重质碳酸钙与轻质碳酸钙的区别是什么？
发布时间：2022-04-30 19:49:01 编辑作者：网友
图片：碳酸钙结构式
重质碳酸钙，简称重钙，是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成。是常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。重质碳酸钙的形状都是不规则的，其颗粒大小差异较大，而且颗粒有一定的棱角，表面粗糙，粒径分布较宽，粒径较大,平均粒径一般为1~10μm。重质碳酸钙按其原始平均粒径（d) 分为：粗磨碳酸钙（> 3μm) 、细磨碳酸钙（1~3μm) 、超细碳酸钙（0. 5~1μm重质碳酸钙的粉体特点：a. 颗粒形状不规则；b.粒径分布较宽；c. 粒径较大。
轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙( Precipitated Calcium Carbonate，简称PCC) ，它的化学式为CaCO3。轻质碳酸钙是用化学加工方法制得的。由于它的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9mL/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。 轻质碳酸钙与所有的强酸发生反应，生成和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2)，同时放出二氧化碳。在常温(25℃)下，轻质碳酸钙在水中的浓度积为8.7/1029、溶解度为0.0014；轻质碳酸钙水溶液的pH值为9.5～10.2；空气饱和轻质碳酸钙水溶液的pH值为8.0～8.6；轻质碳酸钙无毒、无臭、无刺激性，通常为白色，相对密度为2.7～2.9；沉降体积2.5ml/g以上，比表面积为5m2/g左右。
轻质碳酸钙与重质碳酸钙不仅在矿物学特征方面有一定的相似之处，其应用领域也有部分重叠，例如5-0.1μm超细重质碳酸钙与轻质碳酸钙约在90%的情况下可相互替代。下面将详细讲述他们的区别：
1、生产方式不同
重质碳酸钙主要是以方解石、大理石、石灰岩、白垩、汉白玉等天然矿物为原料，经机械粉磨加工得到的粉体材料；
轻质碳酸钙主要是以石灰石为原料，经煅烧、消化、碳化、脱水、干燥、分级等工序得到的粉体材料。
2、 来源方式不同
轻质碳酸钙是化学合成的碳酸钙，又称沉淀碳酸钙、胶体碳酸钙或者活性碳酸钙，甚至可以生产出纳米碳酸钙，简称轻钙。它是将石灰石原料煅烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳，其主要成分氢氧化钙，通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得，或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得。重质碳酸钙简称重钙，是用机械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白垩、贝壳等制得。
3、 堆积密度不同
重钙与轻钙最明显的区别就在于产品的堆积密度不同，重钙产品的堆积密度较大，一般为0.8-1.3g/cm3；而轻钙产品的堆积密度较小，多为0.5-0.7g/cm3；一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低，可达到0.28g/cm3左右。由产品的包装体积也可以粗略分辨出重钙和轻钙产品，一般重钙产品多为25kg/包，产品包装体积较小，而同等质量的轻钙产品包装体积明显较大，一些纳米碳酸钙产品还采用15kg/包或20kg/包的包装。
4、白度大小不同
由于重钙产品相对杂质较多，因此产品白度一般为89%-93%，只有极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成，去除了很多杂质，产品纯净度高，因此白度多为92%-95%，部分产品可以达到96%-97%，这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。
5、沉降体积不同
沉降体积是单位质量的碳酸钙在100mL水中振荡并静置3h后所具有的体积。沉降体积越大说明产品粒度越小、密度越轻、产品档次越高。重质碳酸钙的沉降体积为1.1～1.4mL/g；轻质碳酸钙的沉降体积为2.4～2.8mL/g，纳米轻质碳酸钙的沉降体积为3.0～4.0mL/g。
