کربنات کلسیم

کربنات کلسیم (Calcium Carbonate) با فرمول شیمیایی CaCO₃ یک ماده معدنی بسیار پرکاربرد در صنایع مختلف است. این ماده بیش از 4 درصد از پوسته زمین را شامل می‌شود و در اغلب نقاط جهان یافت می‌گردد.

ترکیبات و ویژگی‌های کربنات کلسیم

کربنات کلسیم (Calcium Carbonate) نوعی ماده معدنی به شکل پودری سفید رنگ است. کربنات کلسیم موجود در طبیعت غیرسمی، بی‌بو، بی‌مزه و کاملاً بی‌خطر است از این روی در صنعت داروسازی کاربرد بسیار دارد. این ماده در آب معمولی تقریباً نامحلول است ولی در آب حاوی دی اکسید کربن به آرامی حل می‌شود. مهمترین کانی‌های آن عبارتند از آراگونیت، سنگ آهک، ماربل و تراورتن.

کاربردهای کربنات کلسیم

یکی از مهمترین ویژگی‌های کربنات کلسیم خاصیت پُرکنندگی (Filler) آن است. با اضافه شدن به مایعات و جامدات، قادر است خاصیت شکل‌پذیری و مقاومت مکانیکی آن‌ها را افزایش دهد و یا وزن مخصوص آن‌ها را تغییر دهد. افزایش مقاومت حرارتی، کاهش قیمت تمام شده به علت ارزان بودن از مزایای کربنات کلسیم است. همچنین تغییر در غلظت و افزایش کیفیت محصول، خاصیت جذب روغن پائین، درخشندگی مناسب، سختی کم و پخش سریع از دیگر ویژگی‌های ارزشمند این ماده معدنی پرکاربرد است.

صنایعی که از این ماده معدنی استفاده می‌کنند عبارتند از:

• صنایع سرامیک و لعاب:

  کربنات کلسیم، به دلیل ویژگی‌های ارزشمند خود، در تولید سرامیک و همچنین لعاب بسیار مورد توجه است. قیمت ارزان کربنات کلسیم باعث کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید سرامیک می‌شود. همچنین کربنات کلسیم یکی از منابع تولید اکسید کلسیم است. این ماده علاوه بر استفاده به عنوان ماده کمک ذوب در کوره، منجر به افزایش استحکام پخت در دمای بالا و هچنین افزایش مقاومت شیمیایی و مکانیکی بدنه سرامیک می‌شود. در صنعت لعاب‌سازی این ماده با کاهش نقطه ذوب و همچنین ضریب انبساط حرارتی، لعاب را تقویت می‌کند.

• صنایع شیشه:

  در فرآیند تولید شیشه باید از مواد پُرکننده فاقد آلاینده و آلودگی با پایداری شیمیایی استفاده شود. خلوص بالا و پایداری شیمیایی کربنات کلسیم، آن را به یکی از مواد پُرکننده در این صنعت تبدیل کرده است. استفاده به عنوان ماده کمک ذوب، ماده نگهدارنده و اصلاح‌کننده غلظت از کاربردهای این ماده در فرآیند تولید شیشه است. کربنات کلسیم، مقاومت فشاری، خصوصیات مکانیکی، فیزیکی، ظاهری و میزان استحکام شیشه را بهبود می‌دهد. در عین حال قیمت پایین آن، کاهش هزینه‌های تولید را نیز در پی دارد. از آنجایی که ناخالصی مواد اولیه منجر به کاهش کیفیت و اثرات منفی در شیشه تولیدی می‌شود، کربنات کلسیم قابل استفاده در این صنعت باید بسیار خالص بوده و ناخالصی‌های فلزی آن بسیار کم باشد.

