El carbonato de calcio es un compuesto inorgánico con la fórmula química CaCO₃ y es el componente principal de la piedra caliza, el mármol, etc. El polvo de calcio suele presentarse en forma de cristales blancos, inodoros, prácticamente insolubles en agua y que reaccionan fácilmente con ácidos liberando dióxido de carbono. Es una de las sustancias comunes que se encuentran en la Tierra, presentes en rocas como la aragonita, la calcita, la tiza, la piedra caliza, el mármol, el travertino, etc. También es un componente importante de los huesos o conchas de algunos animales. El carbonato de calcio catalizado (CCC) es, además, un material de construcción importante con diversos usos industriales.
Propiedades físicas del carbonato de calcio
El carbonato de calcio es un polvo cristalino blanco microfino, insípido e inodoro. Tiene dos formas: amorfa y cristalina. La forma cristalina se puede dividir en sistemas cristalinos romboédricos y hexagonales (el polvo de calcio anhidro son cristales romboédricos incoloros, el polvo de calcio hexahidratado son cristales monoclínicos incoloros), columnar o rómbico, densidad 2,93 g/cm³. Punto de fusión 1339 ℃ (825-896,6 ℃ se ha descompuesto), punto de fusión de 1289 ℃ bajo 10,7 MPa. Casi insoluble en agua, soluble en agua que contiene sal de amonio o trióxido de hierro, e insoluble en alcohol.
Estructura del carbonato de calcio
La estructura cristalina es un sistema cristalino ortorrómbico. Cada molécula de GCC consta de un átomo de carbono y tres átomos de oxígeno, donde cada átomo de oxígeno está unido a un ion calcio. El carbonato de calcio está formado por iones calcio que forman enlaces iónicos con iones carbonato, y el carbonato está compuesto internamente por enlaces covalentes carbono-oxígeno. Entre ellos, el carbonato pertenece a la hibridación sp2, el átomo de carbono central tiene tres orbitales y un orbital p, según el modelo VSEPR, pertenece a la molécula de tipo AY3, y su modelo ideal VSEPR es un triángulo plano, y hay 3 enlaces C-O en la molécula en forma de triángulos planos; además, también tiene un enlace pp grande de 4 orbitales y 6 electrones. En los cristales, las moléculas de GCC se disponen en capas paralelas a los ejes a y c. Los átomos de oxígeno coplanares interconectan estas capas y forman una malla tridimensional. Esta estructura confiere al polvo de calcio una alta estabilidad y dureza.
Propiedades químicas del carbonato de calcio
- El polvo de calcio se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono a 825-896,6 °C. (Producción industrial de CO₂):
- El polvo de calcio burbujeará y se disolverá en presencia de un ácido diluido (como ácido acético, ácido clorhídrico, ácido nítrico diluido, etc.). La reacción también libera dióxido de carbono en una reacción exotérmica. Por ejemplo, la reacción de un ácido clorhídrico diluido produce cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono (producción de CO₂ en laboratorio):
- El agua mezclada con CaCO3 pasa a través de un exceso de dióxido de carbono para formar una solución de bicarbonato de calcio. El polvo de calcio reacciona con el ácido carbónico (agua de lluvia) para producir bicarbonato de calcio. Al hacer pasar CO2 a través de agua de cal turbia, el residuo desaparece. El principio de estos fenómenos es:
- El polvo de calcio anhidro (sustancia pulverulenta blanca, inodora y no tóxica, carbonato de calcio ligero) se transforma en calcita (sistema cristalino tripartito, carbonato de calcio pesado) cuando se calienta a 1000 K.
Según los diferentes métodos de producción del polvo de calcio, este se puede dividir en carbonato de calcio pesado, polvo de calcio ligero, GCC coloidal y carbonato de calcio cristalino. Según el tamaño promedio de partícula (d) del polvo de carbonato de calcio, este se puede dividir en GCC particulado (d > 5 μm), polvo de calcio micronizado (1-5 μm), carbonato de calcio microfino (0,1-1 μm), GCC ultrafino (0,02-0,1 μm) y polvo de calcio ultrafino (d ≤ 0,02 μm). Según si la disposición de los átomos e iones que componen el carbonato de calcio es regular o no, el polvo de calcio se puede dividir en polvo de calcio cristalino y polvo de calcio amorfo. Además, existen polvos de nanocalcio, etc.
Clasificación del carbonato de calcio
Carbonato de calcio pesado
El carbonato de calcio pesado (bicarbonato) se produce triturando directamente calcita natural, piedra caliza, tiza, conchas, etc., mediante métodos mecánicos (con molinos Raymond u otros molinos de alta presión).
