Карбонат кальция – Calcium carbonate

Образование

90 млн лет назад в Северной Европе, в нижней области великого моря накапливался ил. На морском мусоре жили простейшие (фораминиферы). Их частицы включали в себя кальцит, извлеченный из воды. Меловая группа стратиграфического европейского подразделения появилась во время одноименного периода. Из нее образованы Белые скалы в графстве Кент и склоны в другой части пролива Дувра.

Структура породы

Останки моллюсков, скапливавшихся в донных отложениях, превратились в мел. В породе присутствуют:

  1. Около 10% скелетных обломков. Среди них не только части простейших, но и многоклеточных животных.
  2. Порядка 10% раковин фораминифер.
  3. До 40% фрагментов известковых образований водорослей
  4. До 50% кристаллического мелкодисперсного кальцита. Его размер настолько мал, что установить биологическую принадлежность элементов, его составляющих, практически невозможно.
  5. До 3% нерастворимых минералов. В основном они представлены силикатами. Нерастворимые минералы – своего рода геологический мусор (обломки разных пород и песок), который занесен в отложения мела течениями и ветрами.

Раковины моллюсков, конкреции других минералов, скелеты кишечнополостных обнаруживаются в породе достаточно редко.

Одним из ключевых критериев в процессе анализа физических свойств породы на новом месторождении либо участке, вовлеченном в действующую технологическую линию переработки, является поведение мела при измельчении. Как выше было сказано, на разных пластах залежи вещество имеет разные механические характеристики.

Визуально выявить эти отличия не представляется возможным в большинстве случаев. Определение поведения мела в процессе его сухого измельчения в технологическом процессе осуществляется посредством установления показателя его распускаемости во влажной среде при механическом воздействии. Для этого используется специальное оборудование.

Свойства мела: химия

Карбонат кальция разделяет типичные свойства других карбонатов. Следует отметить, что

СаСО 3 ( с ) 2 Н ( водн ) → Са 2 ( водн ) СО 2 ( г ) Н 2 О ( л )
СаСО 3 ( ов ) → СаО ( ы ) CO 2 ( г )

Карбонат кальция вступает в реакцию с водой, которая насыщена диоксидом углерода с образованием растворимого бикарбоната кальция .

СаСО 3 ( с ) СО 2 ( г ) Н 2 О ( л ) → Ca (HCO 3 ) 2 ( водн )

Эта реакция играет важную роль в эрозии из карбонатных пород , образующих каверны , и приводит к жесткой воде во многих регионах.

Необычная форма карбоната кальция является гексагидрат, глендонит , СаСО 3 · 6H 2 O. глендонит устойчив только ниже 8 ° С.

Порода преимущественно включает в себя карбонатную и некарбонатную части. Первая растворима в уксусной и соляной кислотах. В некарбонатной части присутствуют окислы металлов, кварцевый песок, мергели, глины и проч. Некоторые из них нерастворимы в указанных кислотах. В карбонатной части 98-99% карбоната кальция.

Описание физического свойства мела – прочности

Само название вещества говорит за себя: оно состоит из обычного белого мела, который содержит неорганический красящий пигмент. В живой природе краситель встречается в виде некоторых минералов: кальцита, ватерита или арагонита, в горных породах, например, в мраморе, известняке, травертине. Некоторые беспозвоночные (моллюски, губки) состоят из разнообразных форм карбоната кальция.

По своей химической структуре добавка Е170 – это соль каменноугольной кислоты, она отличается высокой устойчивостью к агрессивным средам, не растворяется в воде и спирте. Высокие температуры этой пищевой добавке тоже не страшны – температура плавления кальцита достигает 825 градусов Цельсия, арагонита – 1339 градусов.

Карбонат кальция добывают в процессе переработки природных отложений мела, а в промышленность и на производство он попадает уже в виде белого рассыпчатого порошка с мелкими гранулами, не имеющего вкуса и запаха. Самый высококачественный и безопасный краситель получают при обработке мрамора: полученное вещество отличается высокой устойчивостью ко многим видам обработки, оно является полностью гипоаллергенным и безвредным, поэтому его используют для окрашивания продуктов питания.

