کربنات کلسیم

کربنات کلسیم چیست؟

کربنات کلسیم ماده معدنی با فرمول CaCO3 است که یکی از پرکاربردترین، مفیدترین و متنوع ترین موادی می باشد که برای انسان شناخته شده است. این ماده می تواند به صورت مصنوعی تولید شود و البته در پوسته تخم مرغ و غشای حیواناتی مانند حلزون و خرچنگ نیز وجود دارد. همچنین مروارید ها هم از این ماده ساخته شده اند.

اگرچه این ماده در زمین بسیار فراوان است، اما به دلیل مصرف زیاد، ارزش زیادی دارد و بسیار مورد تقاضا قرار می گیرد. بسیاری از ما برای اولین بار در کلاس مدرسه با این ماده روبرو می شویم، جایی که از گچ تخته سیاه استفاده می کنیم.

این ماده به عنوان سنگ مرمر، کربنات کلسیم و سنگ دگرگونی استفاده می شود. همچنین این ماده هنگامی که گچ یا سنگ آهک تحت شرایط دما و فشار بالا احیا می شود، تشکیل می شود. آمریکای شمالی و اروپا دارای ذخایر عظیم این ماده هستند. کربنات کلسیم یک پودر سفید غیر سمی، تحریک کننده، بدون بو و یکی از متنوع ترین مواد معدنی است. این ماده خنثی، محلول در آب و همچنین محلول در اسید می باشد. طبق روش های مختلف تولید این ماده را می توان به کربن سنگین و کربن سبک تقسیم کرد.

[lwptoc]

خصوصیات کربنات کلسیم

فرمول مولکولی:CaCO3

جرم مولی :   100/087 g/mol

شکل ظاهری :  پودر سفید

چگالی : 2/71 g/cm³ (کلسیت); 2/83 g/cm³ (آراگونیت)

دمای ذوب :   تجزیه در دمای °825 سانتی گراد

دمای جوش : ‎قابل تجزیه

انحلال پذیری در آب :  خیر

این ماده به حالت جامد و به رنگ سفید است که در ترکیب صخره ها در سراسر جهان به وفور یافت می شود. مهم ترین مواد معدنی آن آراگونیت، سنگ آهک، سنگ ماربل و سنگ تراورتن است. خیلی کم در آب حل می شود اما در آبی که CO2 محلول داشته باشد، بطور کامل حل شده و سبب ایجاد این ماده می شود. حل شدن این ماده در آب جاری که حاوی مقداری CO2 محلول است، منجر به سختی آب می شود.

تشکیل ماده CaCO3

امروزه بیشتر ذخایر این ماده در ذخایر طبیعی قرار دارد. کلسیم کربنات از موجوداتی که میلیون ها سال پیش در دریا زندگی می کردند به وجود آمده است. در آن زمان اقیانوس ها بیشتر کره زمین را پوشانده بودند. پوسته ها و رگه های این ماده با استفاده از یون های کلسیم و دی اکسید کربن در اقیانوس ها تولید شدند.

در اثر مرگ و میر حیوانات، دفن شدن پوست و استخوان آن ها در کف دریا نیز رگه های کربنات کلسیم ایجاد شده است .حالا مدت ها پس از فرو نشستن آب دریا، آن ها در رسوبات ضخیم سنگ آهک فشرده شده اند. صخره های سفید داور انگلستان که از گچ است – یک شکل متخلخل سفید و سنگ آهک است که از پوسته موجودات دریایی میکروسکوپی به نام   Foraminifera  ساخته شده است و حدود 136 میلیون سال وجود داشت.

انواع کلسیم کربنات

این ماده دارای دو گونه آسیابی و رسوبی است. اندازه ذرات آسیابی به طور معمول در حدود 10 میکرومتر و اندازه ذراتPCC  در حدود یک دهم نانومتر است. تولید PCC نیازمند مراحل بسیاری از جمله یک فرآیند کربناته کردن است که در نتیجه باعث گرانتر بودن ذراتPCC  نسبت به ذرات  GCC  می گردد. آسیابی که مستقیما از کربنات کلسیم به عنوان ماده اولیه تهیه می شود به دو صورت بدون آب و آبدار یا خشک و مرطوب می باشد.