Carbonato de calcio ligero
El carbonato de calcio ligero (comúnmente conocido como calcio ligero), también conocido como carbonato de calcio precipitado, es piedra caliza calcinada y otras materias primas para generar cal (el componente principal del óxido de calcio) y dióxido de carbono, luego agua para digerir la cal para generar leche de cal (el componente principal del hidróxido de calcio), luego carbonatación de la leche de cal con dióxido de carbono para generar precipitación de carbonato de calcio, y finalmente por deshidratación, secado y trituración y producido. Primero, reacción de descomposición compleja de carbonato de sodio y cloruro de calcio para generar sedimento de polvo de calcio, y luego por deshidratación, secado y trituración y producido.
Carbonato de calcio coloidal
El carbonato de calcio coloidal, también conocido como polvo de calcio activado, carbonato de calcio modificado, tratamiento superficial de polvo de calcio, carbonato de calcio gelatinoso o manhua blanco, denominado calcio vivo, se obtiene mediante la aplicación de modificadores superficiales al polvo de calcio ligero o al carbonato de calcio pesado. Debido a estos modificadores, el polvo de calcio modificado generalmente tiene un efecto de refuerzo, es decir, se denomina "activo", por lo que es habitual modificar el carbonato de calcio, al que se le llama GCC activo.
Propiedades: El carbonato de calcio coloidal es un polvo blanco muy fino, inodoro e insípido. Sus partículas son esféricas, con un tamaño de partícula de 0,1 µm o menos. Debido a una capa de jabón graso adsorbida en su superficie, posee propiedades de activación coloidal, lo que lo convierte en un excelente relleno reforzador blanco. Se disuelve en agua, se descompone con ácido y se quema hasta volverse negro, liberando dióxido de carbono y generando óxido de calcio. Su densidad relativa es de 1,99 a 2,01.
Carbonato de calcio cristalino
La reacción del hidróxido de calcio y el ácido clorhídrico genera cloruro de calcio, se decolora con carbón activado y se eliminan las impurezas, de modo que el cloruro de calcio se carbonata con dióxido de carbono en presencia de amoníaco, obteniéndose así polvo de calcio. Posteriormente, tras la cristalización, se procede a la separación, el lavado, la deshidratación, el secado y el cribado.
PropiedadesPolvo cristalino hexagonal de color blanco puro. Volumen específico: 1,2~1,4 ml/g. Soluble en ácido, casi insoluble en agua.
UsosSe utiliza en pasta de dientes, medicamentos, etc. También se puede utilizar como aislante térmico y otras materias primas químicas.
Carbonato de calcio nano
El carbonato de calcio nanoestructurado (carbonato de calcio ultrafino) tiene un tamaño de partícula de 1 a 100 nm. Es un nuevo material en polvo desarrollado en la década de 1980. Es un excelente relleno inorgánico.
Puede mejorar o modificar la rigidez, la tenacidad y la resistencia a la flexión de plásticos y resinas. Optimiza el flujo del sistema de procesamiento de plásticos. Reduce la temperatura de plastificación. Además, mejora la estabilidad dimensional, la resistencia al calor y el acabado superficial del producto.
En los sistemas de caucho NR, BR y SBR, se mezcla fácilmente y se dispersa de manera uniforme. Puede ablandar el caucho y mejorar el rendimiento y la fluidez de la extrusión.
Los productos de caucho tienen una superficie lisa. Poseen una alta elongación, resistencia a la tracción y resistencia al desgarro. Además, presentan una baja deformación permanente y buena resistencia a la flexión. El nanocarbonato de calcio tiene una estructura cristalina y superficial única, que lo diferencia del polvo de calcio común. Posee importantes efectos de tamaño cuántico y superficiales en la industria química, la catálisis, la óptica, el magnetismo y la electricidad. Sin embargo, las nanopartículas de carbonato de calcio tienden a agruparse. Su superficie es hidrófila y oleófoba, lo que limita su uso en organismos vivos.
Carbonato de calcio para uso industrial
El carbonato de calcio es el nombre comercial de la piedra caliza, un recurso valioso y versátil. La piedra caliza se ha utilizado ampliamente a lo largo de la historia. Es abundante y de fácil acceso. Es un material de construcción importante con una larga historia de extracción. En la industria moderna, es la principal materia prima para la fabricación de cemento, cal y carburo de calcio. También es un componente clave en la industria metalúrgica. La piedra caliza de alta calidad, cuando se muele ultrafinamente, se utiliza ampliamente en la fabricación de productos como papel, caucho, pintura, recubrimientos, productos farmacéuticos, cosméticos y piensos. También se utiliza para sellar, pegar y pulir. Las estadísticas incompletas muestran una proporción de 1:3 para el uso de piedra caliza en cemento, cal y carburo de calcio granulado ultrafino. La piedra caliza es un recurso no renovable. Con los avances en ciencia y nanotecnología, sus usos seguirán creciendo.
