V tej objavi na blogu si bomo zanimivo ogledali, kako se majhen, a močan kalcijev karbonat uporablja tako v vsakdanjem življenju kot v industriji.
Kaj imajo skupnega kreda, časopisni papir in zobna pasta? Vsi uporabljajo kalcijev karbonat kot surovino. Kreda postane bela in mehka, na časopisnem papirju ustvari gladko površino, idealno za tiskanje, in polira zobe – vse to so vloge kalcijevega karbonata. Čeprav je kalcijev karbonat vključen v številne izdelke, s katerimi se srečujemo vsak dan, se njegov pomen pogosto spregleda. Kalcijev karbonat ne le izboljša lastnosti izdelkov, ampak tudi pomaga zmanjšati proizvodne stroške in povečati učinkovitost proizvodnje. Na ta način lahko kalcijev karbonat štejemo za skritega pomočnika v vsakem kotičku našega življenja.
Zgodovina kalcijevega karbonata, znanega tudi kot apnenec, sega v čas pred milijardo let, ko so na starodavni Zemlji uspevale školjke. Nešteto školjk, ki so ležale na oceanskem dnu, se je odlagalo v dolgem časovnem obdobju. Zaradi tektonskih premikov so bile zakopane pod zemljo, izpostavljene geotermalni toploti in pritisku ter se sčasoma spremenile v apnenec. Tako je apnenec – ustvarjen s časom in močjo narave – postal bistven vir za nas danes. Ker je apnenec v naravnem stanju široko prisoten, ga je enostavno dobiti in je poceni. To je eden od razlogov, zakaj se apnenec uporablja za različne namene v vseh panogah.
Kalcijev karbonat je glavna surovina za cement, osnovo gradbenih materialov, in se pogosto uporablja v jeklarski, kmetijski in kemični industriji. Ko se uporablja kot glavna sestavina cementa, zaradi svojih močnih vezivnih lastnosti izboljša trajnost arhitekturnih struktur, v jeklarski industriji pa igra ključno vlogo pri rafiniranju železove rude in odstranjevanju nečistoč. V kmetijstvu uravnava kislost tal za spodbujanje rasti poljščin. Glede na široko uporabo na različnih področjih lahko kalcijev karbonat štejemo za bistveni element sodobne industrije.
Služi tudi kot polnilo in ojačevalno sredstvo za krepitev gume in plastike. Ko je dodan gumijastim in plastičnim izdelkom, kalcijev karbonat poveča njihovo trdnost in vzdržljivost, hkrati pa pomaga zmanjšati proizvodne stroške. Ker se uporablja na tako širokem področju, je pomembno imeti proizvodne metode, ki obdelujejo naravni kalcijev karbonat tako, da ustrezajo specifičnim potrebam posamezne panoge. Zaradi tega se proizvodni postopki za kalcijev karbonat razvijajo in uporabljajo na načine, optimizirane za vsako panogo. V naslednjih razdelkih bomo pojasnili metode, ki se uporabljajo za proizvodnjo kalcijevega karbonata.
Metode proizvodnje kalcijevega karbonata se na splošno delijo na fizikalne metode mletja in metode kemične sinteze. Prvič, metoda fizikalnega mletja vključuje udarjanje velikih delcev apnenca, da se ti razbijejo. Vendar pa samo nanašanje sile ne zagotavlja, da se bodo delci popolnoma razbili. Ko se v mlinčku na delce kalcijevega karbonata prenese udarna energija, se del te energije pretvori v kinetično energijo, zaradi česar se delci odbijejo. Preostala udarna energija se absorbira v delce in deluje kot drobljiva energija, ki povzroči njihov razpad. Ker je cilj zdrobiti kalcijev karbonat, je energija, pretvorjena v kinetično energijo, pravzaprav neuporabna. Ko se velikost delcev zaradi nenehnega drobljenja zmanjšuje, se delež udarne energije, pretvorjene v kinetično energijo, povečuje; sčasoma, ko se 100 % energije pretvori v kinetično energijo, postopek doseže mejo drobljenja, kjer do nadaljnjega drobljenja ne pride.
Obstajajo različne fizikalne metode mletja; metoda mletja kalcijevega karbonata na zraku se imenuje "suho mletje", medtem ko se metoda mletja v vodi imenuje "mokro mletje". Pri suhem mletju se zaradi omejitve mletja velikost delcev lahko zmanjša le na med 1 in 46 mikronov.
