كربونات الكالسيوم
السياق الجيولوجي
تستخلص كربونات الكالسيوم المستعملة كحُشْوَة، عادة، من تفتُت الصخور الطبيعية عن طريق البياض المتزايد للحجر الطباشير، ثم الكلس فالرخام.
تحتوي الكربونات المستعملة كحُشْوَة، في أغلب الأحيان، على 95% من CaCO3. المعادن الأكثر انتشارًا هي:
  • الكَلْسِيت ( نظام مَوْشُورِي سُداسي)
  • أراغُونِيت ( نظام معِيني مستقيم) و هو نادر.
  • دُولُومِي: دولومي هو معدن كربونات الكلسيوم و المغنيزيوم, الصيغة الكيمائية هي CaMg(CO3)2
يمكن لبعض الشوائب أن تؤثر في الخصائص الفيزيائية و الكيمائية لهذه الكلسات:
  • كربونات المَغْنِيزْيُوم ( في الكلسات الدُولُومِيتِيَّة)
  • الصلصال ( كلسات سجٌيليات)
  • كوارتز ( كلسات حثي)
  • سِيلِيس ( الشِيرْت أو صوان)
  • المواد العضوية ( تلوينات سمراء أو رمادية)
  • أكسيدات الكَبْرِيتُور.
تعد الكلسات و الطباشير صخورا رسوبية راكدة أساسا في الوسط البحري أو البُحَيْرِيّ. و من بين الصخور التي تحتوي على أكثر من 50 % من CaCO3 نميّْز حسب الأصل:
  • الكلسات العضوية الناتجة عن نشاط الكائنات الحية: الكلسات المتشكلة أو المرصوفة و الكلسات البيورضيخية. أما الطباشير فينتج عن تكدس الميكرو-كائنات إلى قشرة الكلس، الكوكوليث.
  • الكلسات ذات الأصل البيو أو الفيزياء الكيميائية المتكونة من ترسيب الكالسيوم المُنْحل في الماء: الكلس الأوليتيّ و بِيزُولِيتِيّ، الكتل المتحجرة من ينابيع حارة ( طفّة و تْرَافَرْتِين) أو المغارات ( الهوابط و الصواعد)
  • الكلسات ذات الأصل من الرواسب الفُتَاتِيَة الناتجة عن سَمْنَتَة البقايا الآتية من تحول صخور الكربونات الأخرى. أما الرخام فيأتي من تحول صخور الكلس. و كثيرا ما نلاحظ، عند إعادة تبلور الكلسيت، الميغ
يمكن التحصل كذلك، بطريقة تركيبية، على كربونات الكالسيوم الخالص. هذه الطريقة معروفة باسم كربونات الكالسيوم الراسبة.
الخصائص
تصل صلابة الكلسيت إلى 3 على سلم Mohs، و 3,5 للأرَاغُونِيث و من 3,5 إلى 4 للدولومي ( هذه الأخيرة إذن هي جد حاكّة لبعض الاستعمالات كصناعة الورق).
  • الحُشُوَات، الغليظة (20 إلى 45 µم) تُستعمَل من أجل كثافتها و سِعْرها المنخفض ( مُوكِيت)
  • حُشُوَات ذات القياس الحبيبي المتوسط (10 إلى 20 µم) تساهم في زيادة البياض و تخفيض السعر ( ملاط مانع للتّسرب، شريط مصمغ)
  • الحُشُوات الدقيقة ( 3 إلى 10µم) و الأكثر دقة ( 0.5 إلى 2 µم) تسمح بتحسين المقاومات التقنية و الكهربائية، الكثافة، اللون و عدم الشفافية، أو لحل بعض المشاكل الصناعية ( الورق، البلاستيك، الدهان).
الاستعمالات
للحُشُوَات الكربوناتية عدة تطبيقات صناعية. حيث تعطي بعض الخصائص للمنتوج النهائي( البياض مثلا) و كثيرا ما تسمح بتخفيض التكلفة.
