کلسیم کربنات

کلسیم کربنات

1-مقدمه

کربنات کلسیم یک ترکیب شیمیایی پودری شکل و به رنگ سفید با فرمول CaCO3 می باشد. این ماده که یک نمک شیمایی است در سنگ ها با نام های کانی های کلسیت و آراگونیت شناختهیافت می شود (مهمترین آنها سنگ آهک است که نوعی سنگ رسوبی است که عمدتا از کلسیت تشکیل شده است) و جزء اصلی پوسته تخم مرغ ، صدف حلزون ، صدف دریایی و مروارید می باشد. کربنات کلسیم ماده ی موثری در آهک کشاورزی است و زمانی به وجود می آید که یون های کلسیم در آب سخت با یون های کربنات واکنش نشان داده و رسوب آهکی ایجاد می کنند.

 این ماده به عنوان مکمل کلسیم یا به عنوان یک آنتی اسید کاربرد پزشکی و دارویی دارد ، اما مصرف بیش از حد آن می تواند خطرناک باشد و باعث هیپرکلسمی و مشکلات گوارشی و کلیوی شود. شکل غیر رایج این ماده, کربنات کلسیم هگزاهیدرات ، CaCO3 · 6H2O نام دارد که فقط در دماهای زیر 8 درجه سانتی گراد پایدار است.

2-تاریخچه

کلسیم کربنات شاید به تنهایی و به عنوان ماده ای مستقل مدت زیادی نیست که شناخته شده است اما از سالیان دور و در زمان هخامنشیان از ویژگی های این ماده که در سنگ آهک موجود است در موارد ساخت و ساز استفاده می کرده اند.

3-کاربردها

1-3-ساخت و ساز

بیشترین کاربرد و اصلی ترین کابربرد کربنات کلسیم در صنعت ساختمان سازی می باشد ،از این ماده یا به عنوان مصالح ساختمانی ، یا سنگ آهک برای راه سازی و به عنوان عنصر سیمانی و چسباننده استفاده می شود. با این حال ، به دلیل خوردگی در برابر هوا و باران که عمدتا ناشی از باران اسیدی است ،  کربنات کلسیم (به شکل سنگ آهک) دیگر به تنهایی برای مصارف ساختمانی استفاده نمی شود ، بلکه تنها به عنوان یک ماده اولیه برای مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد.

2-3-تصفیه آهن

کربنات کلسیم در تصفیه آهن از سنگ آهن در کوره استفاده می شود. کربنات در دمای بالا کلسینه می شود تا اکسید کلسیم (همراه با ناخالصی های مختلف) را ایجاد کند و از آهن تصفیه شده جدا می شود. 

3-3-صنعت نفت

در صنعت نفت ، کربنات کلسیم به عنوان یک عامل آب بندی به سیال حفاری اضافه می شود. همچنین این ترکیب یک ماده چگال است که چگالی سیالات حفاری را برای کنترل فشار چاه افزایش می دهد. 

4-3-تنظیم pH

کربنات کلسیم به عنوان یک اصلاح کننده pH برای حفظ میزان اسیدیته ی یک محلول و جبران خواص اسیدی و رساندن به pH خنثی به محلول ها اضافه می شود. 

5-3-تصفیه قند

از این ماده به عنوان ماده اولیه در تصفیه قند چغندر قند استفاده می شود. 

6-3-رنگ ها

کربنات کلسیم به طور وسیعی به عنوان ماده افزودنی در رنگ ها مورد استفاده قرار می گیرد ، به ویژه در رنگ امولسیون مات که معمولاً 30 درصد وزنی رنگ آن گچ است. 

7-3-موارد تزئینی

کربنات کلسیم می تواند به انواع چسب ها اضافه شود و سیلانت و موارد تزئینی متعددی با آن انجام داد. چسب کاشی و سرامیک معمولاً 70 تا 80 درصد سنگ آهک دارد. تزئینات پرکننده ترک حاوی سطوح مشابهی از سنگ مرمر یا دولومیت است. 

