کربنات کلسیم چیست Calcium Carbonate

کربنات کلسیم ماده ای است که 4% از پوسته سطح زمین را به خود اختصاص داده است. رایج ترین شکل های طبیعی این ماده گچ، سنگ آهک و مرمر است. بسیاری از ما برای اولین بار کربنات کلسیم را با لمس گچ در مدرسه شناختیم. گچ کریستال های ریز کربنات کلسیم است و بیش از 10000 سال است که به عنوان ابزار نوشتن استفاده می شود. مرمر سنگی از کربنات کلسیم و در گروه سنگ های دگرگونی است که نتیجه تحت فشار و حرارت قرار گرفتن سنگ آهک برای هزاران سال پدید آمده است. تاثیر و ارزش کربنات کلسیم در زندگی امروزی ما خارق العاده است. این مبحث ویژگی های فیزیکی و شیمیایی کربنات کلسیم را بررسی و به زمینه های کاربرد آن اشاره می کند.

ساختار شیمیایی و ویژگی های کربنات کلسیم

کربنات کلسیم پودر سفید و بی بو یا کریستال هایی بدون رنگ است. در آب و الکل اصلاً حل نمی شود و با اسیدها هر چند ضعیف، واکنش می دهد و دی اکسید کربن آزاد می کند. این ماده از صخره های طبیعی و به شکل طبیعی سنگ آهک استخراج می شود. شکل های کریستالی طبیعی آن با نام های کلسیت (هگزاگونال یا شش وجهی)، آراگونیت (قائم الزاویه یا آرتروهوبیک) و واتریت (چند شکلی یا پلی مورف) شناخته می شوند.
فرایند استخراج کربنات کلسیم از طبیعت به دو شکل خشک یا دوغاب انجام می شود که خلوص اولیه کربنات کلسیم را حفظ می کند. به این نوع کربنات کلسیم زمینی یا GCC (Ground Calcium Carbonate) می گویند. کربنات کلسیم رسوبی به صورت صنعتی و با تجزیه سنگ آهک به اکسید کلسیم و پس از آن کربُنیزه کردن اکسید کلسیم یا با انتقال دی اکسید کربن به محلول هیدروکسید کلسیم به دست می آید یا محصول جانبی فرایند سولوی (Solvay) است. از فرایند سولوی برای تولید کربنات سدیم استفاده می کنند. کلسیم کربنات رسوب شده را PCC (Precipitated Calcium Carbonate) می نامند. هر دوی این ترکیبات از نظر اندازه ذرات و ویژگی هایی که به محصولات منتقل می سازند با یکدیگر تفاوت دارند. از آنجا که منشا کربنات کلسیم طبیعی معدن است لذا دارای ناخالصی هایی است که در نوع رسوبی آن این ناخالصی ها حذف شده اند. به علاوه کربنات کلسیمی که از معادن به دست می آید می تواند به شکل کریستالی یا بی شکل یا مخلوطی از هر دو باشد و اندازه کریستال های آن یکنواخت نیست در حالی که کربنات کلسیم رسوبی سفید تر و اندازه ذرات آن کوچک تر، یکنواخت و کنترل شده است. کربنات کلسیم رسوبی از نوع زمینی آن گرانتر است.

کاربردهای کربنات کلسیم
کربنات کلسیم رسوبی ذراتی بسیار ریز و کنترل شده به قطر 32 میکرون دارد که به ویژه در تولید کاغذ استفاده می شود. کربنات کلسیم زمینی از خرد کردن و فراوری سنگ آهک و به شکل پودری به دست می آید که به دلیل اندازه و دیگر ویژگی ها برای کاربردهای مختلف صنعتی و دارویی به مصرف می رسد.

