471-34-1/碳酸鈣應(yīng)用是什么

【背景及概述】^[1][2][3]

碳酸鈣化學(xué)式CaCO₃，白色晶體或粉末，相對密度為2.7～2.93。是自然界中分布甚廣的一種碳酸鹽，天然礦物有方解石、白堊、大理石和石灰石。在101.325kPa壓力下加熱到900℃左右時能分解成二氧化碳和氧化鈣。難溶于水，20℃時100g水僅能溶0.0013g碳酸鈣。溶解于以 二氧化碳飽和的水中，生成碳酸氫鈣，溶于酸 (包括醋酸) 而放出 二氧化碳。可溶性鈣鹽與碳酸鹽作用，或飽和石灰水中通入二氧化碳均可生成碳酸鈣沉淀，所制得的粉狀物稱做沉淀碳酸鈣或輕質(zhì)碳酸鈣。

碳酸鈣主要用于建筑業(yè)，如制水泥、石灰、人造石等； 也用做化工原料，如制二氧化碳、糖漿的澄清劑、填料及牙膏的原料等； 在醫(yī)療上用做抗酸藥，能中和胃酸，保護(hù)潰瘍面，用于胃酸過多、胃和十二脂腸潰瘍等病癥。碳酸鈣制劑是使用最廣泛、含鈣量最高、效果好、價格低的最佳的鈣補(bǔ)充劑。1989 年美國藥典的藥物情報(USP ID)介紹常用的16 種口服鈣劑中有10 種為碳酸鈣片。碳酸鈣片因其價廉，無副作用，很快就被作為補(bǔ)鈣藥用于臨床。碳酸鈣也有缺點，首先，碳酸鈣為難溶性無機(jī)化合物，呈弱堿性，在體內(nèi)經(jīng)胃酸發(fā)生反應(yīng)釋放鈣離子而被人體吸收，但是長期服用會消耗大量的胃酸而引起消化不良和腹脹等問題，對于胃酸缺乏者來說鈣的吸收很不理想； 其次，碳酸鈣顆粒較粗，口感較差，有苦澀感，因此對于兒童來說，其接受性差，并且鈣在人體內(nèi)很難被吸收。為解決上述不足，碳酸鈣泡騰制劑應(yīng)運而出。

【分類】^[4]

按加工方法，碳酸鈣分為重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。

1. 重質(zhì)碳酸鈣：碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.90～0.97 ，粒子呈片狀或不規(guī)則狀，粒徑約為10 μm。國產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣的相對密度為2.6～2.8 ，白度為74 %～78 %。重質(zhì)碳酸鈣主要用作橡膠的填充劑，也可用作著色劑、干燥劑、隔離劑和脫模劑。重質(zhì)碳酸鈣價格低廉，與橡膠的混煉加工性能及膠料的挺性好，多用于鞋跟、鞋底、膠布、地板和膠管等模壓、擠出和發(fā)泡橡膠制品，一般用量為50 ～80 份，最高用量可達(dá)230 份。

2. 輕質(zhì)碳酸鈣：也稱沉淀法碳酸鈣，其碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.97～0.99 ，粒子呈紡錘狀或柱狀，粒徑為0.5～6 μm ，呈性。國產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣的相對密度為2.4～2.7 ，白度為80 %～90 %。輕質(zhì)碳酸鈣主要用作橡膠的白色補(bǔ)強(qiáng)填充劑，在膠料中易分散，具有半補(bǔ)強(qiáng)性，能提高硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性能，多用于輸送帶、膠管、膠布、膠鞋和醫(yī)用橡膠制品等，一般用量為20 ～40 份，最高用量可達(dá)140 份。

3. 活性碳酸鈣：主要是指粒徑為1～100 nm 的超細(xì)活性碳酸鈣，也稱納米碳酸鈣，相對密度為2.5～2.6 。納米碳酸鈣活性高，補(bǔ)強(qiáng)性能大大優(yōu)于輕質(zhì)碳酸鈣，與沉淀法白炭黑相當(dāng)，但其膠料混煉時生熱大。納米碳酸鈣多用于力車輪胎內(nèi)胎和外胎、汽車輪胎內(nèi)胎