Для технических целей могут применять краситель, полученный путём кальцинации оксида кальция. Оксид соединяют с водой, после чего смесь подвергается обработке углекислым газом, в результате чего происходит осаждение вещества.

В производственных целях белый мел используется как:

  • стабилизатор, так как он способствует формированию и сохранению текстуры и консистенции товара;
  • разрыхлитель и вещество, препятствующее слёживанию и комкованию: карбонат кальция вводят в продукт в процессе приготовления, чтобы придать ему соответствующие физические свойства, сыпучесть и отсутствие комков;
  • регулятор кислотности, так как добавка способствует установлению и сохранению определённого уровня кислотной среды;
  • краситель, который придаёт привлекательный оттенок товарам.
Читайте также:  Сирдалуд цена в Томске от 212 руб., купить Сирдалуд, отзывы и инструкция по применению

Исследования вещества проводили многие ученые. В ходе инженерно-геологических мероприятий было выявлено, что оно является жесткой полускальной породой. Его прочность во многом определяется влажностью. В воздушно-сухом состоянии временное сопротивление при сжатии меняется от 1000 до 45 000 кН/м2. Модуль упругости сухой породы – от 3 тыс.

подготовка

Подавляющее большинство карбоната кальция используется в промышленности извлекается добычи или разработки карьеров. Чистый карбонат кальция (например, для пищи или фармацевтического применения), может быть получен из чистого бутового источника (обычно мрамор ).

СаО Н 2 O → Са (ОН) 2
Са (ОН) 2 СО 2 → СаСО 3 ↓ Н 2 О

Влажность

При воздействии воды физические свойства мела начинают изменяться. В частности снижается его прочность. Изменения происходят уже при 1-2% влажности. При 25-35% в 2-3 раза увеличивается прочность на сжатие. Вместе с этим проявляются другие физические свойства мела. Порода становится пластичной. Это проявление существенно осложняет процесс переработки вещества.

Состав пищевой добавки Е 170

Термодинамически стабильной формой CaCO 3 при нормальных условиях гексагональной β-СаСО 3 (минерал кальцит ). Другие формы могут быть получены, плотнее (2,83 г / см 3 ) ромбическая λ-СаСО 3 (минерал арагонита ) и мю-СаСО 3 , встречающаяся в качестве минерального ватерита . Форма арагонита может быть получена путем осаждения при температурах выше 85 ° С, форма ватерита может быть получена осаждением при 60 ° C.

Кальцит содержит атомы кальция скоординированных шесть атомов кислорода, в арагоните они скоординированные девяти атомов кислорода. Структура ватерита до конца не изучена. Карбонат магния (MgCO 3 ) имеет структуру кальцита, тогда как стронций карбонат и карбонат бария (SrCO 3 и BaCO 3 ) принимает структуру арагонита, что отражает их большие ионные радиусы .

Химическая формула добавки Е 170 — CaCO3. Очищенный мел поступает в продажу в форме белого порошка мелкой фракции. Источником карбоната служит мрамор. Также соль угольной кислоты присутствует в панцирях ракообразных и моллюсков.

Вхождение

Кальцит

является наиболее стабильной

полиморфной

карбоната кальция. Это является прозрачным для непрозрачных. Прозрачное сорт называется

исландский шпат

( как показано здесь) используется для оптических целей.

геология

Карбонат, встречается часто в геологических условиях и представляет собой огромный углеродный резервуар . Карбонат кальция происходит как арагонит , кальцит и доломит в качестве важных составных частей цикла кальция . В карбонатных минералов образуют типы пород: известняк , мел , мрамор , травертин , туф и другие.