6、比表面积不同
碳酸钙的平均粒径与其比表面积有着内在的联系，可通过其比表面积的大小来较准确地判断平均粒径的大小。普通重质碳酸钙的比表面积一般为1m 2 /g左右，重质微细碳酸钙比表面积为1.45～2.1m 2 /g；普通轻质碳酸钙的比表面积一般为5m 2 /g左右，轻质微细碳酸钙比表面积为27～87m 2 /g。
7、水分含量不同
重钙产品水分一般为0.2%-0.3%，水分含量比较低同时也较为稳定，一些高档的重钙产品水分甚至可以达到0.1%左右。普通轻钙产品水分0.3%-0.8%，有时会有一定的波动不太稳定。传统上重、轻钙的区分就是用水份仪器测试水分，水分大到接近1%就是轻钙，小到0.1%以下为重钙。
碳酸钙粒径的测定可以用粒度分析仪。
8、吸油值不同
在实际应用中，大多数填料都用吸油值这项指标来大致预测填料对树脂的需求量，即吸油值对选择填料具有重要的指导意义。重质碳酸钙由于颗粒大、表面光洁、比表面积小，因此吸油值较低，一般为40-60mL/100g左右；轻质碳酸钙颗粒微细、表面较粗糙，比表面积大，因此吸油值较高，一般为60-90mL/100g左右。
9、粒径大小不同
重质碳酸钙产品的粒径为0.5~45μm不等，按其原始平均粒径（d）分为：粗磨碳酸钙（>3μm）、细磨碳酸钙（1-3μm）、超细碳酸钙（0.5-1μm）。产品粒径越小价格越高，目前尚无工业化生产的纳米级重质碳酸钙，只是在一些微细钙产品中含有极少量粒径为100nm左右的颗粒。
普通轻质碳酸钙产品的粒径一般为0.5~15μm，纳米碳酸钙粒径一般为20~200nm。轻质碳酸钙按其原始平均粒径（d）可分为：微粒碳酸钙（>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（<0.02μm）。
10、 味道不同
轻钙因石灰石煅烧后去除掉很多杂质一般来说白度较高，纯度也较高，但国产有的轻钙因为氧化钙反应不完全，残留有石灰味道，如果用于食品行业，如填充饼干则会有呛人的味道，而重钙没有。另外，过多的氧化钙会造成产品在水性体系偏碱性或者PH值不好调节，导致成品不稳定。此外，两者的磷酸含量不同，轻钙中有时为了调整PH值处于合理范围需要加入少量磷酸，而重钙则没有。
11、颗粒形状不同
用高倍显微镜看，重钙产品由于采用机械粉碎和分级，颗粒形态一般多为立方体、多棱体、长方体等不规则形态，具体见图1所示。对于不同的重钙加工方法，碳酸钙的微观形状不同，例如用擂蒙磨加工的碳酸钙为纺锤形，用气流磨加工的碳酸钙为颗粒形。
普通轻钙的颗粒较为规则，在充分分散开来的情况下通常呈纺锤形，具体见图2所示。对于轻质碳酸钙，合成产品的颗粒形状是可以人为控制的，可以在碳化过程中加入控制剂来实现控制。目前开发的控制剂有无机酸、无机碱、有机酸（氨基酸）、醇类、糖类、蛋白质和特殊结构的生物聚合物，例如用双亲水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同浓度和不同PH值下可以分别制成菱形、花生形、长棒形、球形和哑铃性外观的碳酸，再如用树枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形状碳酸，又如加入阴离子右旋糖苷可以获得球形碳酸钙。
12、晶型不同
对于重质碳酸钙不同产地碳酸钙具有固定的晶形，破碎和细化不会改变晶型，一般方解石重钙为六方晶型、大理石重钙为立方晶型。对于轻质碳酸钙，在具体碳化制备过程中，三种晶型碳酸钙以不同比例同时出现，要想得到单一纯净的某一晶型，就要控制成型过程。轻质碳酸钙的三种晶型为：
12.1 方解石晶型
这是碳酸钙最稳定的晶型，属于六方晶系，通常条件下矿物碳酸钙都以此种晶型存，具有此类晶型的碳酸钙遮盖力大、白度高、纯度好、耐热、耐腐蚀、耐化学稳定。
12.2 文石晶型
常温下是碳酸钙亚稳定晶型，属于斜方晶系，具有此类晶型的碳酸钙长径比高，常用于聚合物的补强复合材料。
12.3 球霰石晶型
是碳酸钙最不稳定的晶型，只有在有机质材料中会有少量存在，并在短时间内会自动转换为方解石晶型或文石晶，具有此类晶型的碳酸钙对生物的生命和健康起着非常重要的作，研究发现树枝状聚合物电介质和某些低分子量聚合物电介质可以促进稳定的球霰石晶型生成。
13、 流动性不同
从流动性上考虑，轻质碳酸钙的微观结构为纺锤形状，它的流动性不如重质碳酸钙好，一般加入量超过25份就严重影响流动性，而重质碳酸钙为颗粒状，可以促进流动性，加入量不受限，在PVC管材配方中如果碳酸钙添加超过25份，如果从流动性上考虑最好选用重质碳酸钙。