کاغذ، پلاستیک و پلیمر، رنگ ها و پوشش ها: کربنات کلسیم کاربردی ترین ماده معدنی در تولید کاغذ، پلاستیک، رنگ ها و پوشش های صنعتی است و به دلیل سفید بودن به عنوان یک پیگمنت برای تولید تولید رنگ استفاده می شود. به علاوه در فرمولاسیون رنگ نقش پیگمنت توسعه دهنده را نیز بازی می کند و می توان آن را به مقدار 30% وزنی در رنگ ها استفاده کرد. پیگمنت های توسعه دهنده خواص رنگ ها را بهبود می بخشند و باعث بهبود پراکندگی دیگر پیگمنت ها و جلای رنگ ها و کاهش هزینه های رنگ می شوند. این ماده در صنعت کاغذ به دلیل درخشندگی و ویژگی های انتشار نوری ارزش زیادی دارد و به عنوان یک پر کننده ارزان قیمت، صاف و روشن کننده برای تولید کاغذهای مات روشن استفاده می شود. کربنات کلسیم همچنین این ماده به عنوان پر کننده در چسب ها و درزگیرها به کار می رود.
استفاده از کربنات کلسیم در پلیمرها و پلاستیک ها باعث کاهش هزینه های تولید و قیمت آنها می شود و خواص آنها را بهبود می بخشد. برای مثال کربنات کلسیم مهم ترین ماده پر کننده پلی وینیل کلراید (PVC) است که پراکندگی، فرایند (ویژگی های مکانیکی) و مقاومت آن در برابر رطوبت را بهبود می دهد و خواص الکتریکی بهتری به آن می بخشد. کربنات کلسیم در پلی پروپیلن (PP) و دیگر پلیمرها خواص فیزیکی آنها را اصلاح می کند، هزینه های تولید و استحکام کششی آنها را کاهش و ضربه پذیری آنها را افزایش می دهد. همچنین کربنات کلسیم در صنایع مرکب، چرم مصنوعی، لاستیک، روغن و گاز، لعاب سازی، کاشی و سرامیک استفاده می شود.

محصولات غذایی و سلامتی شخصی: کربنات کلسیم به صورت گسترده به عنوان آنتی اسید، مکمل کلسیم، پیوند دهنده فسفات یا ماده اصلی قرص های دارویی (برای مثال داروهای ضد اسهال و ضد اسید معده) مصرف می شود. همچنین در بسیاری از قفسه های فروشگاهی محصولات حاوی این ماده مانند بیکینگ پودر، خمیر دندان، مخلوط های دسر خشک، خمیر و نوشیدنی به چشم می خورد. کربنات کلسیم در آهک کشاورزی اضافه می شود و برای خوراک دام استفاده می شود. همچنین آن را برای تصفیه آب و فاضلاب به کار می برند و از این راه به حفظ محیط زیست کمک می کند.

ساخت و ساز و مصالح ساختمانی: کربنات کلسیم برای صنعت ساخت و ساز به صورت مواد ساخت و ساز (برای مثال مرمر) و به صورت گچ و ترکیب با سیمان به کار می رود. این ماده در ساخت ملات مورد استفاده برای اتصال آجرها، بلوک های بتونی، سنگ ها، ایزوگام و ترکیبات لاستیکی و کاشی نقش دارد. نتیجه تجزیه این ماده دی اکسید کربن و آهک است به همین دلیل ماده مهمی در تولید فولاد، شیشه و کاغذ است و به خاطر خاصیت ضد اسیدی اش در محیط های اسیدی برای خنثی کردن اسیدها در خاک و آب مورد استفاده قرار می گیرد.

امروزه نانو ذرات کربنات کلسیم به دلیل داشتن ویژگی های مفیدی چون تخلخل زیاد، نسبت زیاد سطح به حجم، غیر سمی بودن و سازگاری با محیط زیست و مایعات بدن کاربردهای صنعتی خود را پیدا کرده اند.

روند مصرف کربنات کلسیم در بازارهای جهان و به ویژه در صنعت پلاستیک در حال گسترش است. این امر به دلیل افزایش تقاضا برای تولید پلی پروپیلن های مورد مصرف در خودرو سازی و توانایی کربنات کلسیم در تقویت پلاستیک و کمک به بهبود اتلاف گرمای آن است. پیش بینی می شود چنین روندی در صنایع دیگر مانند چرم، کاغذ، درزگیر، چسب، رنگ و پوشش نیز روندی صعودی داشته باشد.