碳酸钙：从性质到应用的全面解析

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碳酸钙：从性质到应用的全面解析

引用

来源

https://m.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_CN_CB2154602.htm

基本信息

CAS号：471-34-1
英文名：Calcium carbonate
中文名：碳酸钙
CBNumber：CB2154602
分子式：CCaO3
分子量：100.0869

化学性质

熔点：825 °C
沸点：800 °C
堆积密度：300-1400kg/m3
密度：2.93 g/mL at 25 °C (lit.)
折射率：1.6583
储存条件：Store at +5°C to +30°C.
溶解度：5 M HCl: 0.1 M at 20 °C, clear, colorless
形态：random crystals
颜色：White-beige to slightly beige-gray
比重：2.93
pH值：9.91(1 mM solution);9.91(10 mM solution);9.91(100 mM solution);
Flame Color：Red-orange
气味：Odorless
酸碱指示剂变色pH值范围：8
水溶解性：Insoluble
最大波长(λmax)：λ: 260 nm Amax: ≤0.09
λ: 280 nm Amax: ≤0.06
Merck：14,1657
BRN：8008338
Ksp沉淀平衡常数：pKsp: 8.54
暴露限值：NIOSH: TWA 10 mg/m3; TWA 5 mg/m3
介电常数：6.1（Ambient）
稳定性：Stable. Incompatible with acids, fluorine, ammonium salts, alum.
InChIKey：VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L
CAS 数据库：471-34-1(CAS DataBase Reference)
EPA化学物质信息：Calcium carbonate (471-34-1)

安全信息

危险品标志：Xi
危险类别码：37/38-41-36/38-36
安全说明：26-36/37/39-37/39-37
职业暴露等级：B
职业暴露限值：TWA: 10 mg/m3 (total)
WGK Germany：-
RTECS号：FF9335000
TSCA：Yes
海关编码：28365000
毒害物质数据：471-34-1(Hazardous Substances Data)
毒性：LD50 orally in Rabbit: 6450 mg/kg LD50 dermal Rat > 2000 mg/kg

碳酸钙的性质、用途与生产工艺

碳酸钙又称石灰石、石粉，是地球上常见的一种化学物质，属于无机盐矿物，呈碱性，难溶于水，易溶于酸，天然存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰石等岩石内。在食品中作为添加剂，以保证人体所必须的钙摄入，如口香糖、巧克力和娃哈哈、巨能钙、果冻喜之郎等饮料中作强化剂，达到人体对钙的需求。

根据生产方法的不同，可以将碳酸钙分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙。

轻质碳酸钙（简称轻钙）的制备方法是将石灰石等原料煅烧生成石灰（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，主要用于橡胶、塑料、造纸和涂料、油墨等工业中作填充剂，并可用于牙粉、牙膏、化妆品等日用化工制品中，还可以用于有机合成、冶金、玻璃和石棉生产中。

重质碳酸钙（简称重钙）的制备方法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，它是优良的填充剂和性能改良剂，广泛用于塑料、橡胶、造纸、涂料、饲料、医药、日用化工、玻璃、陶瓷等领域。

活性碳酸钙（简称活钙）的制备方法是用表面改性剂对轻钙或重钙进行表面改性而制得，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。

应用领域

近年来，随着我国橡胶工业的快速发展，碳酸钙的用量不断提高。具体应用包括：

轮胎：轻质碳酸钙和纳米碳酸钙常部分替代低结构炭黑和白炭黑用于力车轮胎外胎胶(用量超过70 份)和内胎胶，汽车轮胎胎体帘布胶、气密层胶、内衬层胶和内胎胶中以降低生产成本。另外，纳米碳酸钙与超细活性氧化锌并用替代普通氧化锌可提高轿车轮胎胎面胶的拉伸强度、拉断伸长率、耐屈挠性能和耐疲劳性能。
胶管和胶带：轻质碳酸钙和纳米碳酸钙用于胶管和胶带，一是起白色补强填充剂的作用，二是改善胶料的分散性。碳酸钙在胶管中可用于普通胶管、彩色胶管、液压胶管及短纤维补强胶管等，在胶带中可用于输送带、传动带和同步带等。
胶鞋：碳酸钙能适应不同的色彩要求，可提高胶料的混炼和挤出性能，在胶鞋中应用十分广泛，常与炭黑、白炭黑、钛白粉和陶土等并用用于胶鞋的鞋面、鞋底和鞋跟等部。
电线电缆：碳酸钙一般与炭黑、白炭黑、陶土和滑石粉等并用作矿用电线电缆、船用电线电缆、高压电线电缆等护套及电器电线电缆胶料的补强填充剂。在含氯橡胶，如CR 、氯化聚乙烯橡胶(CM)和氯化顺丁橡胶等作主体材料的电线电缆胶料中，碳酸钙除起补强填充剂的作用外，还起降低胶料酸性和吸收胶料加工过程中产生的氯化氢，从而避免胶料出现硫化延迟和返原现象的作用，同时改善胶料的挤出性能。