В теплые, чистые тропические воды кораллы более обильны , чем к полюсам , где вода холодная. Карбонат кальция авторы, в том числе планктона (например, кокколиты и планктонных фораминифер ), коралловые водоросли , губок , брахиопод , иглокожих , мшанок и моллюсков , которые обычно встречаются в мелких водных средах , где солнечный свет и фильтруемых пищи являются более обильным.

Там , где океаническая кора является субдуцированным под собой континентальные пластинчатые отложениями будет осуществляться до более теплых зон в астеносферах и литосфере . Под этим карбонат кальция разлагается условия для получения диоксида углерода , которые, наряду с другими газами, приводят к взрывных вулканических извержений .

Выявление качественных залежей

Кальция карбонат

Изначально считалось, что механические и химические свойства мела одинаковы на всем месторождении. Однако на практике при продолжительной эксплуатации района, особенно после перехода добывающего и перерабатывающего предприятия на выпуск более качественной продукции, выявляются различия по этим характеристикам.

К ключевым требованиям, предъявляемым к продукции из мела, помимо доли карбонатов, относится крупность – тонина помола. Она выражается в остатке на ситах определенного размера или в процентном содержании частиц заданной величины (к примеру, 90% частиц размером 2 мкр).

Появление новых производственных линий по изготовлению лакокрасочной, резинотехнической, полимерной и прочей продукции, для которой в качестве сырья используется мел, спровоцировало резкий дисбаланс между его выпуском и потреблением. Это особенно отчетливо проявилось в бумажной промышленности. Предприятия этой отрасли предъявляют особые требования к меловому порошку, который заменил каолин в производстве.

Выпуск качественных марок сосредоточен на заводах в Белгородской обл. Кроме Шебекинского предприятия, выпускающего сепарированный мел, были созданы новые комбинаты. Так, в 1995 году на Лебединском ГОКе появился завод по переработке – ЗАО “Руслайм”. Он был сооружен по испанскому проекту компании “Реверте” с предполагаемой производительностью 120 тыс. тонн/год.

По проекту компании “Мабетекс” на Стойленском ГОКе был построен завод с производительностью меловой продукции высокого качества 300 тысяч тонн. При этом планы предприятия предусматривают последующее увеличение мощности.

Читайте также:  Глюконат кальция в таблетках и для уколов

Пользы

Как мы уже выяснили, карбонат кальция не несет вреда организму. Доказательством тому служит использование в фармацевтике: вещество присутствует в БАДах и витаминных препаратах, направленных на устранения дефицита кальция.

Польза Е 170 очевидна: вещество поддерживает жизнедеятельность организма, стабилизирует кровяное давление, стимулирует работу сердечной мышцы, отвечает за свертываемость крови и формирование костных структур.

Промышленное и бытовое использование

Большие залежи мела присутствуют в Белгородской и Воронежской областях. Менее качественное вещество присутствует в Знаменской, Заслоновской, Валуйской и других залежах. На этих месторождениях выявляются сравнительно низкие показатели СаСО3 (не более 87%). Кроме этого, в породе присутствуют различные примеси.

Поэтому на указанных месторождениях без глубокого обогащения нельзя получить качественную продукцию. Физические свойства мела на таких залежах позволяют использовать его при изготовлении извести, а также в мелиоративных мероприятиях для раскисления почв. Воронежские месторождения относят к турон-коньякскому возрасту.

Здесь добывается более качественный мел. Свойства и применение породы, полученной на этих месторождениях, изучаются достаточно давно. Продукт, добытый в Воронежской обл., отличается высоким содержанием СаСО3 (до 98,5%). При этом доля некарбонатных примесей меньше 2%. Добычу на месторождениях, однако, затрудняют физические свойства мела. В частности его высокая водонасыщенность. Доля влаги в породе – около 32%.

Мел выступает в качестве необходимого компонента бумаги, которую применяют в полиграфии. Высокая дисперсность карбоната кальция в измельченном виде влияет на оптические и печатные характеристики, пористость, гладкость продукции. За счет присутствия мела понижается абразивность изделий. Порода в молотом виде широко используется для побелки стен, бордюров, защиты деревьев.

