碳酸钙应用是什么

【背景及概述】^[1][2][3]

碳酸钙化学式CaCO₃，白色晶体或粉末，相对密度为2.7～2.93。是自然界中分布甚广的一种碳酸盐，天然矿物有方解石、白垩、大理石和石灰石。在101.325kPa压力下加热到900℃左右时能分解成二氧化碳和氧化钙。难溶于水，20℃时100g水仅能溶0.0013g碳酸钙。溶解于以 二氧化碳饱和的水中，生成碳酸氢钙，溶于酸 (包括醋酸) 而放出 二氧化碳。可溶性钙盐与碳酸盐作用，或饱和石灰水中通入二氧化碳均可生成碳酸钙沉淀，所制得的粉状物称做沉淀碳酸钙或轻质碳酸钙。

碳酸钙主要用于建筑业，如制水泥、石灰、人造石等； 也用做化工原料，如制二氧化碳、糖浆的澄清剂、填料及牙膏的原料等； 在医疗上用做抗酸药，能中和胃酸，保护溃疡面，用于胃酸过多、胃和十二脂肠溃疡等病症。碳酸钙制剂是使用最广泛、含钙量最高、效果好、价格低的的钙补充剂。1989 年美国药典的药物情报(USP ID)介绍常用的16 种口服钙剂中有10 种为碳酸钙片。碳酸钙片因其价廉，无副作用，很快就被作为补钙药用于临床。碳酸钙也有缺点，首先，碳酸钙为难溶性无机化合物，呈弱碱性，在体内经胃酸发生反应释放钙离子而被人体吸收，但是长期服用会消耗大量的胃酸而引起消化不良和腹胀等问题，对于胃酸缺乏者来说钙的吸收很不理想； 其次，碳酸钙颗粒较粗，口感较差，有苦涩感，因此对于儿童来说，其接受性差，并且钙在人体内很难被吸收。为解决上述不足，碳酸钙泡腾制剂应运而出。

【分类】^[4]

按加工方法，碳酸钙分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙和活性碳酸钙。

1. 重质碳酸钙：碳酸钙质量分数一般为0.90～0.97 ，粒子呈片状或不规则状，粒径约为10 μm。国产重质碳酸钙的相对密度为2.6～2.8 ，白度为74 %～78 %。重质碳酸钙主要用作橡胶的填充剂，也可用作着色剂、干燥剂、隔离剂和脱模剂。重质碳酸钙价格低廉，与橡胶的混炼加工性能及胶料的挺性好，多用于鞋跟、鞋底、胶布、地板和胶管等模压、挤出和发泡橡胶制品，一般用量为50 ～80 份，最高用量可达230 份。

2. 轻质碳酸钙：也称沉淀法碳酸钙，其碳酸钙质量分数一般为0.97～0.99 ，粒子呈纺锤状或柱状，粒径为0.5～6 μm ，呈性。国产轻质碳酸钙的相对密度为2.4～2.7 ，白度为80 %～90 %。轻质碳酸钙主要用作橡胶的白色补强填充剂，在胶料中易分散，具有半补强性，能提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性能，多用于输送带、胶管、胶布、胶鞋和医用橡胶制品等，一般用量为20 ～40 份，最高用量可达140 份。

3. 活性碳酸钙：主要是指粒径为1～100 nm 的超细活性碳酸钙，也称纳米碳酸钙，相对密度为2.5～2.6 。纳米碳酸钙活性高，补强性能大大优于轻质碳酸钙，与沉淀法白炭黑相当，但其胶料混炼时生热大。纳米碳酸钙多用于力车轮胎内胎和外胎、汽车轮胎内胎

【含量测定】^[5]

1. 钙黄绿素法

 (1) 主要试剂 10%稀盐酸、10%氢氧化钾溶液、0.05%甲基红指示液、钙黄绿素指示剂(取氧化钾10g，研细，加钙黄绿素0.1g，研匀)、0.05mol/L乙二胺四乙酸二钠液。

(2) 测定 取样0.12g，精称，置锥形瓶中，加稀盐酸5ml，加热便溶解，加水150ml、甲基红指示液1滴，滴加10%氢氧化钾溶液至显黄色，继续多加10ml，再加钙黄绿素指示剂20～30mg，用0.05mol/L乙二胺四乙酸二钠液滴定至溶液黄绿色荧光消失而显橙色，即得。每1ml乙二胺四乙酸二钠标准溶液相当于5.004mg的碳酸钙。

2.钙指示剂法

(1) 主要试剂 10%三乙醇胺水溶液，其他试剂同前。

(2) 操作过程 取样0.12g，精称，加稀盐酸15ml，加热使溶解，加水100ml、10%三乙醇胺溶液10ml(含重金属离子时再加1%半胱氨酸溶液5ml)、0.05%甲基红指示液1滴，滴加10%氢氧化钾溶液至显黄色，继续多加10ml，加钙黄绿素指示剂0.1g，用0.05mol/L乙二胺四乙酸二钠液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色。

【应用】^[4][6][7]