این ترکیب دارای ساختارهای چند شکلی پلیمورف بدون آب شامل کلسیت، آراگونیت و وتریت است که به ترتیب از پایداری ترمودینامیکی آنها در طبیعت کاسته می شود. علاوه بر این، انواع آبدار آن نیز شامل ساختارهای تک آبه  CaCO3.H2O و شش آبه H2O.CaCO3  بوده، که می توانند در دما های پایین تهیه شوند.

این ماده بی ریخت یا بدون شکل ACC  نیز که در گروه فرم های آبدار قرار دارد، ناپایدار بوده و به راحتی به ساختارهای بلوری تبدیل می شود. کلسیت ساختار لوزی شکل، آراگونیت ساختار سوزن مانند و وتریت ساختار کروی دارد.

در آراگونیت و کلسیت ساختار های با پایداری ترمودینامیکی بیشتر بوده و در طبیعت بیشتر وجود دارند. وتریت که به صورت CaCO3 μ نیز شناخته میشود، به دلیل حداقل پایداری ترمودینامیکی کمتر در طبیعت موجود است. وتریت در محلول آبی به سرعت میتواند به کلسیت و آراگونیت تبدیل شود. شواهد تجربی نشان داده است که وتریت می تواند در مدت 60 دقیقه در 60 درجه سانتی گراد به آراگونیت و در مدت 24 ساعت در دمای اتاق به کلسیت تبدیل شود.

در مورد صنعت پلاستیک، گچ طبیعی آسیابی، سنگ آهک و انواع مختلفی از ماده رسوبی می توانند به عنوان پرکننده استفاده شوند که در وهله اول، سفیدی پودر این ماده در این حوزه بسیار مهم می باشد. دو روش برای تهیه ذرات PCC در متون علمی وجود دارد، که تنها تفاوت آنها در نوع مواد شیمیایی مورد استفاده است. روش اول طبق واکنش زیر، شامل مخلوط کردن هیدروکسید کلسیم (OH(Ca)2) و آب و تبدیل آنها به یک دوغاب و سپس کربناته کردن آن با حبابهای دی اکسید کربن جهت تشکیل CaCO3  است.

کاربرد های پودر کربنات کلسیم

این ماده قابلیت استفاده در اکثر صنایع را دارد و یکی از کاربردی ترین محصولات پودری می باشد که در زیر موارد استفاده آن را آورده ایم:

مصالح ساختمانی و ساخت و ساز

این ماده برای صنعت ساخت و ساز بسیار حیاتی و مهم است، هم به عنوان یک ماده ساختمانی از این نوع (به عنوان مثال سنگ مرمر) و هم به عنوان یک ماده تشکیل دهنده سیمان مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده در تولید ملات مورد استفاده برای چسباندن آجرها، بلوک های بتونی، سنگها ، زونا های سقف، ترکیبات لاستیکی و کاشی ها نقش دارد.

همچنین این ماده تجزیه می شود و دی اکسید کربن و آهک را تشکیل می دهد. لازم به ذکر است که ماده مهمی در تولید فولاد، شیشه و کاغذ می باشد. از این ماده به دلیل خاصیت ضد اسیدی در محیط های صنعتی برای خنثی سازی شرایط اسیدی در خاک و آب استفاده می شود.

کاربرد در صنایع

پودر کربنات کلسیم به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود. در صنعت معدن، صنعت نفت، صنعت شیشه و فولاد، در صنعت کاغذ، مهر و موم و چسب، در تولید ملات، بلوک های بتونی، کاشی، در ساخت جاده ها و ساختمان ها و سایر کارهای مهندسی، در صنایع شیمیایی و متالورژی، جوهر چاپگر، پلاستیک pvc ، روغن و روان کننده استفاده می شود.