Vendar pa industrija kalcijevega karbonata včasih zahteva manjše delce. To je privedlo do razvoja metode mokrega mletja. Ko se kalcijev karbonat raztopi v vodi in zmelje, upor vode zmanjša stopnjo drobljenja delcev. To pomeni, da se manjši delež energije udarca pretvori v kinetično energijo. Posledično je mogoče dobiti veliko manjše delce, velike od 0.35 do 1.2 mikrona. Visoko precizno mokro mletje stane približno dva- do trikrat več kot suho mletje. Delci, pridobljeni s to fizično metodo mletja, se imenujejo težki kalcijev karbonat.
Nato je načelo metode kemijske sinteze enostavno razumeti, če si ogledamo molekulsko formulo kalcijevega karbonata. Ko živo apno reagira z ogljikovim dioksidom, tvori kalcijev karbonat. Ker naravno živo apno ne reagira dobro z ogljikovim dioksidom, se živo apno raztopi v vodi, da tvori kalcijev hidroksid, ki nato reagira z ogljikovim dioksidom. Po reakciji dobimo kalcijev karbonat in vodo, ki se ponovno uporabi za raztapljanje še več živega apna. Morda ste v apnenčastih jamah videli stalaktite, ki so podobni ledenim svečam. Metoda kemijske sinteze na ta način uporablja rekristalizacijo delcev kalcijevega karbonata.
Prva prednost metode kemične sinteze je, da je velikost delcev mogoče prosto nadzorovati. Ker delci kalcijevega karbonata rekristalizirajo po ena molekula naenkrat, dodajanje zaviralca rasti ustavi proces kristalizacije, ko se oblikujejo delci želene velikosti. Zato je mogoče proizvajati delce do izjemno drobnih delcev. Koloidni kalcijev karbonat, proizveden s metodo kemične sinteze, ima velikost delcev od 0.03 do 0.08 mikrona, kar je več kot 10-krat manj kot pri fizičnem mletju. Proizvaja se tudi trdi kalcijev karbonat z velikostjo delcev približno od 0.08 do 3 mikronov.
Druga prednost metode kemične sinteze je, da omogoča nadzor nad želeno obliko delcev. Delci kalcijevega karbonata, pridobljeni s fizičnim mletjem, so bili izpostavljeni fizičnim udarcem iz vseh smeri, kar je povzročilo skoraj sferično obliko brez ostrih robov. Vendar pa metoda kemične sinteze omogoča igličaste, pravokotne prizmatične ali ploščate strukture, odvisno od orientacije plasti kalcijevega karbonata, zaradi česar je primerna za različne industrijske aplikacije. Igličasti kalcijev karbonat se na primer uporablja kot polnilo v lahkem papirju. Sferični kalcijev karbonat, pridobljen s fizičnim mletjem, pri agregaciji tvori gosto gručo, medtem ko igličasti kalcijev karbonat tvori ohlapno, prepleteno strukturo. Posledično je igličasti kalcijev karbonat tudi pri enakem volumnu bistveno lažji, zato se uporablja v lahkem papirju.
Vendar pa so zaradi zapletenih postopkov kemijske sinteze drage. V primeru trdega kalcijevega karbonata je več kot 10-krat dražje od suhega mletja, pri koloidnem kalcijevem karbonatu pa je postopek veliko bolj sofisticiran, kar povzroči več kot 20-kratno razliko v stroških. Zato se v splošnih panogah, kjer je cena prednostna naloga, uporablja težek kalcijev karbonat, proizveden s fizikalnimi metodami mletja. Kadar so potrebne posebne oblike ali ultrafini delci, se metoda kemične sinteze uporablja še z višjimi stroški.
Kalcijev karbonat je ena najpogosteje uporabljenih surovin na Zemlji že 5,000 let. Čeprav tega morda ne opazimo takoj, se je kalcijev karbonat uveljavil kot ključni material v številnih izdelkih, ki so tesno povezani z našim vsakdanjim življenjem – kot so papir, zobna pasta, guma in plastika. Poleg tega ima postopek kemične sinteze okolju prijazne prednosti, saj lahko zajame ogljikov dioksid, ki se sprošča iz drugih procesov, za proizvodnjo kalcijevega karbonata in s tem zmanjša emisije ogljikovega dioksida. V zadnjem času, ko so podnebne spremembe in okoljska vprašanja postala globalni problem, postopek proizvodnje kalcijevega karbonata pridobiva na pozornosti kot tehnologija za zmanjšanje ogljikovega dioksida. Zelo verjetno je, da bo kalcijev karbonat igral pomembno vlogo v okoljski industriji prihodnosti.