Мел применяется при очистке свекловичного сока, который, в свою очередь, используется в спичечной промышленности. Для этих целей, как правило, подходит так называемая осажденная порода. Такой мел получают химическим способом из кальцийсодержащих минералов. Наряду с прочими карбонатными породами вещество используется при варке стекла как один из компонентов шихты.

Полезные свойства этой пищевой добавки обусловили её популярность как компонента лекарственных препаратов. Например, для тех, кто страдает язвенной болезнью желудка и кишечника, гастритом с повышенной кислотностью и забросом жёлчи, привычные антацидные препараты вроде Алмагеля стали настоящим спасением, а одним из действующих веществ в них как раз является карбонат кальция. Он способен уменьшать кислотность желудочного сока, нормализовать электролитный баланс и нейтрализовать изжогу.

Так как кальций – вещество, которое участвует в процессе свёртывания крови, в функционировании сердечно-сосудистой и нервной систем, в формировании костной ткани организма, его показано принимать при остеопорозе, кариесе, рахите, гипокальциемии, беременности и кормлении грудью, как часть нормализующей терапии при лечении аллергии, во время интенсивного роста у детей. Белый мел способен нормализовать “расшалившееся” кровяное давление, поэтому его рекомендуют людям с повышенным или пониженным давлением.

Педиатры иногда рекомендуют заменять для младенцев тальк на карбонат кальция, потому что последний, в отличие от талька, не вызывает раздражения дыхательных путей.

При дефиците магния и сопутствующих симптомах (мышечные спазмы, повышенная утомляемость, нарушения сна), белый мел эффективен как составляющая общей нормализующей терапии.

Обжиг равновесия

Обжиг из известняка с использованием древесного угля пожаров для получения негашеной практикуется с древности культур во всем мире. Температура , при которой оксид кальция дает известняка обычно дается как 825 ° C, но с указанием абсолютного порога вводит в заблуждение. Карбонат кальция существует в равновесии с оксидом кальция и двуокисью углерода при любой температуре.

При каждой температуре есть парциальное давление диоксида углерода, находящийся в равновесии с карбонатом кальция. При комнатной температуре равновесие в подавляющем большинстве случаев способствует карбонат кальция, поскольку равновесие СО 2 давление составляет лишь малую часть частичного СО 2 давления в воздухе, что составляет около 0,035 кПа.

При температурах выше 550 ° C равновесие СО 2 давление начинает превышать СО 2 давление в воздухе. Таким образом , выше 550 ° С, карбонат кальция начинает дегазировать CO 2 в атмосферу. Тем не менее, в угле произвел печь, концентрация СО 2 будет намного выше , чем в воздухе. Действительно, если все кислорода в печи потребляется в огне, то парциальное давление CO 2 в печи может достигать 20 кПа.

Из таблицы видно , что это парциальное давление не достигается , пока температура не станет почти 800 ° С. Для дегазации СО 2 из карбоната кальция произойдет в экономически полезной скорости, равновесное давление должно значительно превышать давление окружающей среды СО 2 . И для того , чтобы быстро произойти, равновесное давление должно превышать общее атмосферное давление 101 кПа, которое происходит при 898 ° С.

Равновесное давление СО 2 в течение CaCO 3 ( P ) в зависимости от температуры ( Т ).
Р (кПа) 0,055 0,13 0,31 1,80 5,9 9,3 14 24 34 51 72 80 91 101 179 901 3961
Т (° С) 550 587 605 680 727 748 777 800 830 852 871 881 891 898 937 1082 1241
Читайте также:  Скумбрия рыба. Образ жизни и среда обитания скумбрии

Перспективные залежи

Среди крупных месторождений стоит отметить Россошанское, Крупненниковское, Бутурлинское и Копанищенское. Меловая толща последнего составляет 16,5-85 м. Вскрышу составляет почвенно-растительный слой. Его толщина около 1,8-2 м. По вертикальной линии меловой слой разделен на две пачки. В нижней присутствует до 98% карбоната кальция, в верхней несколько меньше – до 96-97,5%.

