1 什么是碳酸鈣
碳酸鈣在自然界中隨處可見
如以上所列鐘乳石、石灰石、大理石、漢白玉、冰洲石、珍珠、貝殼、蛋殼等的主要成分都是碳酸鈣。
碳酸鈣是一種化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的微堿性物質(zhì)。在石灰?guī)r里面，含有二氧化碳的水，滲入石灰?guī)r隙縫中，會溶解其中的碳酸鈣。因此形成了鐘乳石。
碳酸鈣遇酸會分解，因此碳酸鈣粉體在運(yùn)輸中應(yīng)該要防止雨淋、受潮，不得與酸混運(yùn)；貯存于干燥、陰涼通風(fēng)的倉庫內(nèi)。
2 碳酸鈣的分類
按制備方法不同可分為重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣。
碳化法制得的碳酸鈣稱為輕質(zhì)碳酸鈣(簡稱輕鈣，LCC)或沉淀碳酸鈣(簡稱PCC)。
輕鈣的粉體特點(diǎn)是：
(1) 粒度小，一般平均粒徑在數(shù)微米以下；
(2) 粒度分布窄，可視為單分散粉體；
(3) 粒子晶型多樣化，應(yīng)用于不同行業(yè)需要不同的晶型。
普通輕鈣粒徑為1～10 μm，比表面積為5 m2/g左右，一般認(rèn)為只有填充功能；微細(xì)碳酸鈣的粒徑為0.1～1μm，比表面積為10～20 m2/g左右，具有半補(bǔ)強(qiáng)效能；超細(xì)活性碳酸鈣粒徑為0.01～0.1μm，比表面積為20～80 m2/g左右，具有較高的補(bǔ)強(qiáng)效能。
天然礦物直接經(jīng)由機(jī)械粉碎（研磨法）所得產(chǎn)品，因其比重大于輕鈣，故名重質(zhì)碳酸鈣(簡稱重鈣，GCC )。
重鈣的粉體特點(diǎn)是：
(1)粒子形狀不規(guī)則；
(2)粒度分布比較寬，是多分散體；
(3)粒度比輕鈣要粗，同樣是超細(xì)鈣，超細(xì)重鈣的粒度比超細(xì)輕鈣的粒度級別要相差一級，即超細(xì)重鈣的粒度只相當(dāng)于微細(xì)輕鈣的粒度。此外，重鈣還具有價格低廉、容易制取、工廠投資僅為輕鈣的1/4～1/3等特點(diǎn)。
活性鈣、膠質(zhì)碳酸鈣有什么不同？
活性鈣：又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣、膠質(zhì)碳酸鈣。用碳酸鈣的親水性和疏水性來判斷是否活化。
活性碳酸鈣的特點(diǎn)：粒徑小、吸油值低、分散性好、能補(bǔ)強(qiáng)等。
3 什么是納米碳酸鈣
國內(nèi)碳酸鈣行業(yè)是以平均粒徑為基礎(chǔ)把輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品劃分為以下五個粒度等級：
微粒碳酸鈣，粒徑 > 5000 nm;
微粉碳酸鈣，粒徑范圍為1000～5000 nm;
微細(xì)碳酸鈣，粒徑范圍為100～1000 nm；
超細(xì)碳酸鈣，粒徑范圍為20～100 nm；
超微細(xì)碳酸鈣，粒徑 < 20 nm。
超細(xì)碳酸鈣和超微細(xì)碳酸鈣(合稱納米碳酸鈣)的粒徑在1～100 nm范圍內(nèi)。
納米碳酸鈣(又稱超細(xì)碳酸鈣)粉體的特點(diǎn)是：
(1) 粒子細(xì)：平均粒徑為10～100 nm；
(2) 比表面積大：比普通輕質(zhì)碳酸鈣大近8倍；
(3) 表面經(jīng)過活化處理，活化率較高，具有不同的功能和用途；
