纯级的硝酸钙和碳酸铵,采用电导水,可按此法,在电炉上或烘箱内除去水分后,于220℃恒温3~4h,即得光谱纯碳酸钙。

10.天然碳酸钙主要采用粉碎法。将含碳酸钙在90%以上的天然白石矿,经粗碎、细碎、过筛而得。 [8]

实验室制取方法

可利用Ca(OH)₂+Na2CO₃=CaCO₃+2NaOH制备。

应用

碳酸钙是重要的工业原料,广泛应用于塑料、造纸、橡胶、建筑、食品、医药等领域,那么,不同行业都需要什么类型的碳酸钙呢?

1、PVC 墙纸:1250目活性重钙

2、硅酮胶:超细重钙(2800目左右)

3、炼钢:很粗的石头(5-10mm)

4、ABS料:填充母粒(600目以上,低端一点400目也可以,要看原料是废料还是其他),也可以加轻钙、重钙、纳米钙

5、PP:填充母粒

6、压延膜:(粉类)2500目重钙/1250目轻钙,生产线上用比较粗的325-800目(颗粒)400-800目的填充母粒

7、PVC边条:1250目重钙

8、PVC皮革:重钙

9、PU皮:轻钙

10、塑料桶:PE填充母粒

11、腻子粉:325目轻钙(最次那种)/800目重钙

12、洗衣粉:1250目轻钙

13、地毯:活性轻钙+活性重钙(800目或者1250目)

14、橡胶废水处理:熟石灰

15、文具行业:1500目轻钙/2500重钙

16、手术手套:2500目轻钙

17、涂布纸:1500目轻钙

18、牙膏级:325-600目重钙

19、电缆线:2500目重钙/纳米钙

20、轮胎:轻钙(自行回去做表面处理)、滑石粉(1000-1250目)、白炭黑(主原料)

21、人造大理石:80-90目

22、涂料、白漆:1000目以上的轻钙/重钙,2500目以上轻钙吸水性更好更快干,涂料纳米钙

23、复合肥:轻钙/重钙(可以一起加)

24、土壤调解酸碱度:碳酸钙(提高碱性),生石灰(提高酸性)

25、树脂:2500目轻钙,1250目活性轻钙,胶粘剂纳米钙

26、PVC管:1250目轻钙/重钙

27、PVC板:1250目活性轻钙、更好的2200目,活化度80左右

28、灌封胶:1500目/2500目重钙

29、橡胶鞋材、EVA鞋:800/1250/2500目重钙

30、环氧树脂:600-1250目重钙(要求不高)、1250目活性轻钙

31、造纸:400-1500目轻钙/重钙

32、玻璃、光伏玻璃:200目重钙

33、乳胶漆:重钙/轻钙、少人用纳米钙,但也有用6602湿法处理纳米钙

34、PVC胶粒:1250/2500目重钙,或者6603纳米钙

35、改性塑料(PP/PS):1250/2500重钙

36、超细纤维革(合成革):1800目轻钙,2500目重钙

37、建筑材料:400目/1500目重钙(白度不高)

38、发电厂脱硫用:氢氧化钙

39、云石胶:活性重钙

40、薄膜涂层:水磨碳酸钙

41、橡胶粉:纯轻钙

42、喷涂(粉末涂料):800目轻钙

43、水性涂料:1500目/2500目重钙,活性重钙,水性纳米钙

44、色料:800目重钙

45、生产碱性水(滤芯):20/30目

46、粉笔:325目轻钙,滑石粉

47、隔热材料(建筑):40-60目白晶砂,重钙(耐高温)

48、发泡:纳米钙

49、汽车底盘涂料:6601涂料纳米钙,6607玻璃胶专用纳米钙

50、爽滑剂(保持不粘):325、400、600目重钙

51、清洗机器:400目重钙

52、彩膜:水磨钙(分散性)

53、硅胶:纳米钙、轻钙、白炭黑

54、牛津底鞋:白炭黑

55、汽车膜:活性碳酸钙、纳米钙

56、橡胶制品:轻质碳酸钙

57、CPE:种植碳酸、轻质碳酸钙

58、鞋底:轻质碳酸钙

59、体育跑道颗粒:轻质碳酸钙 60、发泡保温管NBR/PVC:轻质碳酸钙


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