碳酸钙是一种无机化合物，化学式为CaCO?，是石灰石、大理石等的主要成分。碳酸钙通常为白色晶体，无味，基本上不溶于水，易与酸反应放出二氧化碳 [1]。它是地球上常见物质之一，存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为某些动物骨骼或外壳的主要成分。碳酸钙也是重要的建筑材料，工业上用途甚广 [2]。
- 中文名
- 碳酸钙
- 外文名
- Calcium carbonate
- 化学式
- CaCO?
- 分子量
- 100.09
- CAS登录号
- 471-34-1
- EINECS登录号
- 207-439-9
- 熔 点
- 1339 ℃
- 水溶性
- 不溶于水 [23]
- 密 度
- 2.7 至 2.9 g/cm3
- 外 观
- 白色固体
- 应 用
- 用于造纸、冶金、玻璃、制碱、橡胶、医药、颜料、有机化工等部门
- 安全性描述
- S26；S36/37/39；S37/39
- 危险性符号
- R36/37/38；R41
- 危险性描述
- Xi
- 吸潮能力
- 有轻微的吸潮能力
- 遮盖力
- 有较好的遮盖力
- 折射率
- 1.49
- 比热容
- 0.836～0.8951 J/（g·℃）（0～100℃）
- 线性热膨胀系数
- 11.7×10-6/℃（15～100℃）
- 电解质类型
- 强电解质
- 分子式
- CaCO?
- 主要成分
- CaO占56.03%，CO2占43.07% [20]
- 溶解度
- 0.0014 [20]
- 介电常数
- 7.5-7.8 [20]
- 外观性状
- 白色晶体或粉末
性质
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物理性质
碳酸钙是白色微细结晶粉末，无味、无臭。有无定形和结晶两种形态。结晶型中又可分为斜方晶系和六方晶系（无水碳酸钙为无色斜方晶体，六水碳酸钙为无色单斜晶体 [3]），呈柱状或菱形，密度为2.93g/cm3。熔点1339℃（825-896.6℃时已分解），10.7MPa下熔点为1289℃。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 [4]。
大理石物质结构
其晶体结构为正交晶系。每个碳酸钙分子由一个碳原子和三个氧原子组成，其中每个氧原子都与一个钙离子相连。碳酸钙由钙离子与碳酸根离子形成离子键组成，碳酸根内部由碳氧共价键构成。其中碳酸根属于sp2杂化，中心碳原子有3个轨道和一个p轨道，根据VSEPR模型属于AY3型分子，它的VSEPR理想模型是平面三角形，分子中有3个C-O键呈平面三角形；另外，它还有一个4轨道6电子p-p大键 [5]。在晶体中，碳酸钙分子排列成平行于a轴和c轴的层状结构。这些层之间通过共面的氧原子相互连接，并形成三维网状结构。这种结构使得碳酸钙具有较高的稳定性和硬度。
霰石
方解石化学性质
4.无水碳酸钙（白色、无味、无毒的粉末状物质，轻质碳酸钙）加热至1000K转变为方解石（三方晶系，重质碳酸钙） [3]
分类
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根据碳酸钙生产方法的不同，可以将碳酸钙分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、胶体碳酸钙和晶体碳酸钙。根据碳酸钙粉体平均粒径（d）的大小，可以将碳酸钙分为微粒碳酸钙（d>5μm）、微粉碳酸钙（1-5μm）、微细碳酸钙（0.1-1μm）、超细碳酸钙（0.02-0.1μm）超微细碳酸钙（d≤0.02μm）。根据组成碳酸钙的原子和离子的排列是否有规律，可以将碳酸钙分为晶体碳酸钙和非晶体碳酸钙。此外，还有纳米碳酸钙等。
重质碳酸钙
重质碳酸钙（俗称重钙）是用机械方法（用雷蒙磨或其它高压磨）直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等制得的。 [6]