(4) 白度較高，適宜作淺色制品，pH值呈弱堿性；
(5) 晶型多樣化，應(yīng)用于不同行業(yè)需要不同的晶型。
由于納米碳酸鈣的晶型可控、半補(bǔ)強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)作用等優(yōu)異的納米材料的特性，是目前重鈣不具備的，因此，盡管其價格遠(yuǎn)高于重鈣，生產(chǎn)技術(shù)也復(fù)雜的多，但是用作許多中高檔產(chǎn)品的功能性填料方面是重鈣所無法取代的，也是超細(xì)輕鈣的研發(fā)技術(shù)方興未艾的根源所在。
4 納米碳酸鈣是怎樣生產(chǎn)出來的
生產(chǎn)流程如下
 (1) 煅燒
石灰石經(jīng)過預(yù)處理，同煤按一定比例混合均勻后經(jīng)混料豎窯(如左圖)煅燒，產(chǎn)生氧化鈣(石灰)、二氧化碳。
(2) 消化
煅燒得到的石灰除渣后送消化池（如右圖）與水進(jìn)行消化反應(yīng)生成石灰乳。
(3) 碳化
石灰乳經(jīng)除渣精制后的精漿液，根據(jù)碳化要求控制到一定溫度、一定濃度送往碳化反應(yīng)設(shè)備(碳化塔)與窯氣進(jìn)行碳化反應(yīng)。
(4) 改性
納米碳酸鈣屬無機(jī)材料，與高聚物相容性差，必須對碳酸鈣進(jìn)行表面改性，改性劑有脂肪酸、樹脂酸、偶聯(lián)劑等類型。
(5) 壓濾
改性完畢的納米碳酸鈣為漿料，為了獲得納米碳酸鈣產(chǎn)品，需用壓濾機(jī)對其進(jìn)行壓濾進(jìn)行脫水。
(6) 干燥分級包裝
壓濾后的納米碳酸鈣仍然含有大量水分，為了便于包裝、運(yùn)輸、貯藏和使用，需進(jìn)行干燥、分級和包裝。
5 納米碳酸鈣產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)
碳酸鈣的主含量
碳酸鈣的主含量多少：普通輕鈣＞活性輕鈣＞專用納米鈣。納米碳酸鈣的主含量要求較低，而有害雜質(zhì)含量要求微量。
晶型
晶型與粒徑有關(guān)系，一般粒徑大于200 nm時，晶型多為不對稱形，如紡錘形、棒狀等；當(dāng)粒徑在50～120 nm之間時，一般為對稱形，如立方體、球形等；當(dāng)粒徑小于30 nm時，多為立方體和顆粒狀，且晶體容易連接成鏈狀。
沉降體積是單位質(zhì)量的產(chǎn)品碳酸鈣在100 m1水中震蕩并靜置3h后所具有的體積(ml)。沉降體積越大，說明產(chǎn)品粒度越小、比重越輕、產(chǎn)品檔次越高。
吸油值
對于活性鈣來說，隨碳酸鈣表面吸附的活性含量的增加，吸油值呈下降趨勢。
活化與否
普通碳酸鈣未經(jīng)活化處理，呈親水性，與水可以按不同比例混合，經(jīng)攪拌之后，靜置幾小時皆沉淀在水中；經(jīng)活化處理后的碳酸鈣一般呈疏水性，再三攪拌之后，碳酸鈣始終漂浮在水面上。
比表面積判斷是否微細(xì)
碳酸鈣的平均粒徑與其比表面積有著內(nèi)在的聯(lián)系，可以通過其比表面積的大小來較準(zhǔn)確地判斷平均粒徑的大小。
以下是經(jīng)驗(yàn)值：
普通重質(zhì)碳酸鈣比表面積為1 m2/g左右。
重質(zhì)微細(xì)碳酸鈣比表面積為1.45～2.1 m2/g。
普通輕質(zhì)碳酸鈣比表面積為5 m2/g左右。
輕質(zhì)微細(xì)碳酸鈣比表面積為27～87 m2/g左右。
輕質(zhì)超細(xì)碳酸鈣比表面積為60～100 m2/g。