Para la producción de plásticos
El carbonato de calcio se utiliza ampliamente como relleno en resinas de cloruro de polivinilo (PVC), polietileno (PE), polipropileno (PP), copolímero de acrilato de butadieno-estireno (ABS) y otras. La adición de carbonato de calcio contribuye a mejorar ciertas propiedades de los productos plásticos, ampliando así sus aplicaciones. En el procesamiento de plásticos, puede reducir la contracción de la resina, mejorar los patrones de flujo y controlar la viscosidad. También puede desempeñar las siguientes funciones:
(1) Mejorar la estabilidad del tamaño de los productos plásticos;
(2) Mejorar la dureza y rigidez de los productos plásticos;
(3) Mejorar el rendimiento del procesamiento de plásticos;
(4) Mejorar la resistencia al calor de los productos plásticos;
(5) Mejorar la difusión de la luz del plástico;
(6) Puede hacer que los productos tengan algunas propiedades especiales;
(7) Reducir el costo de los productos plásticos.
Utilizado en la industria alimentaria
Puede utilizarse como aditivo en la industria alimentaria. Por ejemplo, se emplea en diversos aditivos para piensos, con un contenido de calcio superior al 55,6 % y sin componentes nocivos. También puede utilizarse como suplemento de calcio, alcanzando una tasa de absorción de hasta 391 TP3T, solo superada por el fructato de calcio. Es soluble en ácido gástrico y se ha convertido en la forma farmacéutica y el suplemento de calcio más utilizados.
Utilizado en la industria de la construcción
Se puede utilizar como materia prima en fábricas de plásticos, caucho, pinturas, materiales impermeables y para la pintura de paredes interiores y exteriores. Posee características como alta pureza, gran blancura, no toxicidad, ausencia de olor, baja calidad de aceite fino y baja dureza. El mármol también es un material de construcción importante para viviendas.
Se utiliza en la fabricación de productos químicos.
Malla 350 a 400 malla Se puede utilizar para fabricar sujetadores, bajantes y productos químicos. La blancura supera los 93 grados. Se puede utilizar una malla de 400 a 600 para pasta de dientes y jabón. La blancura supera los 94 grados. Se puede utilizar una malla de 800 para caucho, cables y PVC; la blancura supera los 94 grados.
También puede fabricar materias primas para vidrio óptico de neodimio, etc.
Para materiales cerámicos finos
El polvo de calcio permite preparar materiales cerámicos microporosos, de alta pureza, dieléctricos, con baja conductividad térmica y estables a altas temperaturas. Algunos ejemplos son los conductores blancos, ampliamente utilizados en la fabricación de bujías, y materiales cerámicos finos importantes como semiconductores, alúmina y pigmentos para esmaltes.
Utiliza rellenos minerales y abrasivos.
El polvo de calcio para uso industrial también se utiliza como relleno mineral y abrasivo. En la producción de materiales químicos y de construcción, el carbonato de calcio puede sustituir materiales costosos como el blanco de plomo, el talco y el polvo de talco. En los abrasivos, la superficie de las partículas de carbonato de calcio interactúa con la matriz abrasiva para mejorar la resistencia a la abrasión y la eficiencia de molienda, lo que a su vez aumenta la eficiencia y la durabilidad del abrasivo.
Para suplementos nutricionales
El ingrediente principal de la mayoría de las tabletas de calcio del mercado es el GCC. El calcio en polvo debe tomarse con las comidas. Debido a su contenido de ácido carbónico, el calcio en polvo tiende a producir dióxido de carbono en un ambiente ácido. No es adecuado para personas con baja secreción de ácido gástrico o que toman inhibidores de la secreción de ácido gástrico.
Equipos pesados para la producción de carbonato de calcio
Línea de producción para molienda y clasificación de carbonato de calcio
A Línea de producción para molienda y clasificación de carbonato de calcio Produce polvo de GCC. Utiliza procesos de molienda de bolas y clasificación por aire. Este sistema se usa ampliamente en industrias que requieren polvo fino de calcio, como las de plásticos, pinturas, caucho, alimentos y productos farmacéuticos.
Los molinos de bolas suelen combinarse con clasificadores para formar una línea de producción. Producen principalmente carbonato de calcio molido en polvo fino y ultrafino, con un tamaño de partícula de entre 5 y 45 μm (D97). La producción varía según el modelo del molino de bolas. Generalmente, la producción anual oscila entre 10 000 y 200 000 toneladas.
Su tecnología avanzada y la calidad de sus productos le han granjeado la confianza de clientes de gama media y alta.
Línea de producción de molino de rodillos para carbonato de calcio
Una línea de producción de molino de rodillos para carbonato de calcio es un sistema diseñado para la molienda y el procesamiento de polvo de calcio, un mineral industrial ampliamente utilizado. Esta línea de producción cuenta con componentes y procesos clave que garantizan una producción eficiente y de alta calidad.
Como su nombre indica, el molino de rodillos para micropulverización tritura el material mediante laminación y molienda con sus rodillos anulares multicapa. Se utiliza principalmente para producir polvo ultrafino de 8 a 45 μm.
Nuestros modelos comunes de molinos de rodillos para micropulverización cuentan con 21, 28 y 34 rodillos. Cuanto mayor sea el número de rodillos de molienda, mayor será su rendimiento.