轻质碳酸钙
轻质碳酸钙（俗称轻钙），又称沉淀碳酸钙，是将石灰石等原料煅烧生成石灰（主要成分为氧化钙）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分为氢氧化钙），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸钠和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。 [6]
胶体碳酸钙
胶体碳酸钙，又称活化碳酸钙、改性碳酸钙、表面处理碳酸钙、胶质碳酸钙或白艳华，简称活钙，是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重钙碳酸钙进行表面改性而制得。由于经表面改性剂改性后的碳酸钙一般都具有补强作用，即所谓的“活性”，所以习惯上把改性碳酸钙都称为活性碳酸钙。
性质：胶体碳酸钙是极细微的白色粉末，无臭、无味,粒子近似球体，粒径0.1um以下，因粒子表面吸附了一层脂肪皂，故具有胶体活化性能是优良的白色补强性填料。溶于水，遇酸分解，灼烧时变成焦黑色，放出二氧化碳并生成氧化钙。比重1.99～2.01。 [6]
晶体碳酸钙
将氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙，经活性炭脱色，除杂，使氯化钙在氨水存在下用二氧化碳碳酸化即得碳酸钙，再经结晶，分离，洗涤，脱水，烘干，筛选制得。
性质：纯白色，六方结晶型粉末。比容1.2～1.4毫升/克。溶于酸，几乎不溶于水。 [6]
用途：用于牙膏、医药等方面，亦可用作保温材料和制取其他化工原料。
纳米碳酸钙
纳米碳酸钙（超细碳酸钙）粒度介于1-100nm，是20世纪80年代新发展起来的一种粉体材料。它是一种优良的无机填料。用于塑料中与树脂亲合性好，可有效增加或调节材料刚性、韧性以及弯曲强度等，并可改善塑料加工体系的流变性能，降低塑化温度，提高制品尺寸稳定，耐热性及表面光洁性;在NR，BR，SBR等橡胶体系中，容易混练，分散均匀，并可使胶质柔软，还能提高压出加工性能和模型流动性.使橡胶制品具有表面光滑，伸长率大，抗张强度高，永久变形小，耐弯曲性能好，耐撕裂强度高等特点。 [9]与普通碳酸钙相比，纳米碳酸钙有着特殊的晶体结构、表面电子结构，且具有优异的量子尺寸效应及表面效应，在化工、催化、光学、磁性、电学等领域应用广泛 [10]。但纳米碳酸钙易团聚，表面亲水疏油，限制了其在有机体中的应用。
制法工艺
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工业制法
轻质碳酸钙制法
磷石膏制备轻质碳酸钙 [11]
步骤Ⅰ：将磷石膏用42℃热水洗涤后用去离子水磨浆并加入到反应器中，设置电动搅拌器搅拌转速为350r/min，然后缓慢滴加碳铵，反应温度为125℃，恒温反应1h，反应结束后，过滤得滤液和沉淀物，滤液冷却结晶，再过滤，将结晶于干燥，得硫酸铵；
步骤Ⅱ：取步骤Ⅰ中的沉淀物，加入去离子水磨浆，置于反应器中，设置电动搅拌器搅拌转速为150r/min，通入二氧化碳，二氧化碳流量为250mL/min，反应2h，过滤，回收滤液加热至温度为95℃，反应2h，产生的二氧化碳重复利用，反应完全后，过滤，滤液回收返回反应器中进行二次反应，沉淀物离心脱水后于205℃脱水干燥30min，即得轻质碳酸钙。
电石渣制备轻质碳酸钙 [12]
将一定量灰褐色的电石渣放入大烧杯中，加入自来水，调整固含量在20%左右待用；将一定量的生石灰倒入40℃水中，充分搅拌，制备出石灰消化液，调整固含量在20%左右待用。将预处理后的电石渣和消化液按所需比例混合，60目筛后，再通入12%浓度的CO2，打开机械搅拌，反应过程中用恒温水浴锅控制反应温度，保持反应温度恒定，当电导率下降并保持恒定时达到反应终点，反应结束后用抽滤瓶真空抽滤，得到的滤饼在烘箱中烘干，烘箱温度在110～120℃左右，得到碳酸钙产品。