白度的測定方法
納米碳酸鈣對白度的要求主要是根據(jù)其填充的對象不同而不同。
碳酸鈣產(chǎn)品的系統(tǒng)命名方法
為了便于碳酸鈣產(chǎn)品的開發(fā)、推廣、應(yīng)用和區(qū)別，碳酸鈣行業(yè)制訂了如下系統(tǒng)命名方法。命名由三項(xiàng)組成，第一項(xiàng)為漢語拼音字母；第二項(xiàng)由阿拉伯?dāng)?shù)字組成；第三項(xiàng)為拼音字母。
其意義為:第一項(xiàng)表示加工方法，用Z, Q表示。其中，
Z——表示非化學(xué)方法加工的重質(zhì)碳酸鈣。
Q——表示化學(xué)方法加工過的輕質(zhì)碳酸鈣。
第二項(xiàng)表示產(chǎn)品的平均粒徑范圍。其中:
1：d＞ 5μm
2：lμm＜d≤5 μm
3：0.1μm＜d≤1 μm
4：0.02μm＜d ≤0.1μm
5：d＜0.02μm
第三項(xiàng)表示產(chǎn)品改性處理與否。其中：
B—表示未經(jīng)改性；
G—表示經(jīng)表面活性劑處理。
6 納米碳酸鈣(NPCC)與其它碳酸鈣的比較
7 納米碳酸鈣的應(yīng)用
納米碳酸鈣作為一種無機(jī)化工產(chǎn)品，經(jīng)表面改性處理而成為一種功能性的填充材料，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、油墨、涂料、造紙、膠粘劑、密封膠等工業(yè)，還應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、建材、化纖等行業(yè)。
（1）在橡膠中的應(yīng)用
 碳酸鈣是橡膠工業(yè)中應(yīng)用最早，用量最大的填料，碳酸鈣主要應(yīng)用于輪胎、膠鞋、電線電纜，橡膠密封制品等，它不僅可以增加產(chǎn)品體積，節(jié)約高價的天然橡膠和降低成本，還可以改進(jìn)橡膠的性能。納米碳酸鈣在橡膠工業(yè)中多用于內(nèi)胎和外胎特殊部位，膠帶、膠管、膠布等橡膠制品。添加了納米碳酸鈣的橡膠制品其硫化膠拉長率、抗撕裂性能、壓縮變形和耐屈繞性能，都明顯好于添加一般碳酸鈣的產(chǎn)品。在橡膠制品中添加立方體納米碳酸鈣可以使制品具有補(bǔ)強(qiáng)性，由于在橡膠制品中具有良好的分散性，可制得透明和半透明的橡膠制品。
納米碳酸鈣應(yīng)用于橡膠中的幾個技術(shù)因素
晶型：不同晶型中立方體部分呈鏈鎖狀的晶型適合用于橡膠。
粒徑：以80～120 nm為宜，粒徑太小。
水分：為了利于提高硫化速度，一般要求小于0.5%。
吸油值：橡膠用納米碳酸鈣的吸油值越大，對橡膠的浸潤性和補(bǔ)強(qiáng)性越好。
pH值：橡膠應(yīng)用中的pH主要是影響其硫化速度，一般納米碳酸鈣的pH值在9～10.5之間。
表面改性：選擇適宜的分散劑和改性劑(脂肪酸或偶聯(lián)劑)等。
(2) 在塑料中的應(yīng)用
對塑料說來，普通碳酸鈣只能起到填充劑的作用，只有改性納米碳酸鈣填充在塑料制品中才能有除填充之外的活性劑和補(bǔ)強(qiáng)劑的作用。改性納米碳酸鈣可以增加產(chǎn)品體積、降低成本、提高硬度和耐熱性以及剛度、改進(jìn)加工性能、提高擦傷性和平滑度，還可以提高薄膜的透明性、韌性、開口性、抗老化性能等，對沖擊強(qiáng)度有增韌效果，也對共混中的黏流行具有效果。納米碳酸鈣還可以提高塑料制品的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性。