کاربرد در کشاورزی

آهک کشاورزی یکی از مهمترین مواد کشاورزی است که با افزایش اثرات منفی اسیدیته زیاد خاک و به حداقل رساندن استفاده از سایر کودهای گران قیمت، برای افزایش عملکرد استفاده می شود.

تحقیقات اساسی در مورد دامنه بهینه pH برای محصولات مختلف انجام شده است و افزودن آهک کشاورزی می تواند به حفظ این دامنه کمک کند. ماده معدنی کربنات کلسیم اغلب در کشاورزی برای خنثی سازی خاک های اسیدی و همچنین به عنوان یک جز اضافی از کمپوست و تقویت خاک استفاده می شود. آهک منبع مهمی از کلسیم برای گیاهان است که یکی از کاربرد های کربنات کلسیم در کشاورزی است و رشد قوی را ایجاد می کند و در نتیجه کیفیت میوه ها و برگ ها را بهبود می بخشد.

آهک باغی برای استفاده در لکه های سبزیجات و حاشیه گل ها و همچنین در پایه درختان، بوته ها، پرچین ها و گل رز ایده آل است. این محصول همچنین می تواند برای بهبود رشد چمن و رنگ چمن در چمنزار ها مورد استفاده قرار گیرد. از کربنات کلسیم در رشد قارچ ها نیز استفاده می شود، که غالباً وقتی که به تخم ریزی اضافه می شوند، جایی که در نهایت قارچ تشکیل می شود، اضافه می شود.

کاربرد در کاغذ، پلاستیک، رنگ و پوشش

این ماده پرکاربرد ترین ماده معدنی در تولید کاغذ، پلاستیک، رنگ و پوشش می باشد، هم به عنوان پرکننده و هم به دلیل رنگ سفید ویژه – به عنوان یک رنگدانه کاور است. در صنعت کاغذ سازی، به دلیل روشنایی بالا و خصوصیات پراکندگی نور، در سراسر جهان ارزش گذاری می شود و به عنوان پرکننده ارزان قیمت برای ساخت کاغذ مات و شفاف مورد استفاده قرار می گیرد.

از پرکننده در انتهای کار دستگاه های کاغذ سازی استفاده می شود و پرکننده کربنات کلسیم باعث براق و صاف بودن کاغذ می شود. این ماده به عنوان ماده در حال رشد می تواند تا 30٪ وزن در رنگ داشته باشد. از این ماده به عنوان ماده پرکننده در چسب ها و درزگیرها نیز استفاده می شود.

کاربرد در بهداشت شخصی و تولید مواد غذایی

عوامل متفاوتی مثل اعتیاد، عدم تحرک، کهولت سن، مسائل گوارشی و … گاها باعث می شود که بدن به اندازه کافی کربنات کلسیم جذب نکند. از این رو مکمل های کلسیم تولید شده که در قالب قرص کربنات کلسیم برای مصرف به این افراد توصیه می شود.

از این ماده به عنوان یک مکمل غذایی کلسیم موثر در رژیم غذایی، ضد اسید، چسب فسفات یا مواد پایه برای قرص های دارویی استفاده می شود. این ماده همچنین در بسیاری از قفسه های فروشگاه های مواد غذایی در محصولاتی مانند بیکینگ پودر، خمیر دندان، مخلوط های خشک دسر، خمیر و شراب یافت می شود.

کربنات کلسیم ماده موثری در آهک کشاورزی است و در خوراک دام نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین کربنات کلسیم از طریق تصفیه آب و پسماند نیز برای محیط زیست مفید است.

فروش پودر کربنات کلسیم

به منظور تولید و فروش پودر این ماده سفید مورد نظر مشتریان، در حالی که واحد تولید پودر این ماده دارای تجهیزات مدرن و پیشرفته است، بهترین و خالص ترین سنگ کربنات کلسیم با استاندارد معتبر باید به خط تولید کارخانه منتقل و از طریق فرآیند فرآوری و تولید پیشرفته مورد خردایش قرار گیرد. سنگ کربنات کلسیم با ناخالصی ها نمی تواند محصول با کیفیتی به ما ارائه دهد و برای صنعت مناسب باشد.