14、价格不同
重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的；轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的，后者比前者的工艺复杂的多，要求也相应严格的多，因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右，如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。
15、 改性功能不同
重、轻碳酸钙两者改性效果区分有细微区别，重质碳酸钙对拉伸强度较好，而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好，一般用轻钙的塑料表面更光滑一些，而且密度会低一些；使用重钙塑料加工流动性要好一些，而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。
16、矿物经济学对比
粉体制备成本：常规成本相当，处于同一竞争水平，但若附加环境管制成本和资源浪费率，轻质碳酸钙扩展成本则高于重质碳酸钙；
环境平衡度：重质碳酸钙生产除噪声外，无“三废”排放，环境易协调和管制；轻质碳酸钙生产排放“三废”，特别有燃烧废气，环境总平衡度低。
资源利用率：重质碳酸钙易于矿产资源综合利用，轻质碳酸钙凭借化学加工能力不易控制矿产资源合理利用率。
17、应用性能
在应用过程中，重质碳酸钙产品主要用于造纸、橡胶和塑料等行业，填充量一般较大，主要作为体积填料，降低应用产品的制造成本。轻质碳酸钙产品相对应用领域较广泛，主要的应用领域为塑料、橡胶、涂料、胶黏剂、卷烟纸、油墨等，以体积填充为主，而纳米碳酸钙产品在应用过程中往往作为改性或补强等功能性填料使用，填充量一般较少。
（1）造纸：造纸中推广中性施胶之后，碳酸钙需求量剧增，但轻质碳酸钙由于吸油值高、耗胶量大，有损施胶效果；另外，轻质碳酸钙保水性强，在机纸中添加，纸张强度相对于重质碳酸钙来说较差。但对于在生产卷烟纸来说，轻质碳酸钙则优于重质碳酸钙。
（2）塑料：普通轻质碳酸钙由于吸油值高，在某些塑料中添加显得太轻，混炼有一定困难，增加添加量较困难，只能作一般性的增量剂。因此，在塑编制品、管材、注塑或中空制品中，普遍使用重质碳酸钙。
（3）橡胶：轻质碳酸钙由于粒径小、沉降体积大，可以增加橡胶体积，改善橡胶硫化性能、起半补强或补强作用。
（4）其他：在建筑涂料、腻子、毡层包装、饲料等方面，由于较粗的粒径就满足需要，因此，主要采用重质碳酸钙。
轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙( Precipitated Calcium Carbonate，简称PCC) ，它的化学式为CaCO3。轻质碳酸钙是用化学加工方法制得的。由于它的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9mL/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。 轻质碳酸钙与所有的强酸发生反应，生成和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2)，同时放出二氧化碳。在常温(25℃)下，轻质碳酸钙在水中的浓度积为8.7/1029、溶解度为0.0014；轻质碳酸钙水溶液的pH值为9.5～10.2；空气饱和轻质碳酸钙水溶液的pH值为8.0～8.6；轻质碳酸钙无毒、无臭、无刺激性，通常为白色，相对密度为2.7～2.9；沉降体积2.5ml/g以上，比表面积为5m2/g左右。
轻质碳酸钙与重质碳酸钙不仅在矿物学特征方面有一定的相似之处，其应用领域也有部分重叠，例如5-0.1μm超细重质碳酸钙与轻质碳酸钙约在90%的情况下可相互替代。下面将详细讲述他们的区别：
1、生产方式不同
重质碳酸钙主要是以方解石、大理石、石灰岩、白垩、汉白玉等天然矿物为原料，经机械粉磨加工得到的粉体材料；
轻质碳酸钙主要是以石灰石为原料，经煅烧、消化、碳化、脱水、干燥、分级等工序得到的粉体材料。
2、 来源方式不同
