Carbonate de Calcium
Contexte géologique
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Les carbonates de calcium utilisés comme charge sont généralement obtenus par broyage de roches naturelles par ordre de blancheur croissante craies, calcaires et marbres.
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craies
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calcaires
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marbres
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Les carbonates utilisés comme charge contiennent le plus souvent plus de 95% de CaCO3. Le minéral le plus répandu est :
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la calcite
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l'aragonite
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La dolomie
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Un certain nombre d'impuretés peuvent affecter les caractéristiques physiques ou chimiques de ces calcaires :
Les calcaires et les craies sont des roches sédimentaires déposées essentiellement en milieu marin ou lacustre. Parmi les roches contenant plus de 50% de CaCO3 on distingue, selon leur origine :
Du carbonate de calcium très pur peut-être également obtenu par des procédés synthétiques. Il est connu sous le nom de Carbonate de Calcium Précipité (CCP).
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Propriétés
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La dureté de la calcite est de 3 dans l'échelle de Mohs, contre 3,5 pour l'aragonite et de 3,5 à 4 pour la dolomie (cette dernière est donc trop abrasive pour certains usages comme la fabrication du papier).
Les caractéristiques des carbonates de calcium utilisés comme charges minérales dépendent essentiellement de l'utilisation visée :
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Utilisations
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Les charges carbonatées ont de très nombreuses applications industrielles. Elles apportent certaines propriétés au produit fini (blancheur par exemple) et permettent souvent d'en abaisser le coût.
En France, les utilisations des calcaires blancs pour charges se répartissent, en volume, de la façon suivante:
Aux USA, on peut estimer que le marché de ces produits se répartit, en valeurs, de la façon suivante:
Fabrication du papier
Les charges minérales permettent d'améliorer l'imprimabilité du papier et de réduire son coût de fabrication. Le carbonate de calcium pulvérisé est utilisé, dans la masse du papier, pour remplir les interstices entre les fibres de cellulose.
Il est également utilisé pour le couchage du papier ce qui correspond au dépôt à la surface du papier d'un mélange de charges minérales, de latex et d'eau. Globalement, la proportion de minéraux dans le papier varie de 15 à 30% et peut atteindre 40% dans des papiers de luxe.
Les spécifications recherchées sont :
Utilisation dans les plastiques et les caoutchoucs
La plupart des résines qui entrent dans la fabrication de ces produits ne sont pas utilisées pures, mais mélangées à d'autres matériaux pour fabriquer des "compounds".
On utilise des charges dans plus de 20 types de résines bien que seulement quatre d'entre elles (polypropylène, polyamides, polyesters thermoplastiques et chlorure de polyvinyle) représentent 90% du marché des charges minérales dans les plastiques. Le PVC et le caoutchouc constituent les principaux marchés pour le carbonate de calcium. Les PVC en contiennent fréquemment de 17 à 40% et jusqu'à 40 à 80 dans les dalles de sol en PVC. Les thermo-polyesters en contiennent 60 à 70%.
Le carbonate de calcium permet d'améliorer la finition de surface, de bien contrôler la fabrication du produit et d'augmenter sa résistance électrique. Afin d'améliorer le lien entre le plastique et sa charge, on utilise des carbonates traités le plus souvent à l'acide stéarique.
Les spécifications recherchées sont:
Mastics
PVC
Utilisation dans les peintures
Le carbonate de calcium permet de réduire la proportion d'oxyde de titane nécessaire. Il entre, en moyenne pour 10 à 35% (exceptionnellement 50%) dans la composition des peintures à solvant et surtout des peintures à dispersion aqueuse.
Les qualités spécifiques des carbonates pour les peintures sont :
En revanche, ils présentent l'inconvénient d'être sensibles aux attaques chimiques.
Les spécifications recherchées sont:
Pour les peintures haut de gamme, les carbonates de calcium utilisés subissent un traitement de surface à l'acide stéarique, qui leur confère les qualités suivantes:
Utilisation dans les mastics, les enduits et les adhésifs
Les mastics sont composés de 85% de carbonates et de 15% d'huile de lin. Les carbonates utilisés ne sont généralement ni très blancs (craie broyée), ni très fins (15 à 20 µm).
Les enduits d'étanchéité concernés par ces utilisations sont des substances organiques suffisamment molles pour être appliquées à l'état liquide ou visqueux, et durcissant par la suite pour se coller de façon permanente au support. Un adhésif peut être défini comme une substance organique ou non, naturelle ou synthétique, qui permet de coller deux autres substances par un lien de surface.
Le carbonate de calcium est la charge la plus utilisée du fait de sa blancheur, des coûts et des performances (absorption d'huile, granulométrie,...).
Utilisation dans la pharmacie et les cosmétiques
Dans la pharmacie, le carbonate de calcium, essentiellement du CCP, est utilisé comme excipient dans la fabrication des pilules et des cachets et comme agent actif pour la fabrication de cachets facilitant la digestion. Dans les cosmétiques, le carbonate de calcium broyé et surtout le CCP sont essentiellement utilisés pour la fabrication des pâtes dentifrices. Les spécifications sont très strictes, des traitements spécifiques sont mis en oeuvre et de nombreux contrôles effectués. Les contrôles figurant dans la monographie "Carbonate de Calcium" de la pharmacopée française Xème édition (janvier 1989) sont les suivants:
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