خصوصیات شیمیایی و فیزیکی کربنات کلسیم

خواص و مشخصات شناسایی کلسیم کربنات

تولید کلسیم کربنات

پودر میکرونیزه کربنات کلسیم الیگودرز با استفاده از دی اکسید کربن و آهک خرد شده به عنوان مواد اولیه بدست می آید. هنگامی که دی اکسید کربن از آهک خرد شده عبور می کند، کلسیت بدست می آید:

Ca(OH)_۲+ CO_۲→ CaCO_۳+ H_۲O

روش دیگر برای به دست آوردن کلسیت، اضافه کردن کربنات سدیم به کلرید کلسیم است:

CaCl_۲+ Na_۲CO_۳→ CaCO_۳+ ۲NaCl

هنگامی که دی اکسید کربن بیش از حد منتقل می شود، منجر به تشکیل کلسیم هیدروژن-کربنات می شود.

طیف IR کلسیم کربنات

تجزیه کلسیم کربنات

کربنات کلسیم در هنگام گرم شدن تا ۱۲۰۰ درجه کلوین، دی اکسید کربن آزاد می کند. هنگامی که با اسید رقیق واکنش نشان می دهد، دی اکسید کربن را به عنوان محصول جانبی آزاد می کند:

CaCO_۳+ H_۲SO_۴→ CaSO_۴+ H_۲O + CO_۲

CaCO_۳+ ۲HCl → CaCl_۲+ H_۲O + CO_۲

همچنین در همین دما، تجزیه کربنات کلسیم، باعث ایجاد دی اکسید کربن و اکسید کلسیم می شود:

CaCO_۳→ CaO + CO_۲

کاربردهای کلسیم کربنات،

کلسیم کربنات عمدتاً در صنعت خمیر و کاغذ به کار می رود. این ماده به عنوان یک فیلتر و رنگدانه مورد استفاده قرار می گیرد و باعث تولید رنگدانه سفیدتر و با کیفیت بالاتر نسبت به سایر مواد معدنی می شود.

در صنعت ساخت و ساز از کربنات کلسیم به عنوان پرکننده بتن استفاده می شود و باعث افزایش دوام و ظاهر آن و تصفیه فلزات جهت استفاده در مصارف ساختمانی می شود. نقش مهم آن به عنوان یک مصالح ساختمانی (مرمر) یا به عنوان یک ماده در سیمان می باشد.

یکی دیگر از کاربردهای این ماده، در کودها برای تأمین کلسیم گیاهان و تثبیت pH خاک است. در ساخت رنگ، کاغذ، پلاستیک و سرامیک، آرایشی، پزشکی و سایر صنایع نیز به کار می رود.

کربنات کلسیم همچنین می تواند یک ماده افزودنی در مواد غذایی برای حیوانات و انسان ها و به عنوان مکمل ویتامین ها باشد که با عنوان E170 شناخته شده است. در کارخانه های تصفیه آب و فاضلاب، کربنات کلسیم، در از بین بردن اسیدیته و ناخالصی ها به کار می رود.

در صنایع دارویی که آنتی اسیدها را تولید می کنند، در تولید قرص هایی که از مواد شیمیایی بازی ساخته شده اند و غیره به عنوان مکمل های کلسیم استفاده می شود.

کلسیم کربنات یک مکمل رژیم غذایی است که وقتی مقدار کلسیم مصرف شده در رژیم غذایی کافی نیست استفاده می شود. کلسیم در بدن برای استخوان های سالم، عضلات، سیستم عصبی و قلب مورد نیاز بدن است.

این ترکیب شیمیایی همچنین به عنوان یک آنتی اسید برای تسکین سوزش قلب، رفلاکس اسید معده نیز استفاده می شود.

سمیت کلسیم کربنات،

کربنات کلسیم خیلی سمی نیست. بازیابی آن کاملاً محتمل است. اما، استفاده بیش از دوز مصرف می تواند باعث سنگ کلیه و آسیب جدی تر به عملکرد کلیه شود. مقادیر بالای کلسیم همچنین می تواند باعث اختلال جدی در ریتم قلب شود.

