資源型礦物碳酸鈣礦物

一、碳酸鈣礦物及巖石方解石：組成為碳酸鈣的礦物名（三方晶系）冰洲石：無色透明的方解石文石、霰（xian）石：礦物名，與方解石同質(zhì)多像。（斜方晶系，自然界中碳酸鈣僅有方解石和文石兩種結(jié)構(gòu)）石灰?guī)r：以方解石為主要組分的碳酸鹽巖。大理巖：石灰?guī)r或白云巖受接觸或區(qū)域變質(zhì)作用而重結(jié)晶的產(chǎn)物。白堊：白色疏松土狀石灰?guī)r，礦物成分是生物泥晶方解石3、冰洲石冰洲石化學(xué)組成CaCO3

，常含有錳和鐵；鑒定特征可以從硬度、菱形的解理、淺色、玻璃光澤和遇冷稀HCl酸可以立即起泡的特性，予以鑒定。它和白云石很類似，而且共生在一起。不過白云石要在熱的鹽酸中，才有顯著的氣泡反應(yīng)。可形成于許多巖石中，主要產(chǎn)出于噴出巖中。

冰洲石的特性（1）透明性。（2）雙折射特性---射入某些透明晶體的光線分裂為兩束，并沿不同方向折射的現(xiàn)象。（3）偏光性---橫波的振動(dòng)矢量（垂直于波的傳播方向）偏于某些方向的現(xiàn)象。具有偏振現(xiàn)象的光稱為偏振光。（4）顏色的多樣性---冰洲石一般呈無色透明，也有白色、茶色、檸檬色、玫瑰色、天藍(lán)色和淡紫色。（5）極完全解理特性---易沿著主菱面體或解理菱面體的平面開裂。大理石大理石是商品名，并非巖石學(xué)定義。大理石是天然建筑裝飾石材的一大門類，一般指具有裝飾功能，可以加工成建筑石材或工藝品的已變質(zhì)或未變質(zhì)的碳酸鹽巖類。它是由中國云南大理市點(diǎn)蒼山所產(chǎn)的具有絢麗色澤與花紋的石材而得名。大理石泛指大理巖、石灰?guī)r、白云巖、以及碳酸鹽巖經(jīng)不同蝕變形成的矽卡巖和大理巖等。二、碳酸鈣礦物的主要用途1、冰洲石的用途

（1）光學(xué)儀器：偏光顯微鏡、偏振計(jì)、偏振光計(jì)、光度計(jì)、分光光度計(jì)、測距儀、旋光測糖儀、比色計(jì)、濁度計(jì)。（2）生產(chǎn)高純度、高白度重質(zhì)碳酸鈣。以方解石、石灰石、冰洲石、白堊為原料，采用機(jī)械粉碎的方法而生產(chǎn)的碳酸鈣粉末產(chǎn)品。2、方解石與石灰石

巖石名稱方解石白云石粘土礦物石灰?guī)r100－900－10

石灰?guī)r100－900－10

含云石灰?guī)r90－7510－25

白云質(zhì)石灰?guī)r75－5025－50

含泥石灰?guī)r90－7510－25

泥灰?guī)r75－5025－503、石灰石的用途（1）制造水泥的主要原料，石灰?guī)r與粘土質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、鐵礦粉等配合，可煅燒成水泥熟料。其用量一般為水泥原料的80％左右。（2）在冶金工業(yè)中作熔劑，主要用于冶煉生鐵、鋼和有色金屬的熔劑。（3）化工工業(yè)中用于制堿、制造電石、氮肥和磷肥。（4）用于燒制生石灰。（5）用于制造重質(zhì)碳酸鈣。（6）用于制糖、玻璃、陶瓷、印刷等工業(yè)領(lǐng)域。三、碳酸鈣礦物的深加工

碳酸鈣是目前高聚物基復(fù)合材料中用量最大的無機(jī)填料。碳酸鈣填料的主要優(yōu)點(diǎn)是原料來源廣泛、價(jià)格便宜、無毒性。塑料制品工業(yè)中約70%的無機(jī)填料是碳酸鈣。3.1碳酸鈣的分類根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。（1）輕質(zhì)碳酸鈣：又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣。利用化學(xué)合成方法制造的微米級碳酸鈣粉末.