ففي فرنسا، تنقسم أحجام استعمالات الكلس الأبيض إلى ما يلي:
  • الورق 28 %
  • صناعة الزجاج و السيراميك 25 %
  • العلف 25 %
  • البلاستيك 7 %
  • المطاط و غراء الموكيت 7 %
  • الدهان 7 %
  • الصيدلة و المنتجات الفلاحية 1 %
أما في الولايات المتحدة، يمكننا اعتبار أن سوق هذه المنتوجات تنقسم، بالقيمة، كما يلي:
  • البلاستيك 45 %
  • الورق 20 %
  • الدهان 15 %
  • الغراء 10 %
  • الموكيت 5 %
  • المطاط 5 %
صناعة الورق
تسمح الحُشُوَات المعدنية بتحسين قابلية الورق للطبع و التخفيض من تكلفة صناعته. حيث تستعمل كربونات الكالسيوم المسحوقة في كتلة الورق من أجل ملئ الفجوات المتواجدة بين ألياف السِلِيلُوز. و تستعمل كذلك في ترقيد الورق، و يتمثل ذلك في وضع على سطح الورق، خليط من الحُشُوَات المعدنية، اللاتِيكْس والماء. وعموما، فإن نسبة المعادن في الورق تتغير من 15 إلى 30% و تصل إلى 40% بالنسبة إلى الورق الرفيع.
الخصوصيات المنتظرة
الحشوات إرقاد
البياض ( على منتوج جاف) 85 إلى 96% 1.5 إلى 3%
مؤشر الأصفر(اصفرار) 1.5 على 4.5% 1.5 إلى 3%
قياس الحبيبة 86% < 2µم 90 إلى 95% < 1µم
1% <10µم على الأكثر 0.7µم متوسطة
المساحة المعينة 10م² / غ
الحكاكة 4 مغ
الاستعمالات في البلاستيك و المطاط:
أغلب الرَاتِينَات التي تستعمل في صناعات هذه المنتجات ليست خالصة، و إنما هي ممزوجة بمواد أخرى لصناعة "المُرَكَبَات". و تستعمل الحُشُوَات في أكثر من عشرين نوعا من الرَاتِينَات غير أنّ أربعة أنواع منها ( مُتَعدد البْرُوبِيلِين، مُتعدد الأمِيدَات، بُولِيسْتِر اللَّدِن بالحرارة و كْلُور البُولِيفْنِيل) تمثل 90% من سوق الحُشُوَات المعدنية في البلاستيك. و يشكل PVC و المطاط السوقين الأساسيين لكربونات الكالسيوم. حيث كثيرا ما يحتوي PVC من 17 إلى 40% و إلى 40 حتى 80% في البَلاطَة الأرضية بال PCV. أما البُولِيسْتَر-الحراري فيحتوي من 60 إلى 70%. و تسمح كربونات الكالسيوم بتحسين إتمام السطح و بالتحكم الجيِّد في صناعة المنتوج و الرَّفْع من مقاومته الكهربائية. و من أجل تحسين العلاقة بين البلاستك وحُشْوَتِه، يستعمل الكربونات المعالجة، في أغلب الأحيان، بحمض الأسْتِيَارِيك.
الخصوصيات المنتظرة
البياض ( في المنتوج الجاف) 80 إلى 90%
قياس الحبيبة 99.5µم <44µم
10% < 1µم على الأكثر
5 إلى 7 µم متوسطة
أخذ الزيت 14غ/100غ للمسحوق
أخذ DOP (ديوتيلفتالات) 17غ/100غ للمسحوق
ملاط مانع للتسرب
البياض ( على منتوج جاف) 85 إلى 95%
البياض ( على منتوج + DOP) 36 إلى 40 ù
مؤشر الأصفر ( الاصفرار) 1.5 إلى 4.5
قياس الحبيبة 97% < 25µم
20 إلى 50% < 2µم على الأكثر
2 إلى 6 متوسطة
أخذ الزيت 14 إلى 18غ/100غ للمسحوق
أخذ DOP ( ديوتيلفتالات) 17 إلى 25غ/100غ للمسحوق
PVC
البياض ( على منتوج جاف) 93 إلى 96%
مؤشر الأصفر ( الاصفرار) 1.5 إلى 4.5
قياس الحبيبة 90% < 2µم
0.7µم متوسطة
أخذ الزيت 14 إلى 18غ/100غ للمسحوق
أخذ DOP (ديوتيلفتالات) 17 إلى 25غ/100غ للمسحوق
اللدن الحراري ( منتوجات من الطراز العالي)
الاستعمالات في الدهان
تسمح كربونات الكالسيوم بتخفيض نسبة أكسيد التِيتَان الضرورية. و تدخل بالمتوسط من 10 إلى 35% ( 50% استثنائيا) في تكوِين الدُهُون المُذَابة و خصوصا في الدهون ذات التَبَدُد المائي.
