碳酸鈣的定義、分類和性質
作者: 來源: 日期:2021/3/11 17:47:51 人氣:2137
碳酸鈣的定義
碳酸鈣是一種無機化合物,是石灰巖石(簡稱石灰石)的主要成分,其分子式為CaCO3,分子質量為100.09。其中氧化鈣(CaO)占56.03%,二氧化碳(CO2)占43.97%。
碳酸鈣的分類
1、按生產方法分類
根據碳酸鈣生產方法的不同,可以將碳酸鈣分為輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣和活性碳酸鈣。
(一)、輕質碳酸鈣 又稱沉淀碳酸鈣,簡稱輕鈣,是將石灰石等原料煅燒生成石灰(主要成分為氧化鈣)和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分是氫氧化鈣),然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀,最后經脫水,干燥和粉碎而制得。由于輕質碳酸鈣的沉降體積(2.4~2.8mL/g),比重質碳酸鈣的沉降體積(1.1~1.4mL/g)大,所以稱之為輕質碳酸鈣。
(二)、重質碳酸鈣 簡稱重鈣,是用機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得。由于重質碳酸鈣的沉降體積比輕質碳酸鈣的沉降體積小,所以稱之為重質碳酸鈣。
(三)、活性碳酸鈣 又稱改性碳酸鈣,表面處理碳酸鈣,膠質碳酸鈣或白艷華,簡稱活鈣,是用表面改性劑對輕質碳酸鈣或重質活性鈣進行表面改性而制得。由于經表面改性劑改性后的碳酸鈣一般都具有補強作用,即所謂的“活性”,所以習慣上把改性碳酸鈣都稱為活性碳酸鈣。
2、按粉體粒徑分類
碳酸鈣產品是一種粉體,根據碳酸鈣粉體平均粒徑(d)的大小,可以將碳酸鈣分為微粒碳酸鈣(d>5um)、微粉碳酸鈣(0.1um<d≤5um)、微細碳酸鈣(0.1um<d≤1um)、超細碳酸鈣(0.02um<d≤0.1um)和超微細碳酸鈣(d≤0.02um)。
(1)、輕質碳酸鈣的粉體特點
a.顆粒形狀規則,可視為單分散粉體,但可以是多種形狀,如紡錘形、立方形、針形、鏈形、球形、片形和四角柱形。這些不同形狀的碳酸鈣可由控制反應條件制得。
b.粒度分布狹窄。
c.粒徑小,平均粒徑一般為1~3um。要確定輕質碳酸鈣的平均粒徑,可用三軸粒徑中的短軸粒徑作為表觀粒徑,再取中粒徑作為平均粒徑。以后除說明外,平均粒徑,即指平均短軸粒徑。
(2)、重質碳酸鈣的粉體特點
a. 顆粒形狀不規則,是多分散粉體。
b. 粒徑分布較寬。
c. 粒徑大,平均粒徑一般為5~10um。要確定重質碳酸鈣的平
均粒徑,需要測定粒徑分布函數和諸如顆粒沉降速度或比表面積之類的粉體現象函數。作為一種簡單的方法是在電子顯微鏡照片上測量顆粒投影的長度和寬度,計算幾何平均粒徑作為表觀粒徑,再取中位粒徑作為平均粒徑。
(3)、活性碳酸鈣的平均粒徑取為表面改性前輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣的平均粒徑。
3.按微觀排列分類
根據組成碳酸鈣的原子和離子的排列是否有規律,可以將碳酸鈣分為晶體碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。
4.按結晶形狀分類
根據碳酸鈣結晶形狀的不同,可將輕質碳酸鈣分為紡錘形碳酸鈣、立方形碳酸鈣、針形碳酸鈣、鏈形碳酸鈣、球形碳酸鈣、片形碳酸鈣和四角柱形碳酸鈣。這些不同結晶的碳酸鈣可由控制反應條件制得。重質碳酸鈣則為不規則形碳酸鈣。活性碳酸鈣的形狀一般為表面改性前輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣的形狀。
碳酸鈣的性質
1.物理性質
(a)密度 各種碳酸鈣的同質異構體的密度不同。密度平均值為2.710g/cm3,霰石為2.929g/cm3,球霰石為2.650g/cm3。
(b)硬度 方解石的莫氏硬度為3,霰石的約為3.5~4。
(c)強度 只可測出方解石根據直徑d(mm)不同,經多大力p(kgf=9.8N)就壓碎。直徑在0.1~2mm之間時關系為p=0.95d+0.091d2。