由于輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積(2.4~2.8mL/g)比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積(1.1~1.4mL/g)大，故得名為輕質(zhì)碳酸鈣。輕質(zhì)碳酸鈣粉體的特點(diǎn)：①顆粒形狀規(guī)則，可以視為單分散粉體，但可以是多形狀，如紡錘形、立方形、球形、針狀、鏈形、片狀。這些不同形狀的碳酸鈣粉體可以通過控制反應(yīng)條件制得；②粒度分布較窄；③粒徑小。（2）重質(zhì)碳酸鈣：簡稱重鈣。重鈣是利用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得。重質(zhì)碳酸鈣粉體的特點(diǎn)：①顆粒形狀不規(guī)則，是多分散粉體；②粒徑分布比較寬；③粒徑大。（3）活性碳酸鈣：又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣等，是利用表面改性劑對輕鈣或重鈣進(jìn)行表面改性而制得。由于經(jīng)過表面改性劑改性后的碳酸鈣一般具有補(bǔ)強(qiáng)作用，即所謂的“活性”，所以習(xí)慣上把改性碳酸鈣稱為活性碳酸鈣。根據(jù)組成碳酸鈣原子和離子的排列是否有規(guī)律，可以將碳酸鈣分為晶體碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。（4）晶體碳酸鈣：根據(jù)碳酸鈣晶體結(jié)構(gòu)的不同，可以將晶體碳酸鈣分為方解石型碳酸鈣、文石型碳酸鈣、球霰石型碳酸鈣。方解石和文石是天然碳酸鈣，球霰石則是人工生長的碳酸鈣。3.3重質(zhì)碳酸鈣的制備（GroundCalciumCarbonate簡稱：GCC）根據(jù)重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將重質(zhì)碳酸鈣分為干磨石粉和水磨石粉。干磨重質(zhì)碳酸鈣顆粒的形狀不規(guī)則而且表面粗糙，粒徑分布較寬，粒徑較大，平均粒徑一般為5~10μm。濕磨碳酸鈣具有粒徑分布較集中，最大粒徑細(xì)及外形渾圓等優(yōu)點(diǎn)，可降低對成形網(wǎng)的磨損，并使紙張具有較高的不透明度、平滑度，從而提高了紙張的印刷性能?；谝陨咸攸c(diǎn)，濕磨碳酸鈣得到了較普遍的應(yīng)用和發(fā)展。（1）干法工藝首先進(jìn)行選礦以除去脈石，然后用棒篩或振動(dòng)篩將石灰石表面的泥沙除去，接著用顎式破碎機(jī)或沖擊式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，再用錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)或輥式破碎機(jī)進(jìn)行中破碎，若粗破碎產(chǎn)品粒度足夠小，則可省去中間步驟，然后再用雷蒙磨進(jìn)行粉磨，最后用分級機(jī)進(jìn)行分級，符合粒度要求的粉末作為產(chǎn)品包裝入庫，否則返回磨粉機(jī)再次磨粉。（2）濕法工藝將開采出來的碳酸鈣礦石，經(jīng)粗磨機(jī)粉碎和風(fēng)選后，控制顆粒粒徑約20μm左右(不合格顆粒送回粗磨機(jī)繼續(xù)粉磨)，然后加水配成60%~65%濃度的碳酸鈣料漿。濕磨機(jī)一般數(shù)臺(tái)串聯(lián)使用，通過控制碳酸鈣料漿的流量和停留時(shí)間來控制最終產(chǎn)品的粒徑，常用分散劑為聚丙烯酸鹽。（3）聯(lián)合工藝

再碳酸化法制備輕質(zhì)碳酸鈣，目前輕質(zhì)碳酸鈣主要是采用石灰石煅燒－氧化鈣消化－再碳化的方法生產(chǎn)，主要化學(xué)反應(yīng)如下：