8-3-لعاب کاری

در لعاب سرامیکی ، کربنات کلسیم با نام سفید کاری شناخته می شود و یک ماده رایج برای بسیاری از لعاب ها به شکل پودر سفید است. هنگامی که لعاب حاوی این مواد در کوره پخته می شود ، سفیده به عنوان یک ماده لعاب عمل می کند. 

9-3-تمیزکاری سطح

کربنات کلسیم ساینده (هم به عنوان پودر شستشو و هم به عنوان عنصر شستشو دهنده های خانگی) ، به ویژه در فرم کلسیت آن ، که دارای درجه سختی نسبتاً پایینی است,تاثیر مثبتی بر مینا ، برنز ، آهن و فولاد ، و تأثیر متوسطی بر فلزات نرم تری مانند آلومینیوم و مس دارد. برای تمیز کردن نقره از خمیر ساخته شده از کربنات کلسیم و آب دیونیزه می توان استفاده کرد.

4-واکنش ها

1-4-واکنش با اسید

کربنات کلسیم دارای ویژگی های رایج سایر کربنات ها است, برای مثال با اسیدها واکنش می دهد و دی اکسید کربن آزاد می کند (از نظر تئوری بهتر است گفته شود که اسید کربنیک تولید می شود, اما این اسید به سرعت به CO2 و H2O تجزیه می شود)

CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l)

2-4-کلسینه شدن

با گرم کردن این ماده، دی اکسید کربن را آزاد می شود و کلسیم اکسید باقی می ماند که واکنش تجزیه حرارتی یا کلسیناسیون نامیده می شود (در مورد CaCO3 در دمای بالاتر از 840 درجه سانتیگراد رخ می دهد) 

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

3-4-تولید بی کربنات

کربنات کلسیم را با آب اشباع شده کرده و با دی اکسید کربن واکنش می دهند و بی کربنات کلسیم محلول را تشکیل می دهند.

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → Ca(HCO3)2(aq)

این واکنش در فرسایش سنگ و تشکیل غارها مهم است و همچنین منجر به آب سخت در بسیاری از مناطق می شود.

5-روش تولید

1-5-استخراج

اکثر کربنات کلسیم مورد استفاده در صنعت از طریق معدن استخراج می شود. کربنات کلسیم خالص (مانند غذا یا مصارف دارویی) را می توان از منبع معدنی خالص (معمولاً سنگ مرمر) به دست آورد.

2-5-سنتز

روش دیگر تهیه ی این ماده تولید آن از اکسید کلسیم می باشد. آب به هیدروکسید کلسیم اضافه می شود و سپس دی اکسید کربن در آن دمیده می شود تا کربنات کلسیم مورد نظر رسوب کند ، که در صنعت به عنوان کربنات کلسیم رسوبی PCC) ) نامیده می شود:

CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

6-تحقیقات جدید

یکی از کاربردهای آهک, به دست آوردن ماده ی شیمایی کلسیم هیپوکلریت از آن است که میزان راندمان این واکنش به میزان کلسیم کربنات موجود در آن بستگی دارد. در هیمن زمینه مقاله ای تحت عنوان  "بررسي اثرهاي كلسيم كربنات موجود در آهك بر خلوص و ميزان توليد فراورده كلسيم هيپوكلريت" در نشریه ی شيمي و مهندسي شيمي ايران (فارسي) به چاپ رسیده است.

7-روش نگهداری

با توجه به ایمن بودن و کم خطر بودن این ماده, نکهداری آن نسبتا آسان می باشد. اما با توجه به واکنش های آن که در قسمت 4 به آن اشاره شد, نگهداری این ماده در کنار اسید و یا در جایی که بخارات اسیدی قرار دارد می تواند سبب واکنش و از بین رفتن ماده شود.

8-ایمنی

این ماده بسیار ایمن است و خطر خاصی برای سلامتی ایجاد نمی کند و اشتعال پذیر و منفجر شئنده نمی باشد, اما مانند تمامی مواد شیمایی, استنشاق و بلع زیاد آن می تواند به دستگاه تنفسی و دستگاه گوارش آسیب برساند.