碳化法制备轻质碳酸钙 [13]
(1)白云石煅烧。白云石矿经粉碎后过50目筛,在950℃下煅烧120min制得白云石煅烧粉，密封保存备用。
(2)相转移反应。按一定的摩尔比称取煅烧粉(氧化钙)和相转移剂(柠檬酸铵),在350r/min转速搅拌下在盛有100mL去离子水的烧杯中进行相转移反应,过滤得到可溶性柠檬酸钙溶液;在95℃下陈化1.5h,得到不溶性柠檬酸钙沉淀,再经过滤、洗涤得到滤饼备用。
(3)碳化沉淀。将上述不溶性柠檬酸钙滤饼加水制浆,配制成一定钙离子浓度的悬浊液,加入计量氨水和去离子水,再以一定流速向其中通入CO2,一定温度下搅拌至体系pH达到一定值,过滤、洗涤得到CaCO3,滤饼,在60℃下干燥5h即得轻质CaCO3样品
活性碳酸钙制法
方法一 [14]：
(1)将石灰石破碎，将破碎后的石灰石送入煅烧窑进行煅烧得到石灰产物，同时将反应后的窑气收集起来;(2)将得到石灰产物采用纯碱法盐水精制技术制成精制石灰，向其中加入水制成氢氧化钙溶液；(3)将收集的窑气送入除尘器进行处理，再通入到氢氧化钙溶液中，经洗涤干燥处理，制备轻质碳酸钙；将轻质碳酸钙溶于水，并向溶液中添加2-4％的复合偶联剂，搅拌后洗涤干燥;(4)将洗涤干燥后的粉体送入煅烧箱中烘烤，冷却后粉碎即可
方法二 [15]：
步骤1：将氧化钙粉末粉碎至10～50μm，加入热水中消化，然后加水稀释，高速搅拌均匀后配制成质量百分比浓度为1～5％的氢氧化钙悬浊液；
步骤2：在15～25℃下通入含有CO2的气体进行碳化，气体中CO2的含量保持在20～35％之间，碳化至PH为6?7，得到碳酸钙浆液；
步骤3：将芳香族聚酯多元醇加热溶解后，与铝酸酯通过超声波混合搅拌均匀，配置成表面处理剂溶液；
步骤4：向碳酸钙浆液中加入碳酸钙浆液重量的0.7～2.0％的表面处理剂溶液，搅拌均匀，进行包覆处理0.5～2h，得表面改性碳酸钙浆液；
步骤5：将表面改性碳酸钙浆液与CO2和氮气混合的压缩气体分别通过两流体雾化喷嘴,表面改性碳酸钙浆液被高压CO2和氮气混合气体分散成微米级液滴的同时，发生碳化反应，并迅速被热气流干燥，直接得到本发明的活性轻质碳酸钙粉末。
碳酸钙晶须制法
复分解反应法:
复分解反应法是通过将可溶性的钙盐和碳酸盐缓慢混合，在一定的温度条件下，使二者缓慢发生复分解反应而生成碳酸钙晶须。
尿素水解法:
尿素水解法制备碳酸钙晶须的原理是利用尿素水解反应生成的二氧化碳气体作为反应物，将其与可溶性钙盐进行化学反应生成碳酸钙，在反应过程中需要控制其反应条件如温度和压力等。由于文石型碳酸钙晶体的生长需要在较低的过饱和度进行，因此在尿素水解法制备晶须的过程中需要控制尿素水解的速率，进而控制好CO2气体参与反应的速率，降低体系中的碳酸钙的过饱和度，来制备纯度较高的文石型晶须。
碳化法:
碳化法是将二氧化碳气体以一定的速率通入到Ca(OH)2悬浊液中制备碳酸钙晶须的一种方法。但是由于方解石的热力学更为稳定，CO2与Ca(OH)2反应有生成方解石相的趋势，因此一般利用这种方法需要在碳化反应开始时向体系中加入晶型控制剂，一般是镁化合物和可溶性磷酸盐作为晶型控制剂。 [21]
超细轻质碳酸钙制法
碳化法：
将石灰石等原料煅烧生成石灰（主要成份为氧化钙）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成份为氢氧化钙），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。
纯碱（Na2CO3）-氯化钙法：
在纯碱水溶液中加入氯化钙，即可生成碳酸钙沉淀。
苛化碱法：
在生产烧碱（NaOH）过程中，可得到副产品轻质碳酸钙。在纯碱水溶液中加入消石灰即可生成碳酸钙沉淀，并同时得到烧碱水溶液，最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制的轻质碳酸钙。
联钙法：
用盐酸处理消石灰得到氯化钙溶液，氯化钙溶液在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化便得到碳酸钙沉淀。
