碳酸钙介绍
碳酸钙是一种无机化合物，化学式为CaCO₃，俗称灰石、石灰石、石粉等。碳酸钙呈碱性，基本上不溶于水，溶于盐酸（与盐酸反应 [8] ）。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。
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中文名 |
碳酸钙 |
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外文名 |
Calcium carbonate |
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别名 |
灰石、石灰石、石粉等 |
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化学式 |
CaCO₃ |
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分子量 |
100.0869 |
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熔点 |
1339 |
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水溶性 |
不溶于水 |
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密度 |
2.93 g/cm³ |
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外观 |
白色固体 |
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应用 |
用于造纸、冶金、玻璃、制碱、橡胶、医药、颜料、有机化工等行业 |
一、物理性质
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 ，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。 [
二、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。
三、分类
根据碳酸钙生产方法的不同，可以将碳酸钙分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、胶体碳酸钙和晶体碳酸钙。根据碳酸钙粉体平均粒径（d）的大小，可以将碳酸钙分为微粒碳酸钙（d>5μm）、微粉碳酸钙（1μm）、超细碳酸钙（0.02μm）。根据组成碳酸钙的原子和离子的排列是否有规律，可以将碳酸钙分为晶体碳酸钙和非晶体碳酸钙。此外，还有纳米碳酸钙等。
1、重质碳酸钙
重质碳酸钙（俗称重钙）是用机械方法（用雷蒙磨或其它高压磨）直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等制得的。
2、轻质碳酸钙
轻质碳酸钙（俗称轻钙），又称沉淀碳酸钙，是将石灰石等原料煅烧生成石灰（主要成分为氧化钙）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分为氢氧化钙），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸钠和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。 [3]
3、胶体碳酸钙
胶体碳酸钙，又称活化碳酸钙、改性碳酸钙、表面处理碳酸钙、胶质碳酸钙或白艳华，简称活钙，是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重钙碳酸钙进行表面改性而制得。由于经表面改性剂改性后的碳酸钙一般都具有补强作用，即所谓的“活性”，所以习惯上把改性碳酸钙都称为活性碳酸钙。
性质：白色细腻、轻质粉末，粒子表面吸附一层脂肪酸皂，使CaCO3具有胶体活化性能。比重1.99～2.01。 [3]
4、晶体碳酸钙
性质：纯白色，六方结晶型粉末。比容1.2～1.4毫升/克。溶于酸，几乎不溶于水。 [3]
5、纳米碳酸钙
纳米碳酸钙（超细碳酸钙）用于塑料中与树脂亲合性好，可有效增加或调节材料刚性、韧性以及弯曲强度等，并可改善塑料加工体系的流变性能，降低塑化温度，提高制品尺寸稳定，耐热性及表面光洁性;在NR，BR，SBR等橡胶体系中，容易混练，分散均匀，并可使胶质柔软，还能提高压出加工性能和模型流动性.使橡胶制品具有表面光滑，伸长率大，抗张强度高，永久变形小，耐弯曲性能好，耐撕裂强度高等特点。
四、贮存方法
1.食品级塑料袋外套编织袋包装。
2.贮存于阴凉、干燥通风处。可在（25 ℃，100 kPa）下密封保存。本品不受管制。 [2]
3.不与毒害化学物品，液体酸类共贮。注意防潮。 [8]
五、主要用途
工业用途
碳酸钙是用途极广的宝贵资源石灰石作为矿物原料的商品名称。石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为1∶3。石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。
1）.塑料生产中的应用
碳酸钙被广泛用在填充聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、丙烯晴丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等树脂之中。添加碳酸钙对提高改善塑料制品某些性能以扩大其应用范围有一定作用，在塑料加工中它们可以减少树脂收缩率，改善流变态，控制粘度。还能起到以下作用：
（1）提高塑料制品尺寸的稳定性；
（2）提高塑料制品的硬度和刚性；
（3）改善塑料加工性能；
（4）提高塑料制品的耐热性；
（5）改进塑料的散光性；
（6）可使制品具有某些特殊性能；
（7）降低塑料制品成本。
2）.食品工业中的应用
在食品工业中可作为添加剂使用。如，可用于各种饲料添加剂，含钙量达 55.6％ 以上，无有害成分 。可作补钙剂，吸收率可达39%，仅次于果酸钙，可溶于胃酸，已成为剂型最多、应用最多的补钙剂。 [3]
3.）建筑业中的应用
可用做塑料厂，橡胶厂，涂料厂，防水材料厂的原料及内外墙粉刷。具有高纯度、高白度、无毒、无臭、细油质低、硬度低的特点。大理石也是重要的、可用于房屋建造的建筑材料。
4.）化工制造业中的应用
350目至400目的可用于制造扣板，落水管道，化工。白度在 93 度以上。400目至600目的可用于牙膏膏体，肥皂。白度在 94 度以上。800目的可用于橡胶，电缆， pvc ，白度在 94 度以上。
也可用于制造光学钕玻璃原料等。
六、制法工艺
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。
七、分布情况
中国分布情况
中国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一。除上海、香港、澳门外，在各省、直辖市、自治区均有分布。据原国家建材局地质中心统计，全国石灰岩分布面积达43.8万平方千米（未包括西藏自治区和台湾省），约占国土面积的1/20，其中能供做水泥原料的石灰岩资源量约占总资源量的1/4～1/3。为了满足环境保护、生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量还将减少。 [6]
全国已发现水泥石灰岩矿点七、八千处，其中已有探明储量的有1286处，其中大型矿床257处、中型481处、小型486处（矿石储量大于8000万吨为大型、4000～8000万吨为中型、小于4000万吨为小型），共计保有矿石储量542亿吨，其中石灰岩储量504亿吨，占93%；大理岩储量38亿吨，占7%。保有储量广泛分布于除上海市以外29个省、直辖市、自治区，其中陕西省保有储量49亿吨，为全国之冠；其余依次为安徽省、广西壮族自治区、四川省（含重庆市），各保有储量34～30亿吨；山东、河北、河南、广东、辽宁、湖南、湖北7省各保有储量30～20亿吨；黑龙江、浙江、江苏、贵州、江西、云南、福建、山西、新疆、吉林、内蒙古、青海、甘肃13省各保有储量20～10亿吨；北京、宁夏、海南、西藏、天津5省各保有储量5～20亿吨。 [6]