1. 碳酸钙在橡胶制品中的应用

近年来，随着我国橡胶工业的快速发展，碳酸钙的用量不断提高。

1）轮胎：轻质碳酸钙和纳米碳酸钙常部分替代低结构炭黑和白炭黑用于力车轮胎外胎胶(用量超过70 份)和内胎胶，汽车轮胎胎体帘布胶、气密层

胶、内衬层胶和内胎胶中以降低生产成本。另外，纳米碳酸钙与超细活性氧化锌并用替代普通氧化锌可提高轿车轮胎胎面胶的拉伸强度、拉断伸长率、耐屈挠性能和耐疲劳性能。

2）胶管和胶带：轻质碳酸钙和纳米碳酸钙用于胶管和胶带，一是起白色补强填充剂的作用，二是改善胶料的分散性。碳酸钙在胶管中可用于普通胶管、彩色胶管、液压胶管及短纤维补强胶管等，在胶带中可用于输送带、传动带和同步带等。

3）胶鞋：碳酸钙能适应不同的色彩要求，可提高胶料的混炼和挤出性能，在胶鞋中应用十分广泛，常与炭黑、白炭黑、钛白粉和陶土等并用用于胶鞋的鞋面、鞋底和鞋跟等部。

4）电线电缆：碳酸钙一般与炭黑、白炭黑、陶土和滑石粉等并用作矿用电线电缆、船用电线电缆、高压电线电缆等护套及电器电线电缆胶料的补强填充剂。在含氯橡胶，如CR 、氯化聚乙烯橡胶(CM)和氯化顺丁橡胶等作主体材料的电线电缆胶料中，碳酸钙除起补强填充剂的作用外，还起降低胶料酸性和吸收胶料加工过程中产生的氯化氢，从而避免胶料出现硫化延迟和返原现象的作用，同时改善胶料的挤出性能。

5）胶辊：胶辊中主要使用轻质碳酸钙。轻质碳酸钙在胶辊中主要起补强、填充和改善胶料自粘。

6）其它：碳酸钙还用作胶布及密封、减震、医用等橡胶制品的补强填充剂，海绵制品的干燥剂，乳胶制品的改性剂。

2. 碳酸钙在塑料中的重要作用

在塑料加工过程中除合成树脂作为基础原料外，科学、正确、合理地使用各种添加剂和助剂是无可非议的，其中无机粉体材料是最重要的添加剂之一。碳酸钙(包括重钙和轻钙)是使用最为广泛、用量的无机粉体材料，在所使用的无机物粉体材料总量中，碳酸钙占到70%以上。

3. 医药中应用

碳酸钙制剂可参与骨骼的形成与骨折后骨组织的再建以及肌肉收缩、神经传递、凝血机制并降低毛细血管的渗透性等。用于预防和治疗钙缺乏症，如骨质疏松、手足抽搐症、骨发育不全、佝偻病以及儿童、妊娠和哺乳期妇女、绝经期妇女、老年人钙的补充。碳酸钙不宜与洋地黄类药物合用。大量饮用含酒精和咖啡因的饮料以及大量吸烟，均会抑制钙剂的吸收。大量进食富含纤维素的食物能抑制钙的吸收，因钙与纤维素结合成不易吸收的化合物。本品与苯妥英钠及四环素类同用，二者吸收减少。维生素D、避孕药、雌激素能增加钙的吸收。含铝的抗酸药与本品同服时，铝的吸收增多。本品与噻嗪类利尿药合用时，易发生高钙血症（因增加肾小管对钙的重吸收）。本品与含钾药物合用时，应注意心律失常的发生。

【制备】^[8]

利用磷石膏脱硫钙渣资源，以磷石膏脱硫钙渣为原料合成了球形轻质碳酸，具体步骤如下：

1）氯化铵浸取：称取10g 磷石膏脱硫钙渣置于500mL 烧杯中，

加入一定量的水，使水与钙渣的液固质量比为(6～10)∶1，再加入一定量的氯化铵固体，将其放置在恒温水浴锅中充分浸取180min，浸取后的悬浊液静置至室温后，进行抽滤，滤液即为精制CaCl₂ 溶液，备用碳化，滤渣烘干称重。

2） 碳化制备轻质碳酸钙：将上述精制CaCl₂ 溶液转移进三口烧瓶，通入

CO₂ 进行碳化，控制碳化温度为40℃，通入CO2流量为40mL/min，当溶液pH 值到达6.5～7.0 时，达到碳化终点，停止反应。将碳化后的沉淀过滤，取滤渣经120℃干燥2h，即得到轻质碳酸钙产品。

【主要参考资料】

[1] 中国中学教学百科全书·化学卷

[2] 徐波, 周建烈. 补充碳酸钙制剂的研究进展[J]. 中国临床营养杂志, 2000, 8(3): 198-200.

[3] 宋龙, 张英, 李树英, 等. 碳酸钙泡腾制剂研究进展[J]. 北京联合大学学报: 自然科学版, 2018, 32(2): 36-39.

[4] 黄家明, 葛南. 碳酸钙在我国橡胶工业中的应用及研究进展[J]. 橡胶工业, 2006, 53(10): 625-630.

[5] 天然药物成分定量分析

[6] 刘英俊. 碳酸钙在塑料中应用进展[J]. 无机盐工业, 2008, 40(3): 11-13.

[7] 碳酸钙片说明书

[8] 时婷, 王新刚, 巫建锋, 等. 磷石膏脱硫钙渣制备轻质碳酸钙[J]. 化工进展, 2015, 34(1): 178-182.