苏尔维（Solvay）法：
在生产纯碱过程中，可得到副产品轻质碳酸钙。饱和食盐水在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化，便得到重碱（碳酸氢钠）沉淀和氯化铵溶液。在氯化铵溶液中加入石灰乳便得到氯化钙氨水溶液，然后用二氧化碳对其进行碳化便得到碳酸钙沉淀。 [22]
重质碳酸钙制法
（1）粉碎法：首先将含有CaCO3在90%以上的白石在旋转式破碎机中进行粗粉碎，使大块岩石被破碎至能通过76mm的筛网。然后在锤式粉碎机，旋转锤式磨、鼠笼式粉碎机或捣碎机、旋辊磨、硬磨机或轮碾机中进行细粉碎，使CaCO3破碎到能通过100目的筛网。最后再经附有粉碎收集器和真空管的雷蒙德真空磨或砾磨机进行粉化。再经空气分离，即利用反作用旋转或多叶导向板依靠离心分离作用除去过大尺寸的粒料。所得物料经筛选分级即得成品。
（2）置换法：将一定浓度的氯化钙溶液加入至一定浓度的碳酸钠溶液中，进行置换反应，再经沉淀、分离、干燥、粉碎、过筛而得。
超细碳酸钙制法
（1）研磨法：湿磨钙的原料是重质碳酸钙或白度＞93°、含钙量＞98%的方解石，经配料、湿磨、压滤、烧干、包装得。（2）沉淀法：石灰石经高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，将石灰水消化得氢氧化钙，石灰乳经分级后与净化的二氧化碳反应，碳化结晶时加入结晶控制剂，以控制结晶型，或加入乳化剂和表面处理剂，使活性剂与刚生成的微细碳酸钙颗粒表面均匀覆盖，碳化结晶后再经离心脱水、干燥、分级、包装制得。
实验室制取方法
可利用Ca(OH)?+Na2CO?=CaCO?+2NaOH制备。 [7]
主要用途
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实验室用途
1.在生物 “提取绿叶中的色素”实验里，研磨时加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。 [16]
2.碳酸钙在制备CaO、Ca(OH)2、NaOH时有应用：将碳酸钙高温煅烧，生成氧化钙和二氧化碳，反应方程式：
3.碳酸钙与盐酸（一般为稀盐酸）反应可以制备二氧化碳：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O（产物氯化钙溶液可标化皂液） [4]
除此之外还可以验证和测定有机化合物反应中的卤素，水分析，验证磷，用氯化铵分解硅酸盐，准备氯化钙溶液以标准化肥皂溶液等。
工业用途
碳酸钙是用途极广的宝贵资源石灰石作为矿物原料的商品名称。石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为1∶3。石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。 [8]
1.用于塑料生产
碳酸钙被广泛用在填充聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、丙烯晴丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等树脂之中。添加碳酸钙对提高改善塑料制品某些性能以扩大其应用范围有一定作用，在塑料加工中它们可以减少树脂收缩率，改善流变态，控制粘度。还能起到以下作用：
（1）提高塑料制品尺寸的稳定性；
（2）提高塑料制品的硬度和刚性；
（3）改善塑料加工性能；
（4）提高塑料制品的耐热性；
（5）改进塑料的散光性；
（6）可使制品具有某些特殊性能；
（7）降低塑料制品成本。 [17]
2.用于食品工业
在食品工业中可作为添加剂使用。如，可用于各种饲料添加剂，含钙量达55.6％以上，无有害成分。可作补钙剂，吸收率可达39%，仅次于果酸钙，可溶于胃酸，已成为剂型最多、应用最多的补钙剂。 [6]
