Получите всеми известными способами кальция карбонат

Карбонат кальция: способы получения и химические свойства

Карбонат кальция CaCO₃ — соль кальция и угольной кислоты. Белый, при прокаливании разлагается, плавится без разложения под избыточным давлением CO₂. Практически не растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса M_r = 100,09; относительная плотность для тв. и ж. состояния d= 2,93; t_пл = 1242º C при избыточном давлении.

Способ получения

1. Карбонат кальция можно получить путем взаимодействия хлорида кальция и карбоната кальция , образуется карбонат кальция и хлорид натрия:

2. В результате взаимодействия при комнатной температуре оксида кальция и углекислого газа происходит образование карбоната кальция:

3. Гидроксид кальция вступает в взаимодействие с углекислым газом и образует карбонат кальция и воду:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат кальция — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

Химические свойства

1. Карбонат кальция разлагается при температуре выше 900 — 1200º С, с образованием оксида кальция и углекислого газа:

2. Карбонат кальция вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Карбонат кальция реагирует с оксидами :

2.1.1. Карбонат лития вступает в взаимодействие с оксидом кремния при 800º С и образует на выходе силикат кальция и углекислый газ:

2.2. Карбонат кальция реагирует с кислотами :

2.2.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

2.2.2. Карбонат кальция реагирует с разбавленной плавиковой кислотой . Взаимодействие карбоната кальция с плавиковой кислотой приводит к образованию фторида кальция, воды и углекислого газа:

2.2.3. Карбонат кальция взаимодействует с сероводородной кислотой при 900º С и образует сульфид кальция, воду и углекислый газ:

3. Карбонат кальция реагирует с простыми веществами:

3.1. Карбонат кальция при 800 — 850º С вступает в реакцию с углеродом (коксом) образуя оксид кальция и угарный газ:

CaCO₃ + C = CaO + 2CO

Источник

Карбонат кальция

Карбонат кальция
Систематическое наименование	карбонат кальция
Традиционные названия	углекислый кальций
Хим. формула	CaCO3
Состояние	твёрдые белые кристаллы
Молярная масса	100.0869 г/моль
Плотность	(кальцит) 2.74 г/см³ (арагонит) 2.83 г/см³
Температура
• плавления	(кальцит) 825 °C, (арагонит) 1339 °C
• разложения	900−1000 °C
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Константа диссоциации кислоты pKa	9.0
Растворимость
• в воде	(25 °C) 0,0014 г
Показатель преломления	1,60
Кристаллическая структура	тригональная, пространств. гр. 2/m
ГОСТ	ГОСТ 4530-76
Рег. номер CAS	471-34-1
PubChem	10112
Рег. номер EINECS	207-439-9
SMILES
Кодекс Алиментариус	E170
RTECS	FF9335000
ChEBI	3311
ChemSpider	9708
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Карбонат кальция (углекислый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула CaCO₃ .

В природе встречается в виде многочисленных минералов, например, кальцита, арагонита и ватерита, является главной составной частью известняка, мрамора, мела, входит в состав скорлупы яиц птиц.

Нерастворим в воде и этаноле.

Зарегистрирован как белый пищевой краситель (E170).

Содержание

Применение

Используется как белый пищевой краситель E170. Являясь основой мела, используется для письма на досках. Используется в быту для побелки потолков, покраски стволов деревьев, для подщелачивания почвы в садоводстве.

Массовое производство/использование

Очищенный от примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, в качестве наполнителя при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве.

При производстве бумаги карбонат кальция применяют одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя, а также раскислителя.

Используется при производстве силикатного стекла, — материала для производства оконного стекла, стеклянных бутылок, стекловолокна.

Применяется при производстве предметов гигиены (например, зубной пасты), в медицине.

В пищевой промышленности часто используется в качестве препарата препятствующего слеживанию и для препятствования слипания в комки сухих молочных продуктах.

При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей.

Производители пластмассы — одни из основных потребителей чистого карбоната кальция (более 50% всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и красителя, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полиолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т.п. Карбонат кальция составляет порядка 20% красящего пигмента, используемого при производстве красок.

В строительстве

Строительство — ещё один из основных потребителей карбоната кальция. Например, в качестве наполнителя шпаклёвок и герметиков.