• صنایع حفاری نفت و گاز:

  کربنات کلسیم کاربرد کلیدی در حفاری چاه‌های نفت و گاز دارد، چرا که به عنوان ماده پُرکننده یکی از مهمترین و پرمصرف‌ترین مواد تشکیل دهنده گِل حفاری است. این ماده معدنی به دلیل ماهیت قلیایی خود اسیدیته محیط را کاهش داده و از خوردگی مته حفاری جلوگیری می‌نماید که نتیجه آن صرفه‌جویی بسیار قابل توجه در هزینه‌ها است.

  از طرف دیگر، در هنگام حفاری مقادیر بسیار زیادی آب آلوده و اسیدی تولید می‌شود که در صورت ورود به طبیعت، آسیب‌های جبران ناپذیری به محیط زیست وارد می‌گردد. استفاده از کربنات کلسیم با دانه‌بندی مناسب با توجه به خاصیت قلیایی آن، در تصفیه آب و از بین بردن مواد زیان‌آور و اسیدی ناشی از حفاری نقش مهمی دارد.

• صنایع فولاد و ذوب آهن:

  از سنگ آهک به عنوان ماده کمک ذوب و تنظیم کننده دما در تولید فولاد استفاده می‌شود. کربنات کلسیم یکی از منابع اکسید کلسیم یا آهک زنده است که در تشکیل سرباره و همچنین به عنوان جداکننده و جمع کننده عناصر زباله (فسفر، آلومینیوم، گوگرد و سلیس) در فرآیند تولید فولاد کاربرد دارد.

  آهک زنده با کاهش فسفر موجود در فولاد، از کاهش شکل‌پذیری فولاد و همچنین شکستن آن در هنگام کار سرد جلوگیری می‌کند. همچنین، گوگرد فولاد را شکننده می‌کند و موجب ترک و آسیب به آن می‌شود؛ آهک زنده با کاهش گوگرد به طور چشمگیری از اثرات منفی آن می‌کاهد.

  از مزایای دیگر این ماده استفاده از آن در کارخانه‌های ذوب آهن به منظور جذب گازهای سمی (HF,SO2,HCI) و کنترل آلودگی هواست.

• صنایع پلاستیک و PVC:

  کربنات کلسیم در صنعت پلاستیک به عنوان ماده پُرکننده استفاده می‌شود. همچنین در تولید محصولاتPVC، با استفاده از کربنات کلسیم پوشش‌دار(کوتد) پراکندگی ذرات و خواص مکانیکی محصول بهبود یافته و مقاومت آن در مقابل رطوبت افزایش می‎‌یابد. استفاده از این ماده به عنوان پُرکننده در PVC کابل و سیم نیز مانع آتش‌سوزی این محصولات می‌شود.

• صنایع لاستیک:

  استفاده از پودر کربنات کلسیم در تولید لاستیک منجر به کاهش دمای ذوب در کوره، بهبود بافت سطح لاستیک تولیدی و همگن‌سازی مواد اولیه می‌شود. همچنین استفاده از این ماده پایداری و استحکام لاستیک، ضخامت، سختی و مقاومت آن در برابر سایش و در نتیجه طول عمر محصول را افزایش می‌دهد. با توجه به قیمت ارزان این ماده، استفاده از آن در فرآیند تولید لاستیک منجر به کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید می‌شود. با استفاده از کربنات کلسیم پوشش‌دار(کوتد) در تولید لاستیک، استهلاک و خوردگی این محصولات کاهش و همچنین مقاومت و کیفیت سطح محصول نهایی افزایش می‌یابد.

• صنایع رنگ:

  کربنات کلسیم در تولید رنگ‌های پوششی موجب درخشندگی و سفیدی رنگ می‌شود. از این رو بخصوص در تولید رنگ‌های سفید و روشن کاربرد دارد. همچنین، ارزان بودن این ماده منجر به کاهش هزینه‌های تولید رنگ می‌شود. هرچقدر این ماده نرم‌تر باشد، کیفیت پوششی رنگ افزایش می‌یابد. در تولید رنگ‌های روغنی، از کربنات کلسیم پوشش‌دار(کوتد) به عنوان فیلر استفاده می‌شود. این امر علاوه بر بهبود پوشش‌دهی رنگ منجر به کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید می‌شود.