納米碳酸鈣已廣泛應(yīng)用于通用塑料中，如聚氯乙烯(PolyVinylChloride)，簡稱PVC，聚丙烯(Polypropylene)，簡稱PP，聚苯乙烯(Polystyrene)，簡稱PS；在工程塑料中也有部分應(yīng)用，如聚酰胺(Polyamide)，簡稱PA，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯簡稱ABS。
納米碳酸鈣應(yīng)用于塑料中的幾個技術(shù)因素
晶型：以立方體和球形的晶型為宜。
粒徑：以80～120 nm為宜。
水分：一般要求小于0.5%。
吸油值：此值以低為宜，一般在25～60 m2/g之間。
pH值：此值盡可能低一些。
分散性：用于塑料的納米碳酸鈣需要在塑料體系中具有良好分散性，防止顆粒的二次凝聚。
重金屬的含量：此含量越低越好。
鹽酸不溶物：主要是指納米碳酸鈣中的黑點(diǎn)和黃點(diǎn)等雜質(zhì)，必須嚴(yán)格控制。
（3）納米碳酸鈣在涂料中的應(yīng)用
納米碳酸鈣在涂料中不僅作為優(yōu)質(zhì)增白的顏料，降低成本，提高涂料的光澤度，干燥性和覆蓋力，還有透明性、穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)作用、快干等特點(diǎn)。在汽車涂料、粉末涂料、建筑涂料中，可以部分或全部替代鈦白粉，完全可以達(dá)到相同的效果。粒徑小于80 nm的納米碳酸鈣具有良好的觸變性，可應(yīng)用于汽車底盤防石擊涂料和面漆。
 納米碳酸鈣應(yīng)用于涂料中的幾個技術(shù)因素
良好的剪切稀化效應(yīng)：該效應(yīng)可以保證施工噴涂中降低黏度，具有良好的流動性不把噴槍口堵塞。
良好的觸變性能：粒徑以30～80 nm為宜。
(4) 納米碳酸鈣在油墨中的應(yīng)用
印刷油墨市場要求高性能的納米碳酸鈣。納米碳酸鈣用于油墨產(chǎn)品中表現(xiàn)出優(yōu)異的分散性、透明性、極好的光澤和優(yōu)異的油墨吸收性以及干燥性。用于油墨的納米碳酸鈣必須經(jīng)過活性處理，晶型以立方體和球形為主。
 納米碳酸鈣應(yīng)用于油墨中的幾個技術(shù)因素
晶型：立方體納米碳酸鈣具有流動性好和吸油值低以及分散性好等優(yōu)點(diǎn)，很適合用于油墨中的填料。
透明度：它與粒徑和晶型以及分散性有關(guān)。
細(xì)度：它是反映納米碳酸鈣及其它顏料的研墨程度和分散狀況的指標(biāo)。碳酸鈣應(yīng)盡可能讓鹽酸不溶物越低越好，這樣能使分散性好。
黏度：它與納米碳酸鈣的用量和分散性以及粒徑有關(guān)。
流動度：油墨的流動度是黏度的倒數(shù)，表示油墨的稀稠程度。
光澤度：它是大多數(shù)油墨的一項(xiàng)主要的特性指標(biāo)。
白度：白度一般大于80%，如果太高將影響其它顏料的遮蓋力。
水分：油墨對水分的要求不高，小于3%即可。
(5) 納米碳酸鈣在膠黏劑中的應(yīng)用
膠黏劑(adhesive) ：又稱粘合劑、粘接劑，簡稱膠。它是一種能夠把兩種同類或不同類材料緊密地結(jié)合在一起的物質(zhì)。
納米碳酸鈣應(yīng)用于膠黏劑中的幾個技術(shù)因素
晶型：立方體、菱形六面體、立方體部分呈鏈鎖狀的晶型比較適合用于膠黏劑。 16