النوعيات الخاصة بكربونات الدهون هي:
  • ضعف قدرتها في امتصاص الزيت، ما يسمح بالزيادة في نسبة الحُشْوَة.
  • البياض المرتفع على العموم
  • سهولة تبدد الصباغ المستخلص من الطباشير الذي يمتزج بسهولة مع ابيض التيتان.
لكن مقابل ذلك، فأنه حساس لتأثيرات الكيمائية.
الخصوصيات المنتظرة
البياض (على منتوج جاف) 85 إلى 95%
البياض ( على منتوج جاف + D.O.P) 36 إلى 40%
مؤشر الأصفر (الاصفرار) 1.5 إلى 4.5
قياس الحبيبة 97% < 25µم
20 إلى 50% < 2µم
2 إلى 6µم
أخذ الزيت 14 إلى 18غ/100غ للمسحوق
أخذ D.O.P 17 إلى 25غ/100غ للمسحوق
و فيما يخص الدهون من الطراز العالي، فان كربونات الكالسيوم المستعملة تتعرض لمعالجة السطح بحمض الأستياريك الذي يمنحها النوعيات التالية:
البياض ( على منتوج جاف) 93 إلى96%
مؤشر الأصفر ( الاصفرار) 1.5 إلى 4.5
قياس الحبيبة 90% < 2µم
0.7µم متوسطة
الاستعمالات في الملاط المانع للتسرب و الط
يتكون الملاط المانع للتسرب من 85% من الكربونات و من 15% من زيت الكتّان. والكربونات المستعملة عادة، ليست أكثر بياضا (الطباشير المسحوق) و لا أكثر دقة( 15 إلى 20µم). أما طلاء المانع للتسرب المعني بهذه الاستعمالات، فهو عبارة عن مواد عضوية ليِّنَة بكفاية يمكن استعمالها في الحالة السائلة أو لزِجة، لتتصلب بعد ذلك و تلتصق بصفة دائمة على الحامل. و فيما يتعلق بالغراء، فيمكن تعريفه بأنه مادة عضوية أو ليست عضوية، طبيعية أو مركبة، يسمح بإلصاق وجهي مادتين. كربونات الكالسيوم هي حُشْوَة الأكثر استعمالا بفضل بياضها، تكلفتها و تعتبر مواد عالية الأداء( امتصاص الزيت، قياس الحبيبة،...)
الاستعمالات في الصيدلة و دهن التجميل
في الصيدلة، تستعمل كربونات الكالسيوم، خصوصا CCP، كسوَّاغ في صناعة الحبوب و الأقراص و كمنشط لصناعة الأقراص المسهلة للهضم. و بالنسبة إلى الدهون التجميل، تستعمل كربونات الكالسيوم، المسحوق و خصوصا CCP، في صناعة عجائن الأسنان.
وهناك خصوصيات جدُ محدودة، كما انه يخضع لمعالجات خاصة و عدة اختبارات. الاختبارات الواردة في الدراسة المتعلقة ب "كربونات الكالسيوم" للدستور الأدوية الفرنسيّ في الطبعة العاشرة ( جانفي 1989) هم كالتالي:
  • مقدار CaCO3 >= 98.5%
  • عدم ذوبان حمض الأسيتيك <= 0.20%
  • الكلورور <= 330ppm
  • السلفات <= 2500 ppm
  • الزرنيخ (As) <= 4 ppm
  • باريوم <= 200 ppm
  • الحديد <= 200 ppm
  • المنغيزيوم و معادن القلوي <= 1.5%
  • المعادن الثقيلة <= 20 ppm
  • الفقد في 105° C <= 2.0%
البياض ( على منتوج جاف) 93 إلى 96%
مؤشر الأصفر ( الاصفرار) 1.5 إلى 4.5
قياس الحبيبة 90% < 2µم
0.7µ متوسطة
أخذ الزيت 14 إلى 18غ/100غ للمسحوق
أخذ DOP 17 إلى 25غ/100غ للمسحوق
Conception et réalisation : WebServices Technologies