碳酸钙是一种无机化合物,化学式CaCO3,在自然界中,存在于方解石、石灰石、大理石、汉白玉、白垩、钟乳石、钙华等岩石内,也是珊瑚、贝壳、蛋壳等的主要成分。
1、方解石
方解石是自然界中最常见的碳酸钙矿物,因敲击方解石可以得到很多方形碎块,故名方解石,是组成石灰岩、大理岩、钟乳石、冰洲石等的主要矿物。方解石含钙量通常要高于大理石和石灰石,可达到99%以上。
方解石可分为大方解、小方解和冰洲石,分为大方解、小方解和冰洲石,大方解石解理清晰、规则、透明度高;小方解石解理错乱、细密、不规则。方解石本身是无色或者白色的,但是通常含有铁、锰、铜等元素而呈现各种颜色。
方解石是地球造岩矿石,占地壳总量之40%以上,其种类不低于200种。我国的方解石主要分布在广西、江西、湖南一带、广西方解石在国内市场因白度高,酸不溶物少而出名。在华北东北一带也会发现方解石,但常伴有白云石,白度一般在94以下,酸不溶物过高。
2、冰洲石
即无色透明的方解石,是自然界中最纯净的碳酸钙晶体,最早是发现于冰岛,故被称为"冰洲石"。冰洲石具有强烈双折射功能和最大的偏振光功能,是重要的光学材料,更是人工不能制造也不能替代的自然晶体。
优质冰洲石的晶体产于玄武岩的方解石脉和沸石方解石脉中,常用于光学工业中的偏光棱镜和偏光片,是制造天文用的太阳黑子仪、微距仪中的心脏材料,也用于宝石二色镜中的棱镜。
3、石灰石(岩)
石灰石是以石灰岩作为矿物原料的商品名称,是以方解石为主要成分的碳酸盐岩,常含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物,呈灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等颜色。
石灰石(石灰岩)分布约占我国国土面积超35.8%,因此,我国各省区几乎都有石灰石矿。我国石灰石资源占世界总储量64%以上,自然资源部2020年统计数据表明,全国水泥石灰石储量超1400亿吨。由于勘查程度低,实际中国石灰石资源量预计远超10万亿吨。
石灰石是制备水泥、玻璃、电石、纯碱、氧化钙、氢氧化钙、轻质碳酸钙等的原料,也可以直接加工成石料和碎石料,用作建筑材料,广泛应用于冶金、环保、食品、医药、橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、化妆品等众多领域。
4、大理石(岩)
大理石主要由方解石和白云石组成,还含有硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、斜长石、石英、方镁石等,具粒状变晶结构,块状(有时为条带状)构造。纯大理石为白色,含杂质时带有各种杂色,美丽条纹,是主要的装饰建筑石料及雕刻石料。
我国储量最大的白色大理石矿体位于四川宝兴和广西贺州。贺州白色大理石碳酸钙含量大于99%,白度大于95,具有白度高、纯度好,色相柔和、化学成分稳定,不含硫化物及其他对人体有害的元素等特点,享誉国内外。四川宝兴的白色大理石颗粒细腻、白度更纯,品质更优,属我国目前白色大理石开发中的精品。
5、汉白玉
汉白玉是白色大理石中的精品,主要由CaCO3、MgCO3和SiO2组成,也包含少量Al2O3、Fe2O3等成。
真正的汉白玉当属北京房山白,产地正是位于北京西南部的房山区大石窝镇高庄村,储量为80万立方米,居全国之首。房山白属“国宝”,以其精良坚硬的质地、洁白细腻的品质、庄重富丽的风格而著称,以其白如雪、坚如玉、面如霜、清润素雅、庄重伟岸而成为吉祥、高雅、富贵的象征,一直都是历代皇家御用之品,又称“白御石”。
四川宝兴、雅安汉白玉相比房山料发青,白度差一些,优点在于纯净度高,颗粒大,透光性好,因此又有“天下第一白”之称,是汉白玉中的皇者。
6、白垩
白垩是一种微细的碳酸钙的沉积物,是方解石的变种。其名称在拉丁文意为“黏土”,意指上白垩纪地层里常见的白垩,由海生非脊椎动物身上甲壳的碳酸钙沉积而成,尤其是球石粒。
