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粉体百科|各显奇能的碳酸钙家族


来源:中国粉体网   三昧

[导读]  各显奇能的碳酸钙家族。

中国粉体网讯  据地质资料表明,地壳中所含钙元素为3.45%,其中绝大部分是以碳酸钙的形式存在。你见过天安门前的华表、金水桥上的石狮、人民英雄纪念碑四周的浮雕、闪闪发光的珍珠、洁白如雪的汉白玉、像水晶般晶莹透明的冰洲石……他们的化学成分都是碳酸钙。碳酸钙家族形成许多不同的矿物并且有广泛的用途,是极其宝贵的财富。


石灰石


石灰石的性质特点


石灰石俗称青石、灰岩,是矿物的集合体,主要矿物成分是方解石,其次常含有白云石,菱镁矿及其它碳酸盐类矿物。纯石灰岩的化学成分接近CaCO3理论成分,CaO占56.04%,CO2占43.97%。


石灰石以方解石微晶呈现,晶体形态复杂,常呈偏三角面体及菱面体,浅灰色或青灰色致密块状、粒状、结核状及多孔结构状。硬度3,密度2.6~2.9,熔点为825℃,在830~1020℃之间分解为氧化钙和二氧化碳,遇稀酸发生泡沸,并溶解。


石灰石的应用


其一,石灰石本身是生产玻璃、水泥的主要原料。石灰和石灰石大量用做建筑材料,也是许多工业的重要原料。


其二,碳酸钙是石灰石的主要组成部分。碳酸钙可直接加工成石料和烧制成生石灰。可应用于橡胶、塑料、涂料、造纸、食品、医药等行业。


 


大理石


大理石的性质特点


大理石是重结晶的石灰石,主要由方解石、蛇纹石和白云石组成;主要成分为碳酸钙,其他还有碳酸镁、氧化钙、氧化锰及二氧化硅等。


大理石硬度一般为3.5~4.0,性脆、纯净的大理石又称“汉白玉”。含有不同杂质的大理石闪现出不同颜色,如绿色的“东北绿”、咖啡色的称“老晚霞”“黄金玉”等。


大理石的应用


大理石以自然古朴的纹理,鲜艳亮丽的色泽,被广泛应用于建筑内饰墙。在大理石开采、加工过程中产生的碎石、边角余料也常用于人造石、水磨石、石米、石粉的生产,可用于涂料、塑料、橡胶等行业的填料。


白垩


白垩的性质特点


白垩(chalk),又称白土粉、白土子、白埴土、白善、白墡、「白墠」。白垩是一种微细的碳酸钙的沉积物,是方解石的变种。纯的白垩土色白、发亮,CaCO3含量可达90%以上,含有杂质的白垩土因杂质不同而呈淡灰、淡黄、浅绿色等,CaCO3含量在80~90%。晶型呈复三方偏三角面体,不透明,玻璃光泽,硬度3,密度2.93g/cm3,性脆,(1011)解理完全,参差状贝壳状断口,几乎不溶于水,在含有铵盐或三氧化二铁的水中溶解,不溶于醇,露置空气中无反应。


白垩的应用


白垩土经选矿加工成重质碳酸钙,具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低、磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点,可应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、密封、日用化工行业。


冰洲石


冰洲石的性质特点


冰洲石,即无色透明的方解石,因最早是发现于冰岛,故被称为“冰洲石”。这样的方解石有一个奇妙的特点,就是透过它可以看到物体呈双重影像,具有最高的双折射率和偏光性能。冰洲石为菱面体结构,硬度3.0,比重2.6~2.8,熔点1339℃。优质冰洲石的晶体产于玄武岩的方解石脉和沸石方解石脉中。


冰洲石的应用


冰洲石是重要的光学材料。主要用于国防工业和制造高精度光学仪器,亦广泛用于无线电电子学、天体物理学等高新技术领域。如用于光学工业中的偏光棱镜和偏光片,制造天文太阳黑子仪,用于微距仪中的心脏材料,也用于宝石二色镜中的棱镜。