轻质碳酸钙是化学合成的碳酸钙，又称沉淀碳酸钙、胶体碳酸钙或者活性碳酸钙，甚至可以生产出纳米碳酸钙，简称轻钙。它是将石灰石原料煅烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳，其主要成分氢氧化钙，通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得，或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得。重质碳酸钙简称重钙，是用机械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白垩、贝壳等制得。
3、 堆积密度不同
重钙与轻钙最明显的区别就在于产品的堆积密度不同，重钙产品的堆积密度较大，一般为0.8-1.3g/cm3；而轻钙产品的堆积密度较小，多为0.5-0.7g/cm3；一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低，可达到0.28g/cm3左右。由产品的包装体积也可以粗略分辨出重钙和轻钙产品，一般重钙产品多为25kg/包，产品包装体积较小，而同等质量的轻钙产品包装体积明显较大，一些纳米碳酸钙产品还采用15kg/包或20kg/包的包装。
4、白度大小不同
由于重钙产品相对杂质较多，因此产品白度一般为89%-93%，只有极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成，去除了很多杂质，产品纯净度高，因此白度多为92%-95%，部分产品可以达到96%-97%，这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。
5、沉降体积不同
沉降体积是单位质量的碳酸钙在100mL水中振荡并静置3h后所具有的体积。沉降体积越大说明产品粒度越小、密度越轻、产品档次越高。重质碳酸钙的沉降体积为1.1～1.4mL/g；轻质碳酸钙的沉降体积为2.4～2.8mL/g，纳米轻质碳酸钙的沉降体积为3.0～4.0mL/g。
6、比表面积不同
碳酸钙的平均粒径与其比表面积有着内在的联系，可通过其比表面积的大小来较准确地判断平均粒径的大小。普通重质碳酸钙的比表面积一般为1m 2 /g左右，重质微细碳酸钙比表面积为1.45～2.1m 2 /g；普通轻质碳酸钙的比表面积一般为5m 2 /g左右，轻质微细碳酸钙比表面积为27～87m 2 /g。
7、水分含量不同
重钙产品水分一般为0.2%-0.3%，水分含量比较低同时也较为稳定，一些高档的重钙产品水分甚至可以达到0.1%左右。普通轻钙产品水分0.3%-0.8%，有时会有一定的波动不太稳定。传统上重、轻钙的区分就是用水份仪器测试水分，水分大到接近1%就是轻钙，小到0.1%以下为重钙。
碳酸钙粒径的测定可以用粒度分析仪。
8、吸油值不同
在实际应用中，大多数填料都用吸油值这项指标来大致预测填料对树脂的需求量，即吸油值对选择填料具有重要的指导意义。重质碳酸钙由于颗粒大、表面光洁、比表面积小，因此吸油值较低，一般为40-60mL/100g左右；轻质碳酸钙颗粒微细、表面较粗糙，比表面积大，因此吸油值较高，一般为60-90mL/100g左右。
9、粒径大小不同
重质碳酸钙产品的粒径为0.5~45μm不等，按其原始平均粒径（d）分为：粗磨碳酸钙（>3μm）、细磨碳酸钙（1-3μm）、超细碳酸钙（0.5-1μm）。产品粒径越小价格越高，目前尚无工业化生产的纳米级重质碳酸钙，只是在一些微细钙产品中含有极少量粒径为100nm左右的颗粒。
普通轻质碳酸钙产品的粒径一般为0.5~15μm，纳米碳酸钙粒径一般为20~200nm。轻质碳酸钙按其原始平均粒径（d）可分为：微粒碳酸钙（>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（<0.02μm）。
10、 味道不同
轻钙因石灰石煅烧后去除掉很多杂质一般来说白度较高，纯度也较高，但国产有的轻钙因为氧化钙反应不完全，残留有石灰味道，如果用于食品行业，如填充饼干则会有呛人的味道，而重钙没有。另外，过多的氧化钙会造成产品在水性体系偏碱性或者PH值不好调节，导致成品不稳定。此外，两者的磷酸含量不同，轻钙中有时为了调整PH值处于合理范围需要加入少量磷酸，而重钙则没有。
11、颗粒形状不同
用高倍显微镜看，重钙产品由于采用机械粉碎和分级，颗粒形态一般多为立方体、多棱体、长方体等不规则形态，具体见图1所示。对于不同的重钙加工方法，碳酸钙的微观形状不同，例如用擂蒙磨加工的碳酸钙为纺锤形，用气流磨加工的碳酸钙为颗粒形。