毒性与使用限量

毒性：ADI不作限制性规定(FAO/WHO，2001)。GRAS(FDA，§．184．1191，§182．5191，2000)。LD506450mg/kg(大鼠，经口)。
使用限量：GB 2760—2001：轻质碳酸钙可用于需添加膨松剂的各类食品及胶姆糖胶基，按GMP。亦可用于面粉改良剂，0.03%(面粉中)；乳粉7.5～18g/kg。豆奶粉、豆粉，4～20g/kg；软饮料0.4～3.4g/kg；藕粉6～8g／k；即食早餐谷物制品，2～7g/kg
GB 14880—94(以Ca计；g/kg)：饮料，1.6～3.2；谷类及其制品，1.6～3.2；婴幼儿食品，3.0～6.0(碳酸钙含钙40%)。
FDA§184．1191(2000)：不作限制性规定，GMP。
BATF，27CFR，§240．1051(2000)：葡萄酒，13.62kg／3785L。
FAO/WHO(1984)：可可粉及含糖可可粉、可可豆粉、可可液块和可可油饼，5g/kg(以无脂可可部分为基准，按K2CO3计)；加工干酪40g/kg(以无水物计)；仅以物理方法防腐的浓缩果汁、婴儿、儿童谷物食品(按GMP)；低倍浓缩奶、甜炼乳、稀奶油(单用2g/kg，与其他稳定剂合用量3g/kg；以无水物计)；奶粉、稀奶油粉5g/kg(以无水物计)；果酱和果冻200mg/kg(以Ca计)。
亦可用于面包(0.25%)、糖食制品、婴儿食品(代乳粉等)、面条、乳制品、餐桌用食盐、鱼糕、香肠、香辛料等的钙强化剂。酿造用水的硬化剂，酒的脱酸剂，饴糖的中和剂。与食盐混用于腌菜。用于冰淇淋制造和酸法制造葡萄糖。肉糜制品使用聚磷酸盐作为品质改良剂时，最好添加钙剂以使钙、磷平衡(添加量0.5%～1.5%，以钙计)。胶姆糖的醋酸乙烯胶基中添加5%～10%。
制造葡萄酒时对酸度过高的果汁(1.5%以上)，可用碳酸钙(或碳酸钾)除去部分酸。每100L葡萄汁除去0.1%的酸，需加66g碳酸钙。可在发酵完毕后除酸。
复合膨松剂中也可添加适量碳酸钙。防止硬糖固结。促进牛奶巧克力结晶，用量2.4%。
日本最高使用量(以钙计)：一般食品l%，胶姆糖2%。
易与酸、明矾、铵盐起作用，需加注意。

生产方法

碳化法：将选过的石灰石破碎至50～150mm，无烟(白)煤的粒度为38～50mm。煤与石灰石以1：8～1：11比例放入炉内，在900～1100℃下煅烧，使石灰石在高温下分解成生石灰及二氧化碳。用3～5倍水，在90℃下经消化溶解1.5～2.0h，得石灰乳浓度为10～18°Bé，经过滤除杂进行碳化。二氧化碳经洗涤净化后送入碳化塔，浓度为30%～40%，碳化温度60～70℃，碳化压力为0.078 Mpa，碳化终点控制pH值为7。碳酸钙浆料经离心脱水(含水率32%～42%)。干燥(含水率达0.3%以下)，再经冷却、粉碎、过筛，制得轻质碳酸钙成品。
粉碎法：将白石(天然石灰石)先在颚式破碎机中粗碎，使其块度达40--60mm，再用提升机提升至雷蒙粉碎机进行粉碎。用鼓风机将已粉碎之半成品吹至旋风分级器，进行分级。粗品返回粉碎机进行再加工。合格产品经旋风分离器分离后即得产品。
氯化钙碳化法：氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙，经活性炭脱色、过滤除杂，使氯化钙在氨水存在下用二氧化碳碳化即得碳酸钙，再经结晶、分离、洗涤、脱水、烘干、筛选，制得晶体碳酸钙成品。
研磨法：湿磨钙的原料是重质碳酸钙或白度>93度、含钙量＞98%的方解石，经配料、湿磨、压滤、烧干、包装，制得超细碳酸钙。
沉淀法：石灰石经高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，将石灰加水消化得氢氧化钙，石灰乳经分级后与净化的二氧化碳反应，碳化结晶时加入结晶控制剂，以控制结晶晶型，或加入乳化剂和表面处理剂，使活性剂与刚生成的微细碳酸钙颗粒表面均匀覆盖，碳化结晶后再经离心脱水、干燥、分级、包装制得超细碳酸钙。
碳化法：石灰石在高温下煅烧之后，先用水消化，再经筛滤、碳化使生成碳酸钙，浆液放入熟浆池中，在搅拌下缓慢施胶。每吨施胶量为54 kg。胶的配制：取4.5 kg36°é雎的氢氧化钠，加入70℃水40 kg、调和配成溶液I；另取硬脂酸15 kg，加水40 kg，加热溶解，在搅拌下缓缓加入溶液I中，使生成硬脂酸钠。然后，再加6kg太古油，将溶液调至中性，再加水至总量为162kg，可供3 t成品之用。成品中含脂量达0.5%时，借自然或通风风干，使水分含量降至10%～15%，在80℃下烘干，使含水分达0.5%以下，然后过筛，制得活化碳酸钙成品。