• صنایع تولید کابل:

  در گذشته پوشش کابل‌ها از مواد پلاستیک PVC تولید می‌شد که این ماده علاوه بر اینکه قابل اشتعال است، در حین واکنش با آتش گازهای سمی خطرناک و نیز دود زیادی ایجاد می‌کند. از آنجایی که کربنات کلسیم غیر سمی و بی‌بو است، در صورت بروز آتش‌سوزی روی محیط اثرات منفی نمی‌گذارد و در دمای آتش‌سوزی پوشش کابل تجزیه نمی‌شود. با توجه به ویژگی‌های عنوان شده و همچنین ارزان بودن آن، از این ماده بعنوان پرکننده در تولید پوشش کابل‌ها استفاده می‌شود.

• صنایع داروسازی:

  کودکان و سالمندان نیازمند مصرف کلسیم زیادی هستند که در اغلب مواقع امکان تأمین این کلسیم از مواد طبیعی از قبیل شیر و لبنیات مُیسر نیست. در این شرایط پزشکان استفاده از مکمل‌های کلسیم خوراکی را تجویز می‌کنند. این مکمل‌ها به صورت کربنات کلسیم و یا سیترات کلسیم عرضه می‌شوند.

• صنایع غذایی:

  کربنات کلسیم از اسیدی شدن محیط و فعالیت میکروب‌ها جلوگیری می‌کند. بنابراین از شکل خوراکی آن به عنوان یک افزودنی و نگهدارنده مواد غذایی استفاده می‌شود. می‌توان از کاربردهای آن در تولید آدامس، شکلات، تصفیه نشاسته و آرد نام برد. یکی از کاربردهای دیگر این ماده در صنایع غذایی، استفاده از آن به عنوان حجم‌دهنده است. همچنین، در تولید ادویه‌جات نیز می‌توان از این ماده به عنوان ماده آنتی کیک استفاده نمود.

• خوراک دام و طیور:

  یکی از مهمترین منابع تأمین کلسیم دام، کربنات کلسیم است که علاوه خاصیت آنتی اسیدی، مانع تحلیل رفتن استخوان این حیوانات می‌شود. این ماده یکی از عناصر اصلی خوراک دام‌های اهلی از قبیل، گاو، گوسفند، شتر و … است که با افزودن آن به خوراک این حیوانات، اسکلت استخوانی آنها را تقویت کرده و شیردهی آنها را افزایش می‌دهد، علاوه بر این موجب افزایش مقاومت دام در مقابل بیماری‌ها می‌شود.

  از آنجایی که کلسیم موجود در مواد غذایی طبیعی برای پرندگان کافی نیست، جهت تأمین کلسیم مورد نیاز برای پرندگان نیز از پودر کربنات کلسیم در خوراک آنها استفاده می‌شود. استفاده از این ماده علاوه بر تقویت اسکلت پرندگان منجر به افزایش در تعداد تخم‌گذاری و همچنین بهبود کیفیت تخم پرندگان می‌شود.

• صنایع کاغذ:

  کلیدی‌ترین ماده مصرفی در تولید کاغذ، چوب است. استفاده از چوب علاوه بر افزایش هزینه‌های تولید، تخریب محیط زیست را نیز به همراه دارد. استفاده از کربنات کلسیم در فرآیند تولید کاغذ، میزان مصرف چوب را به شکل قابل توجهی کاهش می‌دهد. امروزه حتی در برخی از کشورهای پیشرفته این ماده بطور کامل در فرآیند تولید کاغذ به عنوان جایگزین چوب استفاده می‌شود که آن را Stone paper می‌نامند.

  استفاده از کربنات کلسیم با کاهش مصرف چوب و کمک به محیط زیست موجب کاهش قیمت تمام شده کاغذ می‌شود. علاوه بر آن موجب بهبود کیفیت و خواص کاغذ، بهبود جذب جوهر و افزایش مقاومت کاغذ می‌شود.