粒徑：以60～100 nm為宜。
水分：納米碳酸鈣的水分含量低為宜，一般小于0.5%。
pH值：此值偏低為宜。
吸油值：它是影響碳酸鈣在膠中浸潤性的因素。
比表面積：納米碳酸鈣的比表面積在20～25m2/g為宜。
表面改性：納米碳酸鈣表面改性效果的好壞將影響其顆粒對膠體的摻合作用，影響膠體的觸變性。
(6) 納米碳酸鈣在造紙中的應(yīng)用
在造紙?zhí)盍戏矫?，納米碳酸鈣目前主要用于特殊紙制品，如尿不濕、衛(wèi)生巾等。其高避光性、高亮度，可提高紙品的白度和避光性；其高膨脹性，能使造紙廠使用更多的填料而少用紙漿，大幅度降低原材料成本；納米碳酸鈣粒度細(xì)小、均勻、對紙機(jī)的磨損小，并使生產(chǎn)的紙制品更加均勻、平整；其高吸油值，能提高彩色紙的顏料牢固性，還賦予紙張良好的折曲性、柔軟性，以及對油墨和水良好的吸收性。
(7) 納米碳酸鈣在化妝品中的應(yīng)用
碳酸鈣在化妝品中的應(yīng)用在很早以前就有人使用，如用珍珠粉進(jìn)行化妝或用溫泉的碳酸鈣泥漿進(jìn)行化妝等。工業(yè)界在精研天然碳酸泉的基礎(chǔ)上，模仿天然碳酸溫泉作用和有益化學(xué)成分，輔之具有美白和保濕功效成分，已經(jīng)制備出人工碳酸泉制劑。
(8) 在其他方面的應(yīng)用
食品
食品專用納米碳酸鈣以其純度高、分散性好、抗沉降性能優(yōu)越、溶解性好、容易吸收、口感好、超低雜質(zhì)含量等特性廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域；作堿性劑、營養(yǎng)增補(bǔ)劑、面團(tuán)調(diào)節(jié)劑、固化劑、酵母養(yǎng)料、抗結(jié)塊劑、疏松劑、膠姆糖助劑、改性劑，特別適應(yīng)于鈣營養(yǎng)強(qiáng)化保健食品、鈣片、膠囊、面制品、谷物早餐、餅干、乳制品、豆粉、軟飲料、藕粉等。
醫(yī)藥
納米碳酸鈣在藥品中有著極其重要的用途。普通碳酸鈣由于粒徑大，不易被人體吸收，所以補(bǔ)鈣藥品大多是采用有機(jī)鈣，有利于人體吸收，補(bǔ)鈣效果好，但成本較高，價格昂貴。納米碳酸鈣的粒徑比普通碳酸鈣小得多，以無機(jī)鈣的形式人體極易吸收,成本比有機(jī)鈣低得多，比糖尿病人、尿毒癥病人采用有機(jī)鈣補(bǔ)鈣帶來的副效應(yīng)少得多。
醫(yī)藥級碳酸鈣在藥品配方中作中和劑、助濾劑、緩沖劑和溶解劑以及作填料和鈣源補(bǔ)充劑。鈣是維持人體神經(jīng)、肌肉、骨骼系統(tǒng)、細(xì)胞膜和毛細(xì)血管通透性正常功能所必需。用于妊娠、哺乳婦女、更年期婦女、老年人等的鈣補(bǔ)充，也可用于防治骨質(zhì)疏松癥。
農(nóng)業(yè)
使用納米碳酸鈣對農(nóng)膜改性處理可解決成本、性能與價格的矛盾。雖然無機(jī)納米碳酸鈣與普通鈣粉填料一樣，不能起到對農(nóng)膜的直接降解作用，但由于納米碳酸鈣特有的性能，使其能大比例均勻地填充于農(nóng)膜中，使產(chǎn)品在成型和實(shí)施二次拉伸時，表面和內(nèi)部形成無數(shù)微小縫隙，幫助并加速光/生物助劑對農(nóng)膜的降解，制成的農(nóng)膜既能保證質(zhì)量和使用性能，又不增加生產(chǎn)成本，還可實(shí)現(xiàn)快速降解。
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