جهت خرید این محصول جستجو کنید.

خرید محصولات از این سایت تحت گارانتی می باشد

زء فراوان ترین سنگ های رسوبی تشکیل دهنده پوسته کره زمین است. کربنات کلسیم در انواع مختلفی همچون سنگ ، گچ و سنگ مرمر در تمان نقاط جهان یافت شده و منشاء تشکیل آن ، موجودات آبزی مانند مرجان ها ، سنگ پوستان ، میکروارگانیسم ها و حیوانات لاک دار است. کلسیم کربنات عنصری بسیار ضروری در تشکیل اسکلت موجودات زنده ، پوسته تخم پرندگان و نیز انجام عملکرد های حیاتی بدن انسان و حیوانات می باشد که جهت فعالیت سیستم اعصاب و تنظیم ترشح مواد شیمیایی ، آنزیم ها و هورمون ها الزامی است. انسان نیز از هزاران سال قبل با مزیت های این ماده معدنی آشنا شده و آن را بخصوص در بخش ساخت و ساز بکار گرفته است. امروزه بخش عظیمی از محصولاتی که به صورت روزمره با آنها سر و کار داریم نظیر انواع پلاستیک ها ، تایر خودرو ، چسب و رزین ، محصولات شیمیایی ، کاغذ و برخی داروها به وسیله کربنات کلسیم تولید می شود.

تشکیل سنگ های کربناته قدمتی میلیون ها ساله داشته و زمان ایجاد بستر این سنگ ها به دوران زمین شناسی ژوراسیک یا کرتاسه باز می گردد. محل ایجاد آن می تواند اعماق اقیانوس های سرد یا چشمه های کم عمق آب گرم و یا محیط غار ها بوده باشد که هر یک تاثیر مهمی بر سختی و ساختار شیمیایی و مولکولی کربنات کلسیم دارد. هر چه غلظت کلسیم در این سنگ بیشتر باشد در نتیجه خلوص بالاتری داشته و کاربرد های آن گسترده تر می شود.

جدول مشخصات فنی کلسیم کربنات

بررسی شیمیایی کلسیم کربنات

کربنات کلسیم از نظر ترمودینامیکی حالت ثابتی داشته و فرمول شیمیایی آن به صورت CaCO₃می باشد. انواع اصلی آن از نظر تشکیل در طبیعت به صورت کلسیت ، آراگونیت ( که سنگ آهک نیز جزئی آن است) و وتریت می باشد. نوع دیگری از این ماده نیز وجود دارد که در ترکیب با منیزیم است و آن را دولومیت می نامند. چیدمان اتمی آن ها بسته به محیط تشکیل ، دما و فشار متفاوت هستند. برخی انواع آن بسیار ترد و شکننده بوده و برخی مثل کلسیت و سنگ مرمر بسیار سخت می باشند. سنگ آهک نیز دارای سختی بین این دو است.

کربنات کلسیم یک ماده قلیایی با پی اچ بالا است بنابراین با اسید ها واکنش داده و تجزیه یا اصطلاحا خنثی می شود. این ماده در صورت تجزیه از خود آب و گاز دی اکسید کربن آزاد می کند.

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca₂+ + CO₂ + H₂O

تجزیه

فرایند تجزیه کلسیم کربنات از اهمیت زیادی برای انسان برخوردار است زیرا با این عمل ، کارایی های این ماده به شکل چشمگیری افزایش می یابد. نتیجه تجزیه حرارتی کربنات کلسیم منجر به تولید آهک می شود. آهک ماده ای بسیار پر کاربرد در زندگی ما است که در موارد ساختمانی ، تولید مواد شیمیایی ، پرورش دام و طیور و انجام ضدعفونی مورد استفاده قرار می گیرد. برای این منظور ، سنگ کربناته را از معادن مختلف (با کیفیت های متفاوت) استخراج می نماییم و پس از خردایش و کوچک کردن سایز ، در حرارت بسیار زیادی حرارت می دهیم. همانطور که در جدول مشخصات فنی این ماده ذکر شد ، دمای ذوب آن ، حداقل نهصد درجه سانتی گراد است. عمل پخت سنگ کلسیم کربنات در کوره آهک پزی انجام می شود که ممکن است به شکل قدیمی یا مدرن ساخته شده باشد.

