Хімія та хімічні технології/ 7. Неорганічна хімія

Золотарьова О. В., Голота А. О.

Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля

Застосування та показники якості хімічно осадженого карбонату кальцію

Карбонат кальцію належить до найбільш розповсюджених мінеральних наповнювачів, що застосовуються для створення різноманітних композиційних матеріалів, і має як природне, так і синтетичне походження. Природний карбонатний наповнювач одержують шляхом подрібнення порід та осаджених відкладень вапняку і доломіту. Синтетичний карбонат кальцію отримують через хімічне осадження з водних розчинів, які містять відповідно іони кальцію та карбонатні іони. Частинки подрібненого СаСО₃, як правило, більші ніж у продуктів, одержаних шляхом осадження. Їхній розмір становить від 2 до 20 мкм. Крім цього, такі наповнювачі мають малорозвинуту площу питомої поверхні речовини і містять різноманітні домішки. Суттєва перевага осадженого карбонату кальцію, у порівнянні з подрібненим природним мінералом, полягає у високому ступені чистоти і білизни, високій кількості основної речовини, а також у наявності розвинутої питомої поверхні, невеликій насипній густині та високому ступені дисперсності частинок (менш 1-3 мкм).

Високодисперсний хімічно осаджений карбонат кальцію у значній кількості використовується як наповнювач пластмас, гуми, кабельної продукції, лакофарбових матеріалів, паперу, а також у приготуванні різних косметичних паст і мазей, у виробництві лікарських препаратів та харчових кислот.

Хімічно осаджений карбонат кальцію належить до числа мінеральних наповнювачів з високими показниками якості, до яких відноситься вміст основної речовини, чистота, білизна, дисперсність, а також поверхневі властивості. Майже у всьому світі синтетичний карбонат кальцію є достатньо дефіцитним продуктом порівняно з природною карбонатною сировиною. Це пояснюється тим, що природні вапняк та крейда через певні причини не придатні для безпосереднього застосування у деяких галузях промисловості, а процес одержання хімічно осадженого карбонату кальцію з характеристиками, які відповідають встановленим вимогам, є достатньо важким, що буде показано пізніше.

Завдяки своїм специфічним властивостям синтетичний карбонат кальцію знаходить широке застосування як головний компонент зубних паст і порошків, у виробництві харчових кислот, медичних препаратів і косметичних засоб. Як наповнювач він використовується у виробництві гуми, пластичних мас, кабельних пластикатів, паперу, фарб та лаків. Порошкоподібні карбонатні наповнювачі також застосовуються в синтезі полістиролу, поліуретану, поліамідів, фенолформальдегідних та епоксидних смол. Найважливіші переваги хімічно осадженого карбонату кальцію як наповнювача – це вогнетривкість, термостабільність (до 1073К), інертність до різних хімічних речовин (крім соляної кислоти), відсутність токсичних властивостей, а також він достатньо дешевий порівняно з іншими мінеральними наповнювачами.

Широке використання хімічно осадженого карбонату кальцію в народному господарстві, а також підвищення вимог до властивостей наповнювачів, стимулює вдосконалення технологій виробництва високодисперсного СаСО₃. Як відомо, чим вище дисперсність наповнювача, тим ліпше якість багатьох виробів. Наприклад, при збільшенні дисперсності СаСО₃ у виробництві полімерів підвищується їх твердість, еластичність та поверхневі властивості. Гуматехнічні та кабельні вироби стають більш пластичними та пружними, також зростає їх міцність на розрив. Під час виробництва паперу синтетичний карбонат кальцію впливає на його білизну та густину. Крім цього, він змінює поруватість цигаркового паперу та регулює швидкість його згорання. Завдяки високому ступеню чистоти та розвинутої поверхні хімічно осаджений СаСО₃ здійснює поліруючу дію на поверховість зубів і з високою швидкістю нейтралізує слабокислі розчини. Його також використовують у виробництві антибіотиків для запобігання зайвого підкислення різних ферментних рідин організму людини.

З ціллю задоволення основних вимог різних галузей промисловості до якості синтетичного карбонату кальцію, існує декілька способів його одержання. До вибору технології отримання СаСО₃ слід підходити зважаючи на вимоги до наповнювача відповідно до хімічного складу, дисперсності та інших показників.

Хімічно осаджений карбонат кальцію здебільшого одержують шляхом карбонізації суспензії гідроксиду кальцію діоксидом вуглецю, що використовується і на підприємствах України. Цей процес характеризується високою енергоємністю, малою інтенсивністю та ступенем конверсії, високими вимогами до якості сировини, оскільки очищення сировини від домішок технологією не передбачено. При цьому якість осадженого карбонату кальцію не задовольняє встановленим вимогам щодо дисперсності та залишкової вільної лужності. Надмірна залишкова лужність продукту характерна для всіх способів, пов’язаних з карбонізацією вапняного молока, яке містить малорозчинні частки гідроксиду кальцію, а утворення грубодисперсного осаду відбувається за рахунок низької швидкості процесу карбонізації.

Стійке зростання та розширення галузей-споживачів хімічно осадженого карбонату кальцію, а також постійне підвищення вимог до якості продукту стимулюють розробку нових, більш ефективних технологій його виробництва.