مقدمه ای بر کربنات کلسیم

این ماده بواسطه کانی سازی زیستی یون های کلسیم در طبیعت، توسط موجودات زنده تولید می شود. این ماده

در حوزه موادزیستی و کانی سازی زیستی از اهمیت ویژه ای برخوردار است به دلیل اینکه کربنات کلسیم یکی از

فراوان ترین مواد معدنی است که توسط موجودات زنده تشکیل شده است. به عنوان مثال کربنات کلسیم در

اسکلت آهکی حیوانات دریایی نیز یافت می شود .

 

 

کاربرد پودر کربنات کلسیم  توسط پارامترهای تعریف شده متعددی مانند خلوص شیمیایی، اندازه ذرات، توزیع اندازه

ذرات، ریخت شناسی ذرات ، ساختار، سفیدی پودر و غیره تعیین می شود که در میان آنها، ریخت شناسی ذرات

مهم ترین عامل می باشد . این ماده کاربرد گسترده ای به عنوان پرکننده در بسیاری از صنایع از جمله پلاستیک،

لاستیک، کاغذ، پوشرنگ و غیره دارد . بیش از % ۸۰ پرکننده های مورد استفاده در گرمانرم ها بر پایه کربنات

کلسیم می باشد. کربنات کلسیم علاوه بر اینکه قیمت کمی دارد، باعث بهبود خواص بسپار و مقاومت آن در برابر

پیرش (کهنگی) می گردد.

 

 

 انواع کربنات کلسیم

کربنات کلسیم دارای دو گونه کربنات کلسیم آسیابی ( GCC) و کربنات کلسیم رسوبی ( PCC) است. اندازه ذرات

آسیابی به طور معمول در حدود ۱۰ میکرومتر و اندازه ذرات PCC در حدود یک دهم نانومتر است. تولید PCC نیازمند

مراحل بسیاری از جمله یک فرآیند کربناته کردن است که در نتیجه باعث گران تر بودن ذرات PCC نسبت به ذرات

GCC می گردد.

 

کربنات کلسیم آسیابی که مستقیماً 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 (پلی مورف) 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 ( H2O.CaCO3 ) وشش آبه (CaCO3.6H2O) بوده، که می توانند در دماهای

پایین تهیه شوند.

 

کربنات کلسیم 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.

 

آراگونیت و کلسیت ساختارهای با پایداری ترمودینامیکی بیشتر بوده و در طبیعت بیشتر وجود دارند. وتریت که به

صورت μ CaCO3 نیز شناخته می شود، به دلیل حداقل پایداری ترمودینامیکی، معمولاً کمتر در طبیعت موجود است.

وتریت در محلول آبی به سرعت می تواند به کلسیت و آراگونیت تبدیل شود.

 

شواهد تجربی نشان داده است که وتریت می تواند در مدت ۶۰ دقیقه در ۶۰ درجه سانتی گراد به آراگونیت و در

مدت ۲۴ ساعت در دمای اتاق به کلسیت تبدیل شود.

 

در مورد صنعت پلاستیک، گچ طبیعی آسیابی، سنگ آهک و انواع مختلفی از کربنات کلسیم رسوبی می توانند به

عنوان پرکننده استفاده شوند که در وهله اول، سفیدی پودر کربنات کلسیم 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 ۲CaOH و آب و تبدیل آنها به یک دوغاب

و سپس کربناته کردن آن با حباب های دی اکسید کربن ( CO2) جهت تشکیل CaCO3 ا ست.

 

روش دیگر استفاده از مخلوط کربنات سدیم ( Na2CO3 ) و کلرید کلسیم ( CaCl2 )است که این روش نیز منجر به

تشکیل CaCO3 می شود.

 

ویژگی های ذرات مانند ریخت شناسی و اندازه آنها تا حد زیادی در جریان فرآیند رسوب دهی تغییر می کند. فرم

های مختلف از ریخت شناسی CaCO3 شامل کلسیت لوزی شکل، آراگونیت سوزن مانند و وتریت کروی بر اساس

شرایط رسوب دهی مانند محلول کربناته کننده و میزان پاشش CO2 ، فوق اشباعیت اولیه، درجه حرارت دوغاب

۲CaOH ، میزان فوق اشباع بودن و نسبت یونی های [CO32] / [2+Ca -] در محلول، pH و میزان فوق اشباع ب

ودن محلول ۲CaOH ، تغییر کرده و این عوامل تعیین کننده نسبت فرم های کلسیت، آراگونیت و وتریت در محصول

نهایی بوده و بر روی شکل بلوری و توزیع اندازه ذرات تاثیر می گذارند.

 

فرآیند رسوب دهی معمولاً ذرات کربنات  کلسیم رسوبی ای را ایجاد می کند که به شکل اسپیندل بوده و سایز ذرات

بیش از ۲μm است.

 

 نتیجه گیری

کربنات کلسیم ( CaCO3 ) یکی از فراوان ترین مواد معدنی در جهان بوده که دارای ساختارهای گوناگونی می باشد.

این ماده کاربردهای گسترده ای داشته و دارای دو گونه کربنات کلسیم آسیاب شده طبیعی ( GCC ) و کربنات

کلسیم رسوبی(PCC) است .کربنات کلسیم در صنعت پلاستیک به عنوان پرکننده بسیار پرمصرف می باشد.

 

منبع : مجله بسپار / شماره ۱۶۰