【含量測定】^[5]

1. 鈣黃綠素法

(1) 主要試劑 10%稀鹽酸、10%氫氧化鉀溶液、0.05%甲基紅指示液、鈣黃綠素指示劑(取氧化鉀10g，研細(xì)，加鈣黃綠素0.1g，研勻)、0.05mol/L乙二胺四乙酸二鈉液。

(2) 測定 取樣0.12g，精稱，置錐形瓶中，加稀鹽酸5ml，加熱便溶解，加水150ml、甲基紅指示液1滴，滴加10%氫氧化鉀溶液至顯黃色，繼續(xù)多加10ml，再加鈣黃綠素指示劑20～30mg，用0.05mol/L乙二胺四乙酸二鈉液滴定至溶液黃綠色熒光消失而顯橙色，即得。每1ml乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于5.004mg的碳酸鈣。

2.鈣指示劑法

(1) 主要試劑 10%三乙醇胺水溶液，其他試劑同前。

(2) 操作過程 取樣0.12g，精稱，加稀鹽酸15ml，加熱使溶解，加水100ml、10%三乙醇胺溶液10ml(含重金屬離子時再加1%半胱氨酸溶液5ml)、0.05%甲基紅指示液1滴，滴加10%氫氧化鉀溶液至顯黃色，繼續(xù)多加10ml，加鈣黃綠素指示劑0.1g，用0.05mol/L乙二胺四乙酸二鈉液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色。

【應(yīng)用】^[4][6][7]

1. 碳酸鈣在橡膠制品中的應(yīng)用

近年來，隨著我國橡膠工業(yè)的快速發(fā)展，碳酸鈣的用量不斷提高。

1）輪胎：輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣常部分替代低結(jié)構(gòu)炭黑和白炭黑用于力車輪胎外胎膠(用量超過70 份)和內(nèi)胎膠，汽車輪胎胎體簾布膠、氣密層

膠、內(nèi)襯層膠和內(nèi)胎膠中以降低生產(chǎn)成本。另外，納米碳酸鈣與超細(xì)活性氧化鋅并用替代普通氧化鋅可提高轎車輪胎胎面膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、耐屈撓性能和耐疲勞性能。

2）膠管和膠帶：輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣用于膠管和膠帶，一是起白色補(bǔ)強(qiáng)填充劑的作用，二是改善膠料的分散性。碳酸鈣在膠管中可用于普通膠管、彩色膠管、液壓膠管及短纖維補(bǔ)強(qiáng)膠管等，在膠帶中可用于輸送帶、傳動帶和同步帶等。

3）膠鞋：碳酸鈣能適應(yīng)不同的色彩要求，可提高膠料的混煉和擠出性能，在膠鞋中應(yīng)用十分廣泛，常與炭黑、白炭黑、鈦白粉和陶土等并用用于膠鞋的鞋面、鞋底和鞋跟等部。

4）電線電纜：碳酸鈣一般與炭黑、白炭黑、陶土和滑石粉等并用作礦用電線電纜、船用電線電纜、高壓電線電纜等護(hù)套及電器電線電纜膠料的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。在含氯橡膠，如CR 、氯化聚乙烯橡膠(CM)和氯化順丁橡膠等作主體材料的電線電纜膠料中，碳酸鈣除起補(bǔ)強(qiáng)填充劑的作用外，還起降低膠料酸性和吸收膠料加工過程中產(chǎn)生的氯化氫，從而避免膠料出現(xiàn)硫化延遲和返原現(xiàn)象的作用，同時改善膠料的擠出性能。

5）膠輥：膠輥中主要使用輕質(zhì)碳酸鈣。輕質(zhì)碳酸鈣在膠輥中主要起補(bǔ)強(qiáng)、填充和改善膠料自粘。

6）其它：碳酸鈣還用作膠布及密封、減震、醫(yī)用等橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)填充劑，海綿制品的干燥劑，乳膠制品的改性劑。