(d)分解溫度 在常壓下,方解石的分解溫度為898℃,霰石的分解溫度為825℃,球霰石則在溫度升到分解溫度之前已轉變為方解石,所以球霰石的分解溫度不存在。
(e)熔點 在較大的壓力范圍內,方解石在溫度升到熔點之前已分解為氧化鈣和二氧化碳,所以在較大壓力范圍內,方解石的熔點不存在。當壓力為10.4Mpa時,方解石的熔點為1339℃。由于霰石在高溫高壓下會轉變成方解石,所以霰石的熔點不存在。球霰石是不穩定型,其熔點也不存在。
(f)濃度積、溶解度和PH值 各種碳酸鈣的同質異構體的濃度積是相同的。在25℃時,碳酸鈣在水中的濃度積為8.7×10ˉ9。碳酸鈣在冷水(25℃)和熱水(100℃)中的溶解度(100克水中溶解克數)分別為0.0014和0.0020。在常溫下,碳酸鈣水溶液的PH值為9.5~10.2。水中如溶解有二氧化碳,則碳酸鈣的溶解度會增大。在常溫下,在被空氣飽和的水中,碳酸鈣水溶液的PH值為8.0~8.6。
(g)熱膨脹系數 方解石的熱膨脹系數取決于測量的方向。在常溫下,平行于c軸方向的熱膨脹系數約為2.5×10ˉ6℃ˉ1,垂直于c軸方向的熱膨脹系數約為5×10ˉ6℃ˉ1,而垂直于菱面體晶格的熱膨脹系數約為11×10ˉ6℃ˉ1在常溫下,霰石在晶軸a、b和c方向的熱膨脹系數αa、αb和αc約為10×10ˉ6℃ˉ1、16×10ˉ3℃ˉ1和32×10ˉ3℃ˉ1
(h)比熱容 方解石和霰石在普通溫度和較高溫度下的比熱容差別不大,在1200℃以內的平均定壓比熱容Cp=0.8257+0.000762KJ/(kg· k)
2.化學性質
(1)在常壓下加熱到898℃(方解石)或825℃(霰石)時,碳酸鈣將分解成氧化鈣(Ca0)和二氧化碳(CO2):
CaCO3===CaO+CO2↑
(2)碳酸鈣幾乎與所有的強酸發生反應,生成相應的鈣鹽,同時放出二氧化碳。如:
CaCO3+2HcL===CO2+CaCL2+H2O
(3)碳酸鈣在含二氧化碳的水中的溶解度比在無二氧化碳的水中高得多,這是因為這時碳酸鈣生成了比較易溶的碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2):
CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2
(4)碳酸鈣可以形成6個水的水含物CaCO3?6H2O,可通過往單蔗糖鈣溶液中通入CO2而制得。普通碳酸鈣則不形成水合物。
(5)除酸以外,許多腐蝕性物質都不能腐蝕或者只能緩慢地腐蝕碳酸鈣。
輕質活性鈣的制造過程
輕質活性鈣的定義和分類
活性碳酸鈣,又稱改性碳酸鈣、膠質碳酸鈣或白艷華,簡稱活鈣,是用表面改性劑對輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣進行表面改性而制得。表面改性劑一般是具有兩親基團的有機物(如高級脂肪酸、表面活性劑、偶聯劑等)。經表面改性劑改性后的碳酸鈣一般具有粒徑小、吸油值低、分散性好、能補強等優點,但主要的優點是具有補強性,即所謂的“活性”,所以習慣上將改性碳酸鈣均稱為活性碳酸鈣,將改性過程稱為活化過程。
根據活性碳酸鈣所用原料的不同,可將活性碳酸鈣分為活性輕質(沉淀)碳酸鈣和活性重質碳酸鈣。根據活性碳酸鈣粒徑的大小,可將活性碳酸鈣分為活性普通碳酸鈣、活性微細碳酸鈣和活性超細碳酸鈣。根據表面改性劑的不同,可將活性碳酸鈣分為各種反應的活性碳酸鈣。
活化原理
水和油是互不相溶的,因為水是無機物,油是有機物。盡管精心振蕩混合,它們最終還是會分成兩層。水在下,油在上。但如果將表面活性劑加到水和油的混合溶液中,表面活性劑的親水基與水分子結合,親油基和油分子結合,這樣通過表面活性劑的“橋梁”作用,把本來互不相溶的水和油融合在一起,使水滴可以穩定地分散在油中或油滴可以穩定地分散在水中。
對于碳酸鈣(固體無機物)和高聚物(橡膠和塑料等,固體有機物),也可以通過具有兩親基團的有機物(表面改性劑,即高級脂肪酸、表面活性劑、偶聯劑等)的“橋梁”作用,把它們融合在一起,使碳酸鈣更好地分散在高聚物中,并具有一定的補強性。
活化原理即活性碳酸鈣的生產原理,就是要將表面改性均勻地涂覆到碳酸鈣顆粒的表面,使碳酸鈣表面有一層表面改性劑的單分子層,表面改性劑的親水基團與碳酸鈣表面進行類似化學鍵的結合,表面改性劑的親油基團則定向排列于活性碳酸鈣的表面。