زمانی که حرارتی بین 900 تا 2000 درجه سانتی گراد به این ماده اعمال شود ، شروع به تجزیه حرارتی می نماید که در نتیجه این فرایند شیمیایی ، آب موجود در آن تبخیر شده و گاز دی اکسید کربن که طی میلیون ها سال در ساختار آن گرفتار شده است ، آزاد می گردد. با ایجاد این تغییر شیمیایی ، فرمولاسیون آن کلا تغییر کرده و از کربنات کلسیم CaCO₃به اکسید کلسیمCaOتبدیل می شود. اکسید کلسیم که با نام آهک خالص یا شهرت دارد ، ماده مهمی در تولید بسیاری از محصولات مصرفی مانند سیمان است. در انجام این واکنش از هیچ ماده دیگری استفاده نشده و تنها حرارت موجب این تغییر می گردد. معادله تجزیه شیمیایی کلسیم کربنات به شرح زیر است:

CaCO₃ → CaO + CO₂

آهک زنده بر خلاف سنگ کلسیم کربنات ، کاملا در آب محلول می باشد و انحلال آن یک فرایند گرمازا است. این ماده در صورت انحلال در آب ، شروع به جذب هیدروژن کرده و یون هیدروکسید را می سازد. فرایند انحلال در آب و تغییر شیمیایی آهک زنده را در فارسی با نام شکفته شدن و در لاتین ، هیدراته شدن می نامند. محصول ایجاد شده طی این فرایند ، آهک شکفته یا نام دارد که بر خلاف آهک زنده ، در آب حل نمی شود. این واکنش شیمیایی ، فرمول اکسید کلسیم را به هیدروکسید کلسیم تبدیل می کند. فرایند شیمیایی این تغییر به صورت زیر است:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

انواع کلسیم کربنات

کربنات کلسیم معدنی GCC : سنگ کربناته که در معادن وجود دارد کلسیم کربنات است که به وفور می توان آن را در همه جا یافت. این ماده با نام ground calcium carbonate شناخته می شود زیرا از پوسته زمین استخراج می گردد. البته بر اساس ساختمان مولکولی و مشخصات فیزیکی انواع زیادی همچون سنگ گچ ، سنگ آهک ، سنگ مرمر ، تراورتن و دولومیت دارد. GCC را می توان در آسیاب های مختلف کوبشی و بالمیل به خوبی کوبیده و اندازه ذرات بسیار ریزی از آن را تولید نمود که در صنایع و مشاغل زیادی به کار می رود. این ماده همچنین یک منبع کلسیمی عالی ، سالم و بسیار ارزان برای پرورش دام و طیور است که به خوبی نیاز بدن حیوانات را تامین می نماید.

کربنات کلسیم رسوبی PCC : بر خلاف نوع معدنی ، PCC از پوسته کره زمین استخراج نمی شود بلکه یک ماده شیمیایی است که در کارخانجات آن را تولید می کنند. تولید این محصول در واقع معکوس کردن فرایند تجزیه سنگ کلسیم کربنات است. در این روش تولیدی ، آهک هیدراته با فرمول هیدروکسید کلسیمCa(OH)₂که یکی از محصولات کلسیم کربنات است را به صورت محلولی غلیظ در ترکیب با آب تبدیل کرده و سپس گاز دی اکسید کربن را از میان آن عبور می دهند.

کربنات کلسیم رسوبی بسیار خالص است و نوع معدنی همانند آن به سختی در طبیعت یافت می شود. همین عامل سبب می شود تا از آن در تولید دارو هایی که مصرف انسانی دارند استفاده گردد زیرا فاقد هر گونه مواد سمی و زیان آور برای سلامت انسان می باشد. البته تولید PCC بسیار مشکل و هزینه بر بوده و نسبت به نوع معدنی بسیار کمیاب است.