白垩质软且疏松多孔,常被人们用作粉刷材料,如早期的粉笔就是用白垩制成的。在欧洲,约16%的重质碳酸钙是以白垩为原料生产的。
7、钟乳石
又称石钟乳,是指碳酸盐岩地区洞穴内在漫长地质历史中和特定地质条件下形成的石钟乳、石笋、石柱等不同形态碳酸钙淀积物的总称。
石灰岩的主要成分是碳酸钙,当遇到溶有二氧化碳的水时,会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙;溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时,溶解在水里的碳酸氢钙就会分解,重新生成碳酸钙沉积下来,同时放出二氧化碳。洞顶的水在慢慢向下渗漏时,水中的碳酸氢钙发生上述反应,有的沉积在洞顶,有的沉积在洞底,日久天长洞顶的形成钟乳石,洞底的形成石笋,当钟乳石与石笋相连时就形成了石柱。
广西、云南是中国钟乳石资源最丰富的主要省区,所产的钟乳石光泽剔透、形状奇特,具有很高的欣赏和收藏价值。
8、钙华
又称石灰华,是含碳酸氢钙的地下水接近和出露于地表时,因二氧化碳大量逸出而形成碳酸钙的化学沉淀物。是在地表由岩溶泉、河、湖水沉积形成的大孔隙次生碳酸钙。钙华矿物成分主要为方解石和文石,钙华体形态异离多变,常见钙华锥、丘、扇、钟乳石等。
钙华广泛分布于陆地环境中,但主要分布在有大量降水和年均温度较高的石灰岩地区。中国钙华集中分布在我国西南地区的西藏、四川、云南及贵州4省区,黄龙国家名胜风景区位于我国四川松潘县境内,是世界珍稀的高原冷水钙华景观,并在1992年就被联合国教科文组织列入《世界自然遗产名录》。其有世界三大之最:最壮观的露天钙化彩池群、最大的钙华滩流、最大的钙华塌陷壁。
9、珊瑚
珊瑚是由珊瑚虫分泌的石灰质骨骼聚结而成的东西,其化学成分主要为CaCO3,以微晶方解石集合体的形式存在,成分中还有一定数量的有机质。珊瑚形态多呈树枝状,上面有纵条纹,颜色常呈白色,也有少量蓝色和黑色。
10、贝壳
贝壳是生活在水边软体动物的外套壳,由软体动物的一种特殊腺细胞的分泌物所形成的保护身体柔软部分的钙化物。
贝壳主要由无机相和有机相组成,无机相是约95~99.9%的CaCO3(方解石、文石、球霰石及非晶型),相同室温条件下,方解石是三种晶型中最稳定的形态,文石相对稳定,球霰石则最不稳定。有机相由约0.1~5%的有机质(蛋白质、糖蛋白、多糖、几丁质和脂质等)组成,还含钙、碳、氧、氢、锶、镁等元素。
与自然界中天然碳酸钙矿物质相比较,贝壳具有独特的多尺度、多级次“砖-泥”组装结构,且因其多级层状结构而具有韧性好、强度高等优良特性。
研究发现,从扇贝壳中制取活性氧化钙比普通氧化钙具有更好的活性及更明显的抑菌效果;利用废弃贝壳制备生物活性材料羟基磷灰石,采用水浴加热法,以贝壳粉为原料、磷酸氢二氨为磷源,尿素为添加剂,成功制备出高纯相、尺寸均匀可控的纳米带状羟基磷灰石;以贝壳为原料在磷酸缓冲液中浸泡24小时,通过溶解-再结晶反应在贝壳表面沉积一层具有片状结构的碳酸根型磷灰石,结果表明,制备的磷灰石具有优良的体外生物活性;因此,基于贝壳及其组分的生物活性,可以用于贝壳基生物材料及生物活性物质的研究。
11、蛋壳
蛋壳由93%的CaCO3、1.0%的MgCO3、2.8%的Mg3(PO4)2以及3.2%的有机物组成。
废蛋壳中含有丰富的钙质资源,是重要的生物基碳酸钙和氧化钙原料,具有安全、环保等优点,可以用作催化剂、吸附剂、添加剂等。蛋壳碳酸钙可用于制备醋酸钙、丙酸钙、乳酸钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙、丙酮酸钙、苹果酸钙、果汁钙、硫酸钙及过氧化钙等。

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