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矿物材料加工与应用专题之碳酸钙（CaCO3)科学10-1班安康14105329碳酸钙的性质•俗称：石灰石、石粉，是一种化合物，化学式是CaCO3，呈中性，在水中几乎不溶，在乙醇中不溶，在二氧化碳的水中微溶（原因是碳酸钙与之反应生成了微溶性物质微溶于水）•白色粉末或无色结晶。无气味。无味。有两种结晶，一种是正交晶体文石，一种是六方菱面晶体方解石。在约825℃时分解为氧化钙和二氧化碳。溶于稀酸，几乎不溶于水。文石：相对密度2.83，熔点825℃(分解)。方解石：相对密度(d25.2)2.711，熔点1339℃(10.39MPa)。有刺激性、碳酸钙分为合成与天然二种。碳酸钙分类：制备方法分：重质碳酸钙（GroundCalciumCarbonate）简称GCC轻质碳酸钙（LightCalciumCarbonate）简称LCC活性碳酸钙（treatedcarbonates）纳米碳酸钙（Nano-PrecipiatedCalciumCarbonate）简称NPCC按粒径大小与其在制品中反映出的性能可分为五类：①微粉（＞5µm，增量剂）；②超微粉（1～5µm，半补强-增量剂)；③微细（0.1～1µm，半补强剂）；④超细（0.02～0.1µm，补强剂）；⑤超微细（＜0.02µm，具有透明或半透明性质）按外观形态分：立方形、纺锤形、球形、连锁状、片状、纤维状、针状和无定形态等。重质碳酸钙的介绍•重质碳酸钙(HeavyCalciumCarbonate)又称研磨碳酸钙(GroundCalciumCarbonate,简称GCC美国称Kotamite),是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。由于它的沉降体积(1.1-1.9mL/g/g)比用化学方法生产的轻质碳酸钙沉降体积(2.4-2.8mL/g)小,因此被称为重质碳酸钙。重质碳酸钙，简称重钙，是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成。白色粉末，无色、无味。在空气中稳定。几乎不溶于水,不溶于醇。遇稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸，并溶解。加热到898℃开始分解为氧化钙和二氧化碳。•重质碳酸钙由于粉体、研磨的条件不同，在一般粉碎条件之后，以能过多少目筛网为衡量颗粒大小的标准:•325目过筛，筛余物不大于0.5%为325目产品•400目过筛，筛余物不大于0.5%为400目产品•500目过筛，筛余物不大于0.5%为500目产品重质碳酸钙的生产方法•重质碳酸钙的生产工艺流程有两种。湿法生产工艺流程:先将干法细粉制成悬浮液置于磨机内进一步粉碎,经脱水、干燥后便制得超细重质碳酸钙。•干法生产工艺流程:首先手选从采石场运来的方解石、石灰石、白垩、贝壳等,以除去脉石;然后用破碎机对石灰石进行粗破碎,再用雷蒙(摆式)磨粉碎得到细石灰石粉,最后用分级机对磨粉进行分级,符合粒度要求的粉末作为产品包装入库,否则返回磨粉机再次磨粉。重质碳酸钙颗粒形状•重质碳酸钙的形状都是不规则的,其颗粒大小差异较大,而且颗粒有一定的棱角,表面粗糙,粒径分布较宽,粒径较大,平均粒径一般为1~10μm。重质碳酸钙按其原始平均粒径(d)分为:粗磨碳酸钙(3μm)、细磨碳酸钙(1~3μm)、超细碳酸钙(0.5~1μm重质碳酸钙的粉体特点:a.颗粒形状不规则;b.粒径分布较宽;c.粒径较大。重质碳酸钙的作用：•重质碳酸钙简称重钙，是用优质的方解石为原料加工而成白色粉体，它的主要成分是由98%以上的CaCO3，和少量的MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等金属化合物构成，不溶于水及乙醇，具有白度高、纯度好、色相柔和、耐热、耐腐蚀、化学成分稳定、价格相对较低等特点.•重钙是工业常用的一种很好的填料重钙通常用作填料，还广泛用于人造地砖、橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、电缆、建筑用品、食品、医药、纺织、饲料、牙膏等日用化工行业，作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本。