Также карбонат кальция является важным составным элементом при производстве продукции бытовой химии — средств для чистки сантехники, кремов для обуви.

Карбонат кальция широко применяется для раскисления кислых почв.

Нахождение в природе

Карбонат кальция находится в минералах в виде полиморфов:

Тригональная кристаллическая структура кальцита является наиболее распространенной.

Минералы карбоната кальция находятся в следующих горных породах:

Геология

Залежи карбоната кальция в виде меловых пластов — отложений известковых раковин моллюсков, в основном, мелового периода является распространенным минералом на всех континентах.

В природе встречаются три кристаллические модификации (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит).

Некоторые горные породы (известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы) практически полностью состоят из карбоната кальция с различными примесями.

Кальцит является устойчивой кристаллической модификацией карбоната кальция и встречается в самых разнообразных геологических условиях: в осадочных, метаморфических и магматических горных породах.

Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные преимущественно кальцитовыми остатками раковин морских организмов. Арагонит является второй по распространённости кристаллической модификацией CaCO₃ и в основном формируется в раковинах моллюсков и скелетах некоторых других организмов.

Также арагонит может образовываться и в неорганических процессах, например в карстовых пещерах или гидротермальных источниках.

Фатерит является наименее стабильной разновидностью этого карбоната, и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями.

Получение

Подавляющее количество карбоната кальция, добывающееся из полезных ископаемых, используется в промышленности. Чистый карбонат кальция (например, для производства продуктов питания или использования в фармацевтических целях), может быть изготовлен из природного минерала с малым количеством вредных примесей, например, из мрамора.

В лаборатории карбонат кальция может быть приготовлен предварительным гашением оксида кальция — негашеной извести. При этом образуется гидроксид кальция, и затем в суспензию продувается углекислый газ для получения карбоната кальция:

Химические свойства

При нагревании до 900—1000 °C разлагается на кислотный оксид — углекислый газ CO₂ и основный оксид — негашёную известь CaO:

Растворяется в воде при избытке углекислого газа образуя кислую соль — гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂:

Из-за этой реакции образуются сталактиты, сталагмиты. Природные подземные воды, обильные углекислом газом, растворяют плохо растворимый карбонат кальция с образованием много лучше растворимого в воде гидрокарбоната кальция, при выделении подземной воды в виде капель с потолков пещер при попадании в воздух с низкой концентрацией углекислого газа происходит обратная реакция превращения гидрокарбоната кальция в плохо растворимый осадок карбоната кальция, образующего красивые природные формы в пещерах, и из-за этого же механизма образуются карстовые пещеры.

При обжиге с температурой свыше 1500 °C с углеродом, например, в форме кокса, образует карбид кальция и угарный газ:

Источник

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ Российский патент 2004 года по МПК C01F11/18

Описание патента на изобретение RU2226176C2

Изобретение относится к способу получения осажденного карбоната кальция, который может служить в качестве функционального наполнителя и отличается определенными свойствами. Типичной областью применения является его использование в качестве наполнителя в пластизолях, как, например, в массах для защиты днища автомобилей.

Осажденный карбонат кальция может в этом случае регулировать свойства текучести пластизолей. Так, например, с помощью применения соответствующих для того или иного случая карбонатов кальция можно изготовить пластизоли с очень разными свойствами текучести. В зависимости от целей применения могут быть желательными высокие, средние или низкие пределы текучести. В качестве типичной характеристики потребительской пригодности карбонатов кальция в качестве наполнителя обычно дается предел текучести по Бингаму в смеси пластификаторов. Способность осажденного карбоната кальция регулировать пределы текучести между прочим зависит от свойств используемой для получения известкового молока негашеной извести и процесса гашения.

Тонкодисперсный карбонат кальция получают либо из сырья натурального происхождения путем механической переработки, либо химическим путем, например путем осаждения.

Обычно осажденный карбонат кальция получают путем добавки СО в известковое молоко

Свойства осажденного карбоната кальция зависят, например, от химического состава используемого известняка или условий обжига.

Для получения осажденного карбоната кальция используют предпочтительно так называемый мягкий обжиг, для этого известняк подвергают обжигу при температуре 1000-1250°С.