2. 碳酸鈣在塑料中的重要作用

在塑料加工過程中除合成樹脂作為基礎(chǔ)原料外，科學(xué)、正確、合理地使用各種添加劑和助劑是無可非議的，其中無機(jī)粉體材料是最重要的添加劑之一。碳酸鈣(包括重鈣和輕鈣)是使用最為廣泛、用量最大的無機(jī)粉體材料，在所使用的無機(jī)物粉體材料總量中，碳酸鈣占到70%以上。

3. 醫(yī)藥中應(yīng)用

碳酸鈣制劑可參與骨骼的形成與骨折后骨組織的再建以及肌肉收縮、神經(jīng)傳遞、凝血機(jī)制并降低毛細(xì)血管的滲透性等。用于預(yù)防和治療鈣缺乏癥，如骨質(zhì)疏松、手足抽搐癥、骨發(fā)育不全、佝僂病以及兒童、妊娠和哺乳期婦女、絕經(jīng)期婦女、老年人鈣的補(bǔ)充。碳酸鈣不宜與洋地黃類藥物合用。大量飲用含酒精和咖啡因的飲料以及大量吸煙，均會抑制鈣劑的吸收。大量進(jìn)食富含纖維素的食物能抑制鈣的吸收，因鈣與纖維素結(jié)合成不易吸收的化合物。本品與苯妥英鈉及四環(huán)素類同用，二者吸收減少。維生素D、避孕藥、雌激素能增加鈣的吸收。含鋁的抗酸藥與本品同服時，鋁的吸收增多。本品與噻嗪類利尿藥合用時，易發(fā)生高鈣血癥（因增加腎小管對鈣的重吸收）。本品與含鉀藥物合用時，應(yīng)注意心律失常的發(fā)生。

【制備】^[8]

利用磷石膏脫硫鈣渣資源，以磷石膏脫硫鈣渣為原料合成了球形輕質(zhì)碳酸，具體步驟如下：

1）氯化銨浸取：稱取10g 磷石膏脫硫鈣渣置于500mL 燒杯中，

加入一定量的水，使水與鈣渣的液固質(zhì)量比為(6～10)∶1，再加入一定量的氯化銨固體，將其放置在恒溫水浴鍋中充分浸取180min，浸取后的懸濁液靜置至室溫后，進(jìn)行抽濾，濾液即為精制CaCl₂ 溶液，備用碳化，濾渣烘干稱重。

2） 碳化制備輕質(zhì)碳酸鈣：將上述精制CaCl₂ 溶液轉(zhuǎn)移進(jìn)三口燒瓶，通入

CO₂ 進(jìn)行碳化，控制碳化溫度為40℃，通入CO2流量為40mL/min，當(dāng)溶液pH 值到達(dá)6.5～7.0 時，達(dá)到碳化終點，停止反應(yīng)。將碳化后的沉淀過濾，取濾渣經(jīng)120℃干燥2h，即得到輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。

【主要參考資料】

[1] 中國中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷

[2] 徐波, 周建烈. 補(bǔ)充碳酸鈣制劑的研究進(jìn)展[J]. 中國臨床營養(yǎng)雜志, 2000, 8(3): 198-200.

[3] 宋龍, 張英, 李樹英, 等. 碳酸鈣泡騰制劑研究進(jìn)展[J]. 北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2018, 32(2): 36-39.

[4] 黃家明, 葛南. 碳酸鈣在我國橡膠工業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J]. 橡膠工業(yè), 2006, 53(10): 625-630.

[5] 天然藥物成分定量分析

[6] 劉英俊. 碳酸鈣在塑料中應(yīng)用進(jìn)展[J]. 無機(jī)鹽工業(yè), 2008, 40(3): 11-13.

[7] 碳酸鈣片說明書

[8] 時婷, 王新剛, 巫建鋒, 等. 磷石膏脫硫鈣渣制備輕質(zhì)碳酸鈣[J]. 化工進(jìn)展, 2015, 34(1): 178-182.