普通轻钙的颗粒较为规则，在充分分散开来的情况下通常呈纺锤形，具体见图2所示。对于轻质碳酸钙，合成产品的颗粒形状是可以人为控制的，可以在碳化过程中加入控制剂来实现控制。目前开发的控制剂有无机酸、无机碱、有机酸（氨基酸）、醇类、糖类、蛋白质和特殊结构的生物聚合物，例如用双亲水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同浓度和不同PH值下可以分别制成菱形、花生形、长棒形、球形和哑铃性外观的碳酸，再如用树枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形状碳酸，又如加入阴离子右旋糖苷可以获得球形碳酸钙。
12、晶型不同
对于重质碳酸钙不同产地碳酸钙具有固定的晶形，破碎和细化不会改变晶型，一般方解石重钙为六方晶型、大理石重钙为立方晶型。对于轻质碳酸钙，在具体碳化制备过程中，三种晶型碳酸钙以不同比例同时出现，要想得到单一纯净的某一晶型，就要控制成型过程。轻质碳酸钙的三种晶型为：
12.1 方解石晶型
这是碳酸钙最稳定的晶型，属于六方晶系，通常条件下矿物碳酸钙都以此种晶型存，具有此类晶型的碳酸钙遮盖力大、白度高、纯度好、耐热、耐腐蚀、耐化学稳定。
12.2 文石晶型
常温下是碳酸钙亚稳定晶型，属于斜方晶系，具有此类晶型的碳酸钙长径比高，常用于聚合物的补强复合材料。
12.3 球霰石晶型
是碳酸钙最不稳定的晶型，只有在有机质材料中会有少量存在，并在短时间内会自动转换为方解石晶型或文石晶，具有此类晶型的碳酸钙对生物的生命和健康起着非常重要的作，研究发现树枝状聚合物电介质和某些低分子量聚合物电介质可以促进稳定的球霰石晶型生成。
13、 流动性不同
从流动性上考虑，轻质碳酸钙的微观结构为纺锤形状，它的流动性不如重质碳酸钙好，一般加入量超过25份就严重影响流动性，而重质碳酸钙为颗粒状，可以促进流动性，加入量不受限，在PVC管材配方中如果碳酸钙添加超过25份，如果从流动性上考虑最好选用重质碳酸钙。
14、价格不同
重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的；轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的，后者比前者的工艺复杂的多，要求也相应严格的多，因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右，如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。
15、 改性功能不同
重、轻碳酸钙两者改性效果区分有细微区别，重质碳酸钙对拉伸强度较好，而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好，一般用轻钙的塑料表面更光滑一些，而且密度会低一些；使用重钙塑料加工流动性要好一些，而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。
16、矿物经济学对比
粉体制备成本：常规成本相当，处于同一竞争水平，但若附加环境管制成本和资源浪费率，轻质碳酸钙扩展成本则高于重质碳酸钙；
环境平衡度：重质碳酸钙生产除噪声外，无“三废”排放，环境易协调和管制；轻质碳酸钙生产排放“三废”，特别有燃烧废气，环境总平衡度低。
资源利用率：重质碳酸钙易于矿产资源综合利用，轻质碳酸钙凭借化学加工能力不易控制矿产资源合理利用率。
17、应用性能
在应用过程中，重质碳酸钙产品主要用于造纸、橡胶和塑料等行业，填充量一般较大，主要作为体积填料，降低应用产品的制造成本。轻质碳酸钙产品相对应用领域较广泛，主要的应用领域为塑料、橡胶、涂料、胶黏剂、卷烟纸、油墨等，以体积填充为主，而纳米碳酸钙产品在应用过程中往往作为改性或补强等功能性填料使用，填充量一般较少。
（1）造纸：造纸中推广中性施胶之后，碳酸钙需求量剧增，但轻质碳酸钙由于吸油值高、耗胶量大，有损施胶效果；另外，轻质碳酸钙保水性强，在机纸中添加，纸张强度相对于重质碳酸钙来说较差。但对于在生产卷烟纸来说，轻质碳酸钙则优于重质碳酸钙。
（2）塑料：普通轻质碳酸钙由于吸油值高，在某些塑料中添加显得太轻，混炼有一定困难，增加添加量较困难，只能作一般性的增量剂。因此，在塑编制品、管材、注塑或中空制品中，普遍使用重质碳酸钙。
（3）橡胶：轻质碳酸钙由于粒径小、沉降体积大，可以增加橡胶体积，改善橡胶硫化性能、起半补强或补强作用。
（4）其他：在建筑涂料、腻子、毡层包装、饲料等方面，由于较粗的粒径就满足需要，因此，主要采用重质碳酸钙。
相关化合物：碳酸钙