Для характеристики негашеной извести среди других используют ее способность реагировать с водой. Измеряют так называемое значение VEC (скорость гашения извести). При этом замеряют скорость нагревания определенной смеси негашеной извести с водой. Типичные значения VEC для негашеной извести, которая пригодна для получения осажденного карбоната кальция, лежат выше 3°С/мин.

Для получения известкового молока негашеную известь вводят в реакцию с водой, например, в аппарате для гашения извести, при этом образуется суспензия Са(ОН)₂, так называемое известковое молоко. Известковое молоко обычно имеет содержание твердого вещества 70-220 г/л Ca(OH)₂, вязкость 30-1500 МПа и средний диаметр частиц меньше 50 мкм.

Известковое молоко используют, например, для нейтрализации сточных вод, для получения соды или осажденного карбоната кальция.

Недостатком известных доныне способов получения карбоната кальция является то, что его потребительские свойства, в частности, как реологического аддитива, до настоящего времени могли регулироваться лишь в недостаточной степени из-за его средней величины зерен, распределения зерен по величине и форме частиц.

Патент США US-PS 3920800 описывает способ получения осажденного карбоната кальция высокой чистоты. Согласно описанному способу, суспензию гидроокиси кальция (известковое молоко) перемалывают в присутствии СО₂ при температуре максимум 100°С. Образующийся путем реакции гидроокиси кальция с СO₂ карбонат кальция не содержит гидроокиси кальция. Величина частиц карбоната кальция регулируется с помощью температуры во время процесса перемалывания. При температуре примерно 30°С получаются очень мелкие частицы, при температуре 80°С получаются более крупные частицы карбоната кальция.

Задачей изобретения является получение осажденного карбоната кальция (ССР) с определенными и воспроизводимыми свойствами.

Согласно изобретению, эта задача решается благодаря тому, что известковое молоко размалывают, прежде чем ввести СO₂ для осаждения карбоната кальция.

Для перемалывания известкового молока можно использовать известные мельницы. Предпочтительно используют шаровые мельницы.

В качестве размалывающих шариков применяют, в частности, размалывающие шарики из окиси циркония диаметром 0,4-2 мм.

На результаты размалывания оказывает влияние тонкость шариков.

Эффективность перемалывания регулируется числом оборотов мельницы, временем пребывания известкового молока в мельнице и следующим из этого удельным расходом энергии.

В качестве величины измерения для успешного размола можно замерять также величину частиц Са(ОН)₂ в известковом молоке или вязкость известкового молока.

Ход мокрого перемалывания можно также сопровождать измерением распределения зерен гидроокиси кальция или измерением вязкости известкового молока при определенной концентрации и температуре.

Согласно изобретению, измеряют вязкость известкового молока и используют для управления мельницей. Вязкость можно без проблем замерять, например, непрерывно и с помощью соответствующего контура регулирования можно автоматически регулировать пропускное количество (продукта) мельницы или число оборотов мельницы и тем самым получающееся качество известкового молока.

В одном варианте выполнения изобретения известковое молоко перемалывают до вязкости макс. 2500 мПа. Более высокой вязкости следует избегать, так как иначе невозможно оптимальное введение осаждающего газа.

Таким образом, согласно изобретению вязкость размолотого известкового молока следует отрегулировать так, чтобы известковое молоко обладало хорошими свойствами текучести, чтобы осаждающий газ мог гомогенно диспергироваться. С помощью перемалывания, кроме того, становится возможным установить вязкость известкового молока такой, чтобы можно было получить карбонат кальция с желательными для данного случая свойствами, в частности в качестве реологического аддитива. В зависимости от целей применения, можно, таким образом, СаСO₂, который пригоден в качестве составляющей части смеси с высокой функциональностью для, например, полимеров, полимерных составов, пластмасс, масс для покрытий, уплотнительных масс, бумаги или красок, в частности, печатных красок, изготовить с остающимся постоянным качеством.

Известковое молоко после перемалывания направляется в резервуар, в который вводят СO₂ для осаждения карбоната кальция, и гомогенно диспергируется в известковом молоке.

Неожиданно было найдено, что свойства осажденного карбоната кальция воспроизводимы, если известковое молоко вначале перемолоть, а затем ввести СO₂ для осаждения карбоната кальция.