CaCO3熱CO2+CaOCaO+H2OCa(OH)2

Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O

這是輕質(zhì)碳酸鈣目前生產(chǎn)最主要的方法。輕質(zhì)碳酸鈣在生產(chǎn)過程中能量消耗較高，價(jià)格較高，必須考慮水中離子的含量。

CO2

凈化

原料

煅燒

消化

碳化

脫水

CaO

產(chǎn)品3.5石灰膠凝材料膠凝材料或稱膠結(jié)材料。該類材料種類繁多，是一種固體、半固體或液體的礦物材料。加入液體、化學(xué)藥劑或加熱，通過物理化學(xué)作用，成為漿體，能將散粒材料或纖維材料膠結(jié)在一起，成為具有強(qiáng)度的固體。無機(jī)非金屬膠凝材料大部分是粉狀材料，它與適量的水或其它溶液混合后，成為可塑性漿體。加入其它物料而成型，經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化，逐漸凝結(jié)和硬化，最后成為堅(jiān)固的固體，根據(jù)它們的硬化條件可分為氣硬性膠凝材料和水硬性膠凝材料。無機(jī)膠凝材料有許多優(yōu)良的性質(zhì)，是現(xiàn)代建筑工程中不可缺少的材料。

1）氣硬性無機(jī)膠凝材料該類材料由單一礦物組成，它們與水拌和后只能在空氣中硬化，并在空氣中繼續(xù)硬化并保持強(qiáng)度。它們在水中都有一定的溶解度。因此只適用于不受水作用的場所。常用的氣硬性無機(jī)膠凝材料有：石膏、石灰、水玻璃等。2）水硬性無機(jī)膠凝材料

該類材料由多種礦物組成，這些礦物多以復(fù)鹽的形態(tài)存在。它們與適量的水拌和后，不僅能在空氣中硬化，而且能在水中長期保持和提高其強(qiáng)度。常用的水硬性膠凝材料有：硅酸鹽水泥和其它各種品種的水泥。1）石灰的熟化生石灰吸收水分后，放出熱量（15.5kCa），熟化成熟石灰Ca(OH)2，粉狀的熟石灰稱為消石灰，漿狀稱為石灰漿或淋灰。將生石灰制成熟石灰或石灰漿的工藝過程稱石灰的消化。石灰的熟化隨溫度的升高而加速，但石灰的溶解隨著溫度的升高而降低。溫度℃0102030405060708090100120150溶解度1.401.331.251.161.070.970.880.790.710.630.580.310.17

因此，熟化生石灰的溫度最好控制在100℃左右，并應(yīng)強(qiáng)力攪拌，以加速石灰熟化。生石灰熟化物產(chǎn)出的熱量必須使之散失，如熟化溫度達(dá)到547℃以上時(shí)Ca(OH)2會(huì)部分脫水，在石灰顆粒表面形成密實(shí)薄膜，阻止水分進(jìn)入顆粒內(nèi)部，同時(shí)又加速水分蒸發(fā)而影響石灰熟化。

2）熟化石灰的方法生石灰加水熟化后如立即使用，由于熟化極不完全，在制品中仍吸收水分逐漸熟化，體積膨脹，會(huì)使制品局部產(chǎn)生隆起和開裂，甚至崩潰。為了消除這種危害，熟化的石灰須放14天左右才能使用，這個(gè)期間稱為陳伏期。在陳伏期間，熟化石灰應(yīng)采取措施使之與空氣隔絕，以免碳化變質(zhì)。熟化石灰的方法，根據(jù)石灰的使用條件，通常有消石灰熟化法和石灰漿熟化法。

①消石灰熟化法：將塊灰熟化成石灰粉，即消石灰。通常采用噴淋法，將小塊生石灰平鋪在能吸收水分的地上，厚約20cm噴淋水一次，然后每加鋪一層噴淋水一次，直至5~7層。噴淋后應(yīng)用砂或土或其它物料加以覆蓋，防止水分過量蒸發(fā)，使石灰充分熟化，也阻止了它的碳化。

