فرآیند تولید صنعتی کربنات کلسیم

فرآیند تولید صنعتی کربنات کلسیم

کربنات کلسیم به دو روش اصلی تولید می‌شود: استخراج از منابع طبیعی و سنتز شیمیایی. نوع طبیعی آن از معادن سنگ آهک، مرمر و گچ استخراج شده و پس از فرآوری به‌صورت پودرهای مختلف عرضه می‌شود. در مقابل، نوع سنتزی که به نام کربنات کلسیم رسوبی (PCC) شناخته می‌شود، از واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده تولید می‌گردد و معمولاً خلوص بالاتر و اندازه ذرات یکنواخت‌تری دارد.

در فرآیند استخراج طبیعی، سنگ آهک پس از استخراج از معدن، وارد مرحله خردایش می‌شود تا به اندازه‌های مناسب برای آسیاب شدن برسد. سپس طی مراحل مختلف، از جمله کوبش، آسیاب و جداسازی، ذرات با اندازه‌های مختلف به دست می‌آید. این محصول نهایی که کربنات کلسیم زمین‌شده (GCC) نام دارد، در صنایع مختلف مانند رنگ، کاغذ و پلاستیک به‌عنوان پرکننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در روش سنتزی، کلسیم هیدروکسید (Ca(OH)₂) با دی‌اکسیدکربن (CO₂) واکنش داده و کربنات کلسیم رسوبی تولید می‌شود. این واکنش در محیط‌های کنترل‌شده انجام می‌گیرد تا محصولی با ویژگی‌های خاص از نظر اندازه ذرات، خلوص و پراکندگی به دست آید. این نوع کربنات کلسیم در صنایع داروسازی، آرایشی، غذایی و پوشش‌های پیشرفته کاربرد دارد.

فرآیند تولید PCC شامل چندین مرحله حیاتی است. ابتدا آهک زنده (CaO) از طریق تکلیس سنگ آهک در دمای حدود ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود. سپس آهک زنده با آب ترکیب شده و کلسیم هیدروکسید به دست می‌آید. در نهایت، گاز دی‌اکسیدکربن به محلول کلسیم هیدروکسید تزریق شده و کریستال‌های ریز کربنات کلسیم به‌صورت رسوب تشکیل می‌شوند.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی کربنات کلسیم تولیدی، وابسته به پارامترهایی همچون دما، فشار، غلظت واکنش‌دهنده‌ها و شرایط کریستالیزاسیون است. تغییر در این پارامترها می‌تواند منجر به تولید انواع خاصی از PCC با اندازه‌های نانومتری یا میکرومتری شود که برای کاربردهای صنعتی متنوع مناسب هستند.

یکی از چالش‌های تولید کربنات کلسیم، کنترل ناخالصی‌ها است. در روش‌های صنعتی، از روش‌هایی مانند فیلتراسیون، سانتریفیوژ و شست‌وشوی مکرر برای حذف مواد ناخواسته استفاده می‌شود. همچنین، در برخی کاربردهای حساس مانند داروسازی، روش‌های خالص‌سازی ویژه‌ای برای دستیابی به خلوص بالاتر به کار گرفته می‌شود.

با پیشرفت فناوری‌های تولید، روش‌های جدیدی برای کنترل بهتر اندازه و مورفولوژی ذرات کربنات کلسیم توسعه یافته است. استفاده از فناوری نانو و مهندسی سطح، امکان تولید انواع خاصی از این ترکیب را فراهم کرده که در صنایع نوین مانند بیوتکنولوژی، پلیمرهای پیشرفته و مواد هوشمند به‌کار می‌روند.