Если сравнить осажденный карбонат кальция из немолотого известкового молока с карбонатом кальция из молотого известкового молока, то получается, что перемалывание имеет влияние на скорость реакции, на средний диаметр частиц ССР и на потребительские свойства ССР.

Было найдено, что уменьшающаяся величина частиц в известковом молоке также влечет за собой снижение среднего диаметра частиц ССР.

Далее было найдено, что благодаря применению размолотого согласно изобретению известкового молока продолжительность осаждения снижается примерно на 20%.

С помощью регулируемого вязкостью согласно изобретению мокрому перемалыванию известкового молока можно заметно воздействовать на предел текучести пластизоля, т.е. целенаправленно настроить. Была найдено, что предел текучести является функцией введенной при перемалывании удельной энергии, или вязкости известкового молока после перемалывания. Таким образом, было найдено, что на свойства ССР можно воспроизводимо воздействовать с помощью целенаправленно установленной вязкости известкового молока.

Нежелательное влияние на свойства ССР неопределенных колебаний свойств негашеной извести и процесса гашения устраняется благодаря перемалыванию согласно изобретению.

Следующие далее примеры должны пояснить изобретение, но не ограничить его.

Негашеную известь погасили в аппарате для гашения извести:

Получающееся известковое молоко было перемолото и охарактеризовано:

Содержание твердого вещества 150 г/л

Средний диаметр частиц 4,4 мкм

Горизонтальная шаровая мельница с опрокидыванием

Объем камеры для перемалывания 5 л

Мощность двигателя 22 кВт

Шарики из силиката циркония

Диаметр 1,0-1,6 мм

Заполняемый объем 4,8 л

Эксперименты проводили при постоянном числе оборотов 1990 об/мин. Время пребывания известкового молока в мельнице изменялось. Отсюда получились различные удельные затраты энергии.

Из размолотого таким образом известкового молока получили карбонат кальция с помощью введения газа, содержащего СO₂.

Температура осаждения 18°С

Концентрация СO₂ в осаждающем газе 30 об.%

Поток газа: 1 м 3 /ч на 10 л известкового молока

Продолжительность осаждения см. Таблицу 1.

Дополнительная обработка: 2% жирная кислота

Становится ясным, что с помощью мокрого перемалывания можно целенаправленно регулировать вязкость известкового молока и средний диаметр частиц известкового молока. Благодаря этому, можно снизить время осаждения ССР до 20%. Диаметр частиц ССР устанавливается с возможностью воспроизведения.

Изготовление массы для защиты днища (автомобилей)

Пластификатор, диоктилфталат 55 г

Пластификатор, диизононилфталат 60 г

ПВХ Solvic 374 MIB, пастообразующий 70 г

ПВХ Solvic 266 SF, пастообразующий 30 г

СаСО₃, согласно примерам 1-6,

покрытый жирной кислотой 70,0 г

УФ-стабилизатор, IRGASTAB 17 МОК 2,0 г

Средство для сцепления, Euretek 505 4,0 г

Осушитель, окись кальция 5 г

Предел текучести по примерам 7-12 показан в табл.2.

ССР из примеров 1-6 используют соответственно для изготовления масс для защиты днища (автомобилей) в соответствии с описанной формулировкой. Становится ясным, что с помощью мокрого перемалывания известкового молока можно целенаправленно регулировать также предел текучести пластизоля, наполненного ССР.