消石灰至陳伏期即可使用。消石灰多用于拌制石灰混凝土（石灰、粘土、砂石或爐灰）和灰土（石灰、粘土等）。

②石灰漿熟化法為了便于施工和提高熟石灰的質(zhì)量，多將生石灰直接熟化成乳狀的石灰漿儲(chǔ)存起來使用。由生石灰熟化石灰漿較用熟石灰制得石灰漿多。這是因?yàn)槭焓翌w粒已經(jīng)聚成較大的團(tuán)塊，遇水不易再分散成細(xì)小顆粒。直接用生石灰熟化成石灰漿時(shí)則生成極細(xì)微的微粒，能高度分散在水中，所產(chǎn)漿量高，塑性好。熟化石灰漿的過程是在地面上砌一方形化灰池和在地面下設(shè)一儲(chǔ)漿坑，化灰池設(shè)有帶鐵絲網(wǎng)（孔徑3mm）的閘門通至儲(chǔ)漿坑。將石灰在化灰池中熟化成稀薄乳狀石灰漿，通過閘門流入儲(chǔ)漿坑中，石灰漿中的微細(xì)雜質(zhì)沉于儲(chǔ)漿坑底，尚未熟化的顆粒仍繼續(xù)熟化，多余水分自坑壁滲入土壤中，石灰漿逐漸濃縮成石灰膏，經(jīng)過陳伏即可使用。石灰膏主要用于調(diào)制砂漿。

③熟石灰的硬化

熟石灰的硬化過程不同于其它無機(jī)膠凝材料，而是石灰漿中水分逐漸蒸發(fā)和被砌體吸收，使Ca(OH)2溶液飽和而析出晶體，同時(shí)物料間水膜逐漸減薄，增大了分子間的引力，使石灰漿密度逐漸增大；析出的Ca(OH)2晶體與其它物料顆粒交錯(cuò)凝結(jié)成一個(gè)整體，從而硬化產(chǎn)生強(qiáng)度。析出的Ca(OH)2晶粒在潮濕環(huán)境中還能吸收空氣中的CO2形成CaCO3使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

但是，制品表面的CaCO3會(huì)形成形成致密的薄膜，阻止CO2進(jìn)入制品內(nèi)部及防止制品內(nèi)部水分析出。使石灰硬化時(shí)間增長。為提高石灰硬化速度，可適當(dāng)提高環(huán)境溫度或摻用石膏、硅酸鹽水泥等其它膠凝材料。

鎂石灰和高鎂石灰的熟化速度、硬化速度和產(chǎn)漿量都小于鈣石灰。但MgO熟化時(shí)可吸收石灰碳化時(shí)所析出的水分，能加速制品的干燥和增加制品的后期強(qiáng)度。石灰漿有較多的可塑性，干燥時(shí)收縮性很大，使用時(shí)必須摻用砂子或其它物料（摻用量最多不超過石灰重量的5倍）以防制品開裂，并增加制品內(nèi)部孔隙，從而加速制品的碳化。熟石灰1:3砂漿28天后其抗壓強(qiáng)度為6kg/cm2。3.5.2水硬性石灰制造石灰原料中如含有8~20%的粘土雜質(zhì)時(shí)，在煅燒過程中會(huì)生成較多的低鈣硅酸鹽、鋁酸鹽等水硬性物質(zhì)，使石灰?guī)в兴残?，稱為水硬性石灰。石灰的水硬性通常以水硬系數(shù)表示：