3.用于建筑业
可用做塑料厂，橡胶厂，涂料厂，防水材料厂的原料及内外墙粉刷。具有高纯度、高白度、无毒、无臭、细油质低、硬度低的特点。大理石也是重要的、可用于房屋建造的建筑材料。
4.用于化工制造业
350目至400目的可用于制造扣板，落水管道，化工。白度在93度以上。400目至600目的可用于牙膏膏体，肥皂。白度在94度以上。800目的可用于橡胶，电缆，pvc，白度在94度以上。 [6]
也可用于制造光学钕玻璃原料等。
5.用于精细陶瓷材料
碳酸钙可用于制备高温稳定、电介质、热传导率低、微孔和高度纯净的陶瓷材料。例如在火花塞制备中广泛使用的白色导体，以及重要的精细陶瓷材料，如半导体材料、氧化铝和珐琅颜料等。
6.用 矿物填料和磨料
工业用的碳酸钙还可以用作矿物填料和磨料。在化工和建筑材料生产中，碳酸钙可以替代一些昂贵的材料，如白铅矿、滑石和滑石粉等。在磨料中，碳酸钙的颗粒表面可以与磨料基质相互作用，增强磨料的耐磨性和磨削效率，以提高磨料的效率和耐用性。
7.用于营养补充剂
市面上的大部分钙片的主要成分为碳酸钙。碳酸钙需要随餐服用 [18]。碳酸钙由于含有碳酸的关系，容易在酸性环境下产生二氧化碳，对于胃酸分泌较差或正在使用胃酸抑制剂者，则不适合服用 [19]。
安全措施
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环境危害
根据国家和地方有关法规的要求处置。或与厂商或制造商联系，确定处置方法。该物质对环境基本没有危害，未经政府许可，勿将其倒入水中。 [1]
健康危害
从事开采加工的工人常出现上呼吸道炎症、支气管炎，可伴有肺气肿。X线胸片上出现淋巴结钙化，肺纹理增强。作业工人患尘肺主要与本品中所含有二氧化硅杂质有关。
操作处置与贮存
密闭操作，注意通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜。避免产生粉尘。避免与酸类接触。储存注意事项:应与酸类分开存放。
安全信息
危险运输编码：暂无
安全标识：S26 S37/S39 S36/S37/S39
危险标识：R36 R41 R36/38 R37/38 [1]
毒理资料
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急性毒性：LD50：6450mg/kg（大白鼠经口），对眼睛有强烈刺激作用，对皮肤有中度刺激作用。 [1]
分布情况
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中国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一。除上海、香港、澳门外，在各省、直辖市、自治区均有分布。据原国家建材局地质中心统计，全国石灰岩分布面积达43.8万平方千米（未包括西藏自治区和台湾省），约占国土面积的1/20，其中能供做水泥原料的石灰岩资源量约占总资源量的1/4～1/3。为了满足环境保护、生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量还将减少。 [9]
全国已发现水泥石灰岩矿点七、八千处，其中已有探明储量的有1286处，其中大型矿床257处、中型481处、小型486处（矿石储量大于8000万吨为大型、4000～8000万吨为中型、小于4000万吨为小型），共计保有矿石储量542亿吨，其中石灰岩储量504亿吨，占93%；大理岩储量38亿吨，占7%。保有储量广泛分布于除上海市以外29个省、直辖市、自治区，其中陕西省保有储量49亿吨，为全国之冠；其余依次为安徽省、广西壮族自治区、四川省（含重庆市），各保有储量34～30亿吨；山东、河北、河南、广东、辽宁、湖南、湖北7省各保有储量30～20亿吨；黑龙江、浙江、江苏、贵州、江西、云南、福建、山西、新疆、吉林、内蒙古、青海、甘肃13省各保有储量20～10亿吨；北京、宁夏、海南、西藏、天津5省各保有储量5～20亿吨。 [9]