Изготовление офсетной краски

Пигмент, geflusht, Eurolith blue 25,0 мас.%

СаСО₃ согласно примеру 4,

покрытый жирной кислотой 15,0 мас.%

Масло для гидравлики,

Haltermann, PKWF 4/7 12,0 мас.%

Связующее, Uroset 48,0 мас.%

Предел текучести 31 Па

Вязкость при скорости среза 3/с 9,4 П

Глубина окрашивания С 53

Изготовление полиуретановых масс, 2-компонентная система

Полиол, Desmophen 1150 150 г

СаСО₃ по примеру 6, покрытый жирной

Пигмент из двуокиси титана(Рутил),

Tiona Rcl-535 3 г

Сухая паста, Baylith L-паста 15 г

Средство для сцепления/ Acronal 700L 1 г

Пластификатор Mesamoll II 35 г

Активатор полиуретана 1 г

Предел текучести по Бингаму 220 Па

Вязкость при скорости среза (100/с) 6,1 П

Pot life time 26 мин

Качество диспергирования/гриндометр RU2226176C2

название	год	авторы	номер документа
КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ, ПОКРЫТЫЙ БИМОЛЕКУЛЯРНЫМ СЛОЕМ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ	1998	Нофер Кристоф Дилленбург Хельмут	RU2200709C2
УЛЬТРАТОНКОДИСПЕРСНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА	2013	Гартнер Роберт Себастиан Диас Чавес Луис Альфредо	RU2653152C2
Производство осажденного карбоната кальция	2015	Море Марк Жакеме Кристиан Скшипчак Матье	RU2660880C2
ОСАЖДЕННЫЙ КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ ИЗ ОТХОДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ЗАВОДА, ИМЕЮЩИЙ ПОВЫШЕННУЮ СТЕПЕНЬ БЕЛИЗНЫ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ	2012	Поль Михаэль Шмельцер Томас	RU2596827C2
ОСАЖДЕННЫЙ КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ	2004	Сунг-Цуэн Лиу Мартин Майкл Дж. Фультц Уильям С. Макджилл Патрик Д.	RU2336919C2
ОСАЖДЕННЫЙ КАЛЬЦИЕВО-КАРБОНАТНЫЙ ПИГМЕНТ, ОСОБЕННО ПРИМЕНИМЫЙ В КАЧЕСТВЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ БУМАГИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ КРАСКОСТРУЙНОГО ПЕЧАТАНИЯ	2006	Кессбергер Михель Поль Михель	RU2432374C2
ОСАЖДЕННЫЙ КАЛЬЦИЕВО-КАРБОНАТНЫЙ ПИГМЕНТ, ОСОБЕННО ПРИМЕНИМЫЙ В КАЧЕСТВЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ БУМАГИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ КРАСКОСТРУЙНОГО ПЕЧАТАНИЯ	2006	Кессбергер Михель Поль Михель	RU2432375C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО МЕЛА	1992	Тер-Аракелян К.А. Татевосян А.В. Финкельштейн Б.И. Оганян Р.С.	RU2051101C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ	2011	Поль Михаэль Райнер Кристиан Примош Гернот	RU2520437C1
ОСАЖДЕННЫЙ КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ, ИМЕЮЩИЙ ВЫСОКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА, С ДЕПОЛИМЕРИЗОВАННОЙ КАРБОКСИЛИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗОЙ	2016	Море, Марк Шлоттербах, Томас Жакеме, Кристиан	RU2680067C1

Реферат патента 2004 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ

Изобретение предназначено для химической и автомобильной промышленности и может быть использовано при получении наполнителей в пластизолях. Суспензию известкового молока перемалывают до вязкости не более 2500 мП. В процессе перемалывания непрерывно замеряют вязкость, величину которой используют для управления процессом перемалывания. Вводят СО₂ для осаждения карбоната кальция при 18°С. Концентрация СО₂ в осаждающем газе составляет 30 об.%, время осаждения 77-94 мин. Средний диаметр частиц осажденного карбоната кальция 70 нм или менее. Изобретение позволяет снизить время осаждения на 20% и получить осажденный карбонат кальция с воспроизводимыми потребительскими свойствами, в частности, реологическими. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 226 176 C2

1. Способ получения осажденного карбоната кальция с воспроизводимыми потребительским свойствами, в частности, реологическими свойствами, путем введения CO₂ в известковое молоко, отличающийся тем, что известковое молоко подвергают целевой обработке с помощью перемалывания, причем в процессе перемалывания непрерывно замеряют вязкость известкового молока, и замеренную величину используют для управления процессом перемалывания, после чего вводят СО₂ для осаждения карбоната кальция, и средний диаметр частиц осажденного карбоната кальция составляет около 70 нм или менее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что путем целевого перемалывания получают известковое молоко с вязкостью не более 2500 мП. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время осаждения может быть снижено на 20%. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что осаждение проводят при 18°С, концентрация СО₂ в осаждающем газе составляет 30 об.% и время осаждения составляет от 77 до 94 мин.

Источник