用于橡胶中，可增加橡胶的体积，改善橡胶的加工性，起半补强或补强作用，并可调节橡胶的硬度重钙粉在各行业中的作用：•1.橡胶行业用重钙粉•橡胶-橡胶用重质碳酸钙粉：400目,白度:93%,碳酸钙:96%)碳酸钙是橡胶工业中使用量最大大填充剂之一。碳酸钙大量填充在橡胶之中,可增加其制品的容积，并节约昂贵的天然橡胶，从而大大降低成本.碳酸钙填入橡胶中，能获得比纯橡胶硫化物更高的抗张强度、撕裂强度和耐磨性。•2.塑料行业用重钙数值•塑料-塑料母料、色母粒用重质碳酸钙粉(重钙粉)400目,要求高温加热后白度不变,矿石结构为大结晶方解石,碳酸钙含量:99%,白度:95%),碳酸钙在塑料制品中能起到一种骨架作用,对塑料制品尺寸的稳定性有很大作用,还能提高制品的硬度,并提高制品的表面光泽和表面平整性.由于碳酸钙白度在90以上,还可以取代昂贵的白色颜料。•3.油漆行业用重钙粉•油漆-乳胶漆用重质碳酸钙(重钙粉)800目或1000目,白度:95%,碳酸钙:96%)碳酸钙在油漆行业中的用量也较大，例如在稠漆中用量为30%以上。•4.水性涂料行业用重钙粉•水性涂料用重质碳酸钙(重钙粉)800目或1000目,白度:95%,碳酸钙:96%,)碳酸钙在水性涂料行业的用途更为广泛,能使涂料不沉降,易分散,光泽好等特性,在水性涂料用量为20-60%.•5.造纸行业用重钙粉•造纸用重质碳酸钙(重钙粉):325目,白度要求:95%,碳酸钙含量:98%碳酸钙在造纸工业的重要作用.能保证纸张的强度和白度,且成本较低.•6.建筑行业(干粉砂浆、混凝土)用重钙粉•干粉砂浆用重质碳酸钙(重钙粉)325目,白度要求:95%,碳酸钙含量:98%)碳酸钙在建筑行业中的混凝土中有重要作用.不仅可以降低生产成本,还可以增加产品的韧性和强度.•7.防火天花板行业重钙粉•防火天花板用重质碳酸钙(重钙粉):600目,白度要求:95%,碳酸钙含量:98.5%)碳酸钙在防火天花板生产过程中需要用到,可以提高产品的白度和亮度,而且防火性能也会增加.••8.人造大理石行业用重钙粉•人造大理石用重质碳酸钙(重钙粉):325目,白度要求:95%,碳酸钙含量:98.5%,纯净无杂质)碳酸钙目前已广泛用在人造大理石生产•9.地板钻行业用重钙粉•地板钻用重质碳酸钙(重钙粉):400目,白度要求:95%,碳酸钙含量:98.5%,纯净无杂质)碳酸钙可以用在地板钻行业,用来增加产品的白度和拉力,改善产品的韧性,降低生产成本.轻质碳酸钙•轻质碳酸钙(LightCalciumCarbonate)又称沉淀碳酸钙(PrecipitatedCalciumCarbonate，简称PCC)•是将石灰石等原料段烧生成石灰(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。由于轻质碳酸钙的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比重质碳酸钙的沉降体积(1.1-1.4mL/g)大，所以称之为轻质碳酸钙。轻质碳酸钙的生产方法•轻质碳酸钙的生产方法有多种，但在国内的工业生产的主要是碳化法。•1)碳化法：将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成份为氧化钙)和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳(主要成份为氢氧化钙)，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。•2)纯碱(Na2CO3)氯化钙法：在纯碱水溶液中加入氯化钙，即可生成碳酸钙沉淀。••3)苛化碱法：在生产烧碱(NaOH)过程中，可得到副产品轻质碳酸钙。在纯碱水溶液中加入消石灰即可生成碳酸钙沉淀，并同时得到烧碱水溶液，最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。•4)联钙法：用盐酸处理消石灰得到氯化钙溶液，氯化钙溶液在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化便得到碳酸钙沉淀。