کاربرد ها و موارد مصرف

ساختمان سازی

از گذشته های دور تا به حال مهم ترین کاربرد سنگ های معدنی در ساخت و ساز بوده است. کربنات کلسیم یک ماده معدنی با ویژگی های مناسب جهت ساختمان سازی و جاده سازی می باشد. امروزه این ماده را در کوره های مخصوصی فراوری می نماییم و به اشکال مختلف نظیر ، برای تولید مصالح ساختمانی مانند سیمان استفاده می شود. همچنین در حجم بسیار گسترده برای شفته ریزی استخر و ساختمان ها ، تولید بلوک سبک هبلکس ، آجر ، بتن و تهیه ملات بکار می رود.

فولادسازی

آهک زنده تولید شده از کربنات کلسیم ، مهم ترین ماده در تصفیه فولاد است. این محصول به دلیل ویژگی های خاصی که دارد ، به آهن مذاب و کوره های ذوب آهن افزوده می شود و می تواند بسیاری از ناخالصی آن مانند سولفور و منگز را به راحتی جداسازی نمود. در صورتی که از کلسیم کربنات در صنعت فولادسازی استفاده نشود ، محصولات تولید شده بسیار خشک و شکننده خواهند بود و برای مصرف در اکثر صنایع قابل استفاده نمی باشند.

کربنات کلسیم دامی

کلسیم یکی از عناصر ضروری برای رشد و نمو حیوانات و کلیه موجودات زنده است. دام و طیور برای رشد اسکلت ، عدم ابتلا به بیماری های استخوانی ، تولید شیر و تخم مرغ و نیز عملکرد های حیاتی خود نیازمند کلسیم هستند. منابع کلسیمی مختلفی نظیر کلسیم کربنات ، سیترات کلسیم و صدف دریایی را می توان جهت تامین کلسیم در جیره غذایی دام و طیور بکار برد ولی در این میان ، پودر کربنات کلسیم خوراک دام ارزان ترین ، سالم ترین و در دسترس ترین ماده است که حجم بالایی از کلسیم قابل جذب را نیز در خود دارد.

آهک تولید شده از کلسیم کربنات خاصیت میکروب کشی قوی دارد و می توان از آن برای ضدعفونی سالن های پرورش طیور و استبل ها استفاده کرد. همچنین معمولا یک حوضچه آب آهک در ورودی سالن قرار می دهند تا افراد پیش از ورود به محل ، پای خود را در آن ضدعفونی نمایند.

صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی

فروش پودر میکرونیزه باریت:کلسیم کربنات یک ماده بسیار مهم در تهیه گل حفاری است. در صنعت نفت ، کربنات کلسیم در گل حفاری به عنوان یک عامل bridging و آنتی کیک (ضد چسبندگی مواد) کاربرد دارد. این ماده همچنین از نظر وزنی ، سنگین می باشد و می توان از آن برای کنترل فشار ته چاه استفاده نمود. از طرفی این ماده یک مزیت قابل توجه دیگر در این صنعت نیز دارد. محلول تهیه شده از کلسیم کربنات در صنعت نفت و پتروشیمی به عنوان یک فیلتر جهت حذف آلاینده ها و گاز های سمی مانند گاز های گوگردی کاربرد دارد.

تصفیه قند و شکر

این ماده معدنی در صنعت غذایی و تولید خوراکی ها هم کارایی دارد. یکی از این موارد ، تصفیه ناخالصی های تولید شده در پروسه استخراج شربت قند از نیشکر و چقندر قند است. البته برای این منظور باید ابتدا سنگ کلسیم کربنات را در حرارت بسیار بالایی مورد عمل پخت قرار داد و سپس آن را با آب ترکیب نمود تا آهک هیدراته بدست بیاید.

تولید کاغذ

کربنات کلسیم کاغذ سازی امروزه رواج بسیار زیادی دارد بخصوص در کشور ما این محصول کم کم در حال گسترش است. با توجه به قیمت بالای کاغذ باطله بازیافتی که در این صنعت استفاده می شود و همچنین مواد شیمیایی گران قیمتی که در پروسه تولید خمیر کاغذ به کار می رود ، استفاده از کلسیم کربنات به عنوان فیلر کاغذ می تواند هزینه تولید را به شدت کاهش دهد