• صنایع چسب، رزین و درزگیر:

  از کربنات کلسیم به عنوان یک پُرکننده ارزان قیمت در صنایع چسب، رزین و درزگیر استفاده می‌شود. علاوه بر آن از این ماده نسبتاً نرم و نامحلول برای کنترل و کاهش انقباضات، حفظ ویسکوزیته و افزایش استحکام فیزیکی و مقاومت کششی در فرمولاسیون چسب‌ها و درزگیرها می‌شود.

  خاصیت قلیایی این ماده موجب سازگاری استفاده از آن در اکثر رزین‌ها می‌شود. در صنایع چسب و ریزین و درزگیر می‌بایست از کربنات کلسیم با شفافیت بالا استفاده کرد.

• کشاورزی:

  افزایش اسیدیته خاک، منجر به ایجاد محیط رشد برای آفات گیاهی می‌شود. در این شرایط استفاده از مواد دفع آفات گیاهی علاوه بر زیان‌های محیط زیستی در کیفیت باروری خاک و همچنین رشد و نمو گیاه اثرات منفی می‌گذارد. استفاده از آهک کشاورزی برای حداقل کردن میزان اسیدیته خاک و کاهش اثرات منفی آن بسیار متداول است. این ماده خاک را تقویت کرده و کلسیم مورد نیاز برای گیاهان را تأمین می‌نماید که در نهایت با کمک به رشد گیاه، منجر به بهبود کیفیت برگ گیاه و میوه آن می‌شود. اگر pH خاک مناسب باشد و نیازی به افزودن سنگ آهک نباشد، درصورت استفاده بیش از حد نیاز از این ماده خاک اصطلاحا آهکی می‌شود و ممکن است کاملا برای کشاورزی نامناسب شود.

• ساخت و ساز:

  در ساختار بسیاری از بناهای باستانی از سنگ آهک استفاده شده است. امروزه و به علت تغییرات آب و هوایی و به خصوص بارش باران‌های اسیدی از کربنات کلسیم به تنهایی در ساختمان‌سازی استفاده نمی‌شود و بیشتر به عنوان ماده اولیه در تولید مصالح ساختمانی از قبیل آهک، سیمان، بتن، انواع بلوک‌ها، آسفالت و … کاربرد دارد.

• صنایع بتن و آسفالت:

  کربنات کلسیم به عنوان پُرکننده در تولید سیمان و بتن کاربرد دارد که منجر به افزایش تراکم بتن و همچنین بهبود عملکرد فشاری و استحکام آن، بهبود ظاهر و افزایش نرمی سطح بتن می‌شود. در برخی موارد با جایگزینی سنگ آهک با سیمان در بتن، محصول نهایی با کاربرد معماری تولید می‌شود که قابلیت تولید بتن با رنگ‌های مختلف را مُیسر می‌سازد. در فرآیند تولید آسفالت کربنات کلسیم علاوه بر نقش پُرکنندگی، به عنوان اصلاح کننده ماسه، مقاومت مخلوط را بهبود می‌بخشد.

• صنایع شوینده:

  از کربنات کلسیم به عنوان پایه در فرآیند تولید صابون برای بهبود کیفیت و کمیت آن استفاده می‌شود. این ماده قابلیت و توانایی صابون را در تمیز کردن افزایش می دهد.  همچنین با توجه به قیمت پایین آن، منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌های محصول نهایی نیز می‌شود.

• محیط زیست:

  از سنگ آهک برای کنترل pH فاضلاب و تصفیه پسماند کارخانه‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر آن برای رسوب ترکیبات فسفات و نیتروژن از سنگ آهک استفاده می‌شود. از مزایای دیگر این ماده استفاده در کارخانه‌های ذوب آهن به منظور جذب گازهای سمی (HF,SO2,HCI) و کنترل آلودگی هوا است. همچنین، سنگ آهک دربهبود کیفیت آب آشامیدنی و کاهش سختی آن نیز کاربرد دارد.