•5)苏尔维(Solvay)法：在生产纯碱过程中，可得到副产品轻质碳酸钙。饱和食盐水在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化，便得到重碱(碳酸氢钠)沉淀和氯化铵溶液。在氯化铵溶液中加入石灰乳便得到氯化钙氨水溶液，然后用二氧化碳对其进行碳化便得到碳酸钙沉淀。轻质碳酸钙颗粒形状•轻质碳酸钙的形状根据碳酸钙晶粒形状的不同，可将轻质碳酸钙分为纺锤形、立方形、针形、链形、球形、片形和四角柱形碳酸钙，这些不同晶形的碳酸钙可由控制反应条件制得。轻质碳酸钙按其原始平均粒径(d)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(0.02～0.1μm)、超微细碳酸钙(0.02μm)。•轻质碳酸钙的粉体特点：a.颗粒形状规则，可视为单分散粉体;b.粒度分布较窄;c.粒径小轻质碳酸钙的作用•广泛应用于造纸、塑胶、塑胶薄膜、化纤、橡胶、胶粘剂、密封剂、日用化工、化妆品、建材、涂料、油漆、油墨、油灰、封蜡、腻子、毡层包装、医药、食品(如口香糖、巧克力)、饲料中，其作用有：增加产品体积、降低成本,改善加工性能(如调节粘度、流变性能、硫化性能)，提高尺寸稳定性,补强或半补强，提高印刷性能，提高物理性能(如耐热性、消光性、耐磨性、阻燃性、白度、光泽度)等。活性碳酸钙•1）外观：白色粉末、无毒、无味、无刺激、不燃、不爆、折光率低、易于着色，不溶于水，在空气中稳定。•（2）经过活化处理后，分子结构改变、粒度分布均匀，呈极强的疏水性。•（3）具有白度高、流动性好、光泽度好、分散均匀、填充量大等特点。并有极好的润滑性、流动性、分散性和有机性。•（4）与橡胶、塑料的分子间亲和力强、填充量比普通碳酸钙可多填充2-5倍至数倍，综合生产成本明显降低。•（5）吸油值低、白度高，延伸度高，而且其特有的超强金属剥离性和显著的润滑效果还能提高制品表面的光亮度，磨损和抗冲击强度。•（6）可减小对加工机械的磨耗度，改善产品加工工艺，提高制品性能，具有较好的补强作用。•（7）应用于高级涂料中，可提高固体填充量，降低粘度，同时赋予涂层耐磨性、抗腐蚀性、降低烘烤温度，缩短烘烤时间，提高产品质量，降低生产成本，具有明显的经济效益。•活性碳酸钙为基料，采用多功能表面活性剂和复合型高效加工助剂，对无机粉体表面进行改性活化处理而成。经改性处理后的碳酸钙粉体，表面形成一种特殊的包层结构，能显著改善在聚烯烃等高聚物基体中的分散性和亲和性，并且能与高聚物基体间产生界面作用，从而提高制品的抗冲击强度，是一种性能优良的增量型填充助剂。填充量一般为30-100%，有的制品甚至100份以上活性碳酸钙生产工艺•活性碳酸钙的生产工艺与生产轻质碳酸钙大致相同，但在碳化这一工序中应严格控制条件，使生成微细的碳酸钙颗粒，再用活化剂进行表面处理。即将石灰石与煤混合，其配比约7.5左右，于900-1000℃温度下在石灰窑中缎烧，二氧化碳经洗气除尘后送碳化塔，生石灰进消化槽，用80-90℃的热水充分消化，制成浓度约9%的乳液，进入碳化塔，通二氧化碳进行碳化，当碳化时悬浮液的PH值等于7时为反应终点，此时可引入活化剂，对生成的碳酸钙进行表面处理。•有干法表面处理和湿法表面处理，通常采用湿法表面处理工艺，因该法可制得活化度高，分散性能好，透明性高的活性碳酸钙。目前添加活化剂一般有酞酸酷偶联剂、硬脂酸、木质素等，用量约1%-5%。完成了前面的化学处理后，对料液脱水分离、干燥制得白度高的成品。•生产一般轻质碳酸钙的工厂，只需对某些设备和工艺加以改进，如改进反应塔、增加温度控制、气体流量及表面改性等，即可生产合格的活性碳酸钙产品，提高产品的附加值，创造效益。活性碳酸钙的应用•活性碳酸钙作为高填充量的高档填充剂，广泛应用于橡胶、塑料、塑钢门窗、PVC电缆料、高级涂料、管材、轮胎、鞋底、聚乙烯吹膜、密封胶条、玻璃钢制品、电缆包装布、造纸、建材、油墨、日用化工、纺织、饲料、食品添加剂等行业。•1、在塑料中可以提高塑料制品尺寸的稳定性、硬度和钢度，改善塑料加工性能及其制品的耐热性和散光性，•2、在橡胶中做填充剂，可起到增加体积、降低成本、改进加工性能及硫化性能;•3、在造纸中可作为纸张的填料、铜版纸的