m介于1.7~4.5的為強(qiáng)水硬性石灰，介于4.5~9的為弱水硬性石灰，大于9為氣硬性石灰。小于1.7的為水硬性膠凝材料。水硬性石灰的燒制方法基本與氣硬性石灰相同，只是粘土雜質(zhì)中的Al2O3、Fe2O3起著溶劑作用，降低煅燒溫度至900~1100℃，但需嚴(yán)格控制，如過火和欠火都成為廢品。在這溫度中CaO與上述雜質(zhì)結(jié)合成低鈣復(fù)鹽，充填與CaO的孔隙中，使石灰結(jié)構(gòu)緊密，并且有水硬性。其化學(xué)活性隨水硬性增加而降低。水硬性石灰含有大量氣硬性石灰，這部分性質(zhì)與氣硬性石灰完全相同。其水硬性部分基本與硅酸鹽水泥相同，因此使用這種石灰，熟化時(shí)加水不能過早和過多，更不能制成石灰漿備用。熟化水硬性石灰的用水量只為理論用水量的1.5倍，相當(dāng)于石灰重量的10~15%。這部分水主要是供氣硬性石灰吸收，使用時(shí)再加水分制成石灰膏。水硬性較強(qiáng)的石灰稱為強(qiáng)水硬性石灰，硬化較快，在空氣中養(yǎng)護(hù)3~5天后即可置于水中，強(qiáng)度較高。弱水硬性石灰，須在空氣中養(yǎng)護(hù)2~3星期才能置于水中，強(qiáng)度比較低。

碳酸鈣是用量最大、使用范圍最廣的一種無機(jī)填料。碳酸鈣主要應(yīng)用于橡膠、塑料、建材、紙張、涂料、油漆、醫(yī)藥、食品、飼料、牙膏、化妝品、油墨等的生產(chǎn)、加工和應(yīng)用中。碳酸鈣最主要的作用就是增加產(chǎn)品的體積、降低生產(chǎn)成本

（1）填料碳酸鈣在造紙中的應(yīng)用造紙用碳酸鈣可分為填料、底涂、面涂三類。根據(jù)造紙機(jī)和涂布機(jī)車速每一類又分高、中、低車速產(chǎn)品。碳酸鈣作為造紙?zhí)盍腺x予紙張以下性能和操作性：提高紙張不透明度，提高紙張白度，改進(jìn)紙張平滑度和平整性，改善紙張適印性，提高紙張柔軟性，提高紙張的尺寸穩(wěn)定性，減輕樹脂干擾，提高紙張書寫性，提高紙張耐久性，改善紙張透氣度，提高印刷速度，節(jié)約纖維、降低成本，適用中性施膠、假中性施膠。

（2）填料碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用在塑料改性技術(shù)中使用非金屬礦物填料作為填充劑和改性劑使用，不僅可以顯著降低塑料制品的成本，而且可以有效地改善塑料的性能，如提高硬度和剛度，減小收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性；改進(jìn)塑料的加工性能、提高其耐熱性、改進(jìn)塑料的散光性、抗擦傷性、平滑度；同時(shí)對缺口抗沖擊強(qiáng)度的增韌效果及混煉過程中的粘流性等方面都具有明顯的效果。使用碳酸鈣作填料的塑料制品有：①塑料編織袋、紡織布和打包帶；②塑料地板、地板革等鋪地材料；③人造革及合成革；④鈣瓦楞箱；⑤聚氯乙烯管材、異型材；⑥塑料薄膜；⑦工業(yè)配套零部件；⑧電纜護(hù)套料，占已經(jīng)市場化的塑料產(chǎn)品種類的一半以上。（3）填料碳酸鈣在涂料中的應(yīng)用涂料工業(yè)中有機(jī)物的揮發(fā)問題主要是釋放甲醛、苯、二甲苯和芳烴化合物，其它還有重金屬鹽類?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)確認(rèn)這些物質(zhì)對人體有害，且能致癌。因而環(huán)保的要求正推動(dòng)涂料工業(yè)減少使用揮發(fā)性溶劑，大力強(qiáng)調(diào)使用水基涂料取代有機(jī)溶劑涂料。因而環(huán)保的要求正推動(dòng)涂料工業(yè)減少使用揮發(fā)性溶劑，大力強(qiáng)調(diào)使用水基涂料取代有機(jī)溶劑涂料。由于超細(xì)重鈣白度高、吸油量低、微細(xì)粒子具有很高的空間位阻能力，再加上價(jià)廉易行，重鈣已經(jīng)成為世界涂料工業(yè)的第一大填料。在歐洲，涂料工業(yè)消耗重鈣的數(shù)量達(dá)70萬t/a，美國也要每年使用20~25萬t。隨著水基涂料比例的加大，重鈣的用量將會(huì)進(jìn)