تجزیه کربنات کلسیم

تجزیه این ماده یک فرآیند شیمیایی پر کاربرد در علم شیمی است که  در دوران دبیرستان و دانشگاه مورد بررسی قرار می گیرد. این ماده را شاید بتوانیم مهمترین سنگ رسوبی در کره زمین بدانیم. همچنین این ماده پس از سنگ آهن فراوان ترین کانی تشکیل دهنده کره زمین است. همانطور که گفته شده است این ماده از نظر فیزیکی به  صورت سنگ و صخره است و به رنگ های سفید، زرد و خاکستری در طبیعت یافت می شود. از نظر شیمیایی نیز حالت قلیایی داشته و در حلال های غیر اسیدی قابل انحلال نیست.

دلیل تجزیه این ماده

در صورت تجزیه حرارتی این ماده می توان ناخالصی های آن را جدا کرد و آهک به دست آورد. این ماده یک پایه کلسیمی دارد و از ترکیب با گاز کربنیک موجود در هوا تشکیل می شود. همچنین ممکن است که عناصر دیگری مانند آهن، منیزیم و آلومینیوم در این ماده وجود داشته باشد که مطلوب نیست. لازم به ذکر است که این ماده می تواند به صورت حرارتی و اسیدی تجزیه شود.

دمای تجزیه این ماده بین 900 تا 1500 درجه سانتیگراد است و در این دما شروع به ذوب شدن و تجزیه می کند. با رسیدن به این دما ، دی اکسید کربن آزاد شده و به ماده جدیدی با فرمول شیمیایی اکسید کلسیم و ساختار مولکولی CaO تبدیل می شود. این ماده جدید آهک زنده بوده که آهک خالص است و می تواند با آب واکنش شیمیایی دهد. هرچه گرمای اعمال شده هنگام تجزیه این ماده بیشتر باشد، آهک فعال تری نیز بدست می آید. این به این معنی است که وقتی با آب ترکیب می شود گرمای بیشتری ایجاد می کند.

آنالیز کربنات کلسیم

آنالیز این ماده از اهمیت زیادی در مصرف کربنات کلسیم برخوردار است. این ماده معدنی از نظر خلوص کمتر از 100٪ در طبیعت وجود دارد و معمولاً بین یک تا دو درصد کربنات کلسیم معدنی از ناخالصی هایی برخوردار است که هنگام استفاده از این ماده به عنوان خوراک دام نیاز به توجه ویژه است. برای شناسایی و آنالیز این ماده به صورت خالص باید از آزمایشات استاندارد ASTM استفاده شود. در این آزمایشات موادی که همراه با این ماده وجود دارد استخراج می شود.

در این ماده به صورت ناخالص، مواد مختلفی می تواند وجود داشته باشد که می توان به: اسیدهای نامحلول، باریوم (Barium)، فلورید (Fluorid)، آلکالی آزاد (Free Alkali)، منگنز و نمک آلکالی، آرسنیک (Arsenic)، و سرب (Lead) اشاره کرد. جهت شناسایی هر یک از این موارد در کربنات کلسیم و تعیین درجه خلوص آن، آزمایش های خالصی انجام می شود.

با استفاده از آزمایش هایی که بر روی خلوص جهت آنالیز این ماده معدنی صورت می گیرد می توان میزان ناخالصی هایی که در کنار کربنات کلسیم خالص وجود دارد را استخراج کرد. البته باید توجه داشت که این ماده رسوبی ناشی از تولید مواد شیمیایی با خلوص 100٪ قابل تهیه است که برای مواد غذایی و دارویی انسان مجاز است و استفاده از این ماده معدنی در غذاهای انسانی و دارویی امکان پذیر نیست.

جمع بندی

کربنات کلسیم یک ماده معدنی ارزشمند و پرکاربرد است و امروزه بسیار در همه زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید و یا جهت تهیه و یا اطلاعات بیشتر در مورد حلال 402 و یا پودر اخرا کلیک کنید.