钟乳石


钟乳石的性质特点


钟乳石(stalactite),是指碳酸盐岩地区洞穴内在漫长地质历史中和特定地质条件下形成的石钟乳、石笋、石柱等不同形态碳酸钙沉淀物的总称。主含碳酸钙,并含有Fe、Cu、Na、K、Mn、Cr、Mg及Si等微量元素和La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Yb及Lu等稀土元素。

 

来源:网络


钟乳石的应用


钟乳石既有观赏。收藏价值,又有实用价值。其味甘性温,有温肺助阳、平喘制酸之效。主治肺虚壅喘急,腰膝冷痛,胃痛泛酸,乳汁不通等症。


文石


文石的性质特点


文石化学组成为CaCO3(orthorhombic,正交晶系或称斜方晶系)。与方解石等成同质多象。文石晶体具有玻璃光泽,断口为油脂光泽。具不完全的板面解理。贝壳状断口。在自然界文石不稳定,常转变为方解石。文石的集合体则没有光泽,多呈皮壳状、鲕状、豆状、球粒状等。

文石可外生于近代海底沉积或粘土中、石灰岩洞穴中;也可形成于内生作用,产于温泉沉积及火山岩的裂隙和气孔中,是低温矿物。也有生物成因的,产于某些贝壳中。


文石的应用


品质较佳者,经加工打磨后呈现美丽的同心圆花纹,称为文石眼,可制成文石饰物制品、印材等。


球霰石


球霰石的性质特点


球霰石即μ-CaCO3,是碳酸钙的一种不太稳定的结晶形态,在自然界中非常稀有,之前曾在一些海洋和淡水甲壳动物、鸟卵、鲑鱼的内耳、陨石和岩石中发现少量球霰石晶体。2018年,英国剑桥大学的研究人员在国际上首次发现一些虎耳草属(Saxifraga)高山植物的叶片可以产生稀有矿物球霰石,相关研究结果发表在《植物志》上。


球霞石作为热力学不稳定的碳酸巧晶型,具有独特的介孔结构、较高的比表面积、良好的渗透性、生物相容性、生物可降解性、特殊的形貌等性质。


球霰石的应用


球霰石可应用于个人护理产品添加剂、医药载体、光电材料、颜料、高档油墨、催化剂载体等领域。例如可应用于微胶囊、复合材料和仿生材料等制备领域;可提高药物的溶解速率,增强药物的效果;利用球霰石,人们还可以改良骨科治疗中常用的石膏;在工业上,可以通过利用球霰石减少墨水的横向扩散来改善喷墨打印纸的质量。


碳酸钙家族的其它成员


碳酸钙家族已知有三种无水晶相—方解石、文石和球霰石,以及两种含水晶相—一水碳酸钙(CaCO3•1H2O)和六水碳酸钙(CaCO3•6H2O)。除了以晶体形式存在之外,碳酸钙也以多种不同结构和含水量的无定形状态存在。


2019年1月25日,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室副研究员邹朝勇在《Science》发表文章称,他们研究镁离子在无定形碳酸钙结晶过程中的作用时,意外发现了一种新型含水碳酸钙晶相—半水碳酸钙(CaCO3•1⁄2H2O),为碳酸钙家族迎来了第三个“家庭成员”水合晶体相。


半水碳酸钙由直径约为200nm、长度约为5μm的针状晶体组成,其红外、拉曼光谱以及高分辨X射线粉末衍射图谱与目前所有已知的碳酸钙物相均不相同。其中最突出的特点是CO3基团的对称振动模式所对应的拉曼峰在1102cm-1,显著高于其他碳酸钙物相。

 

半水碳酸钙的形貌和结构表征


这项研究不仅拓宽了我们对碳酸钙家族的认识,同时也展示了不稳定的无定形前驱体在形成新材料过程中的重要作用,这对生物矿化、地质学和工业生产等方面都有重要意义。


石灰石、方解石、大理石、文石、白垩、球霰石、钟乳石、冰洲石、珊瑚、贝壳、半水碳酸钙等等,未来或许会有更多成员出现在碳酸钙大家族。


参考资料:

王立方.漫话碳酸钙家族

中国岩溶探险.说说文石和它的碳酸钙兄弟们

百度百科、中国粉体网、科技日报


(中国粉体网编辑整理/三昧)

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