В Бутурлинском месторождении обнаружен предельно однородный белый мел турунского яруса. Мощность слоя – 19,5-41 м. Толщина вскрыши достигает 9,5 м. Она представлена маргелями, растительным слоем, песчано-глинистыми образованиями и песчаниками. Доля магния и карбонатов кальция достигает 99,3%. При этом некарбонатные составляющие присутствуют в относительно небольшом количестве.

Большой интерес для промышленности представляют Стойленское и Лебединское месторождения. В этих районах мел добывают как вскрышную породу и вывозят в отвалы. Попутная ежегодная выработка составляет больше 15 млн т. Порядка пяти из них используется в народнохозяйственных отраслях. В частности мел поступает на Старооскольский завод по изготовлению цемента и на некоторые другие небольшие предприятия. Больший объем добытой породы теряется в отвалах.

Мел, который находится в районах железорудных месторождений, по содержанию кремнезема и карбонатной части относится к категории высококачественных. Его можно использовать в промышленных целях, не подвергая глубокому обогащению. Необходимо сказать, что в процессе проектирования добывающих и перерабатывающих предприятий, специализирующихся на железных рудах, необходимо предусматривать технологические линии для попутно извлекаемого мела либо места для его отдельного складирования.

Производство и потребление

Полезные свойства мела известны достаточно давно. Изначально породу использовали в строительстве. Из нее производили известь. Меловой порошок выступал в качестве основы для замазки, шпатлевок, красок и так далее. В конце 19-го столетия на месторождении “Белая гора” стали организовывать частные заводы.

Вместе с увеличением потребности в продукции повышались требования к ее качеству. Существовавшие к 1990 году предприятия не могли обеспечить промышленность необходимым сырьем. В Белгородской области стали возникать частные предприятия. Большое их количество было обусловлено огромными объемами залежей породы и видимой простотой технологий по переработке.

Однако примитивные методы добычи и последующей обработки, использовавшиеся на частных предприятиях, не могли обеспечить необходимого количества качественной продукции. Соответственно, многие такие заводы закрылись. Вместе с этим крупные предприятия провели модернизацию и реконструкцию своего оборудования. Выпуск качественной продукции обеспечивался в 90-е годы Белгородским, Петропавловским, Шебекинским заводами.

Гидрокарбонат натрия

Для его производства используются разные материалы, в том числе известняк или мел. Полезные свойства для организма, которыми обладает гидрокарбонат натрия, известны многим. Часто его используют при заболеваниях десен и горла, изжоге, для разжижения мокроты при кашле. В промышленности физические свойства соды и мела очень востребованы.

Оба этих вещества используются в строительстве, отделке, изготовлении материалов, лакокрасочной и другой продукции. Что касается производства гидрокарбоната кальция, то применение одного только мела считается неэкономичным вариантом. Как выше было сказано, эта порода очень хорошо впитывает влагу, вследствие чего изменяются ее механические характеристики. Это, в свою очередь, негативно сказывается на ходе технологического процесса.

Резинотехническая отрасль

Белый мел является одним из компонентов кремов, пудры и тональных кремов для лица, матирующих лосьонов, кремов и скрабов для тела, румян, консилеров, красок для волос, детской косметики. Вещество обладает свойством поглощать излишки кожного жира, тем самым убирая жирных блеск и выравнивая тон кожи. Как загуститель и стабилизатор, карбонат кальция улучшает консистенцию косметических средств, способствует абсорбированию лишней воды и предотвращает появление комков.

Мел находится на первом месте среди всех наполнителей, применяемых в промышленности. Это связано в первую очередь с тем, что использование этого сырья экономически выгодно. Мел имеет сравнительно небольшую стоимость. При этом введение его в резинотехническую продукцию не наносит вреда. Второй причиной популярности сырья в отрасли выступает технологическая целесообразность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *