水垢治理黑科技 - 1 - 南京超旭ESEP除垢阻垢技术：从碳酸钙说起

所谓“知己知彼，百战不殆”，要想治理水垢，还是从水垢的主要成分碳酸钙说起。虽然各地水质情况的不同，还含有少量的碳酸镁、硫酸钙等成分，但基本上不影响对水垢治理方法的选择。

地球上的碳酸钙

碳酸钙（英文：Calcium carbonate），俗称灰石、石灰石、石粉。在地球上存量丰富，并以许多形式存在于岩石、矿物与生物体，如：霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华。亦为动物骨骼或外壳（如：爬虫类与双壳纲）的主要成分。碳酸钙亦为水垢的主要成分，通常借由水中的钙离子与碳酸根离子结合所生成的，时常发生在水质硬度较高的地区。碳酸钙亦为农用石灰中的有效成分之一，可用于中和土壤酸性，但过度使用也有造成土壤盐碱化的风险。在医学应用方面，碳酸钙亦是常用的钙质来源，也常做为抑酸剂中的有效成分之一。

作为常见的矿物质，碳酸钙于人类的生活、生产活动戚戚相关。从地壳的山川形貌、生命结构、工业生产到家居生活无不见其踪影。对于普遍经过九年制义务教育的中国人来说，印象深刻莫过于一个课堂化学演示实验：往澄清石灰水里吹气，先是变得浑浊，继而又恢复澄清，加热后又变得浑浊。

澄清石灰水与过量二氧化碳反应

这个实验看起来简单，实际上揭示了大自然溶洞、石林等喀斯特地貌根本成因。

物理性质

碳酸钙外观为白色粉末或无色结晶，无臭无味。有方解石、文石、球霰石三种同质异形体，化学成分相同，物理性质多有差异。方解石（ β−CaCO3 ，英语：calcite），六方晶系的菱面体结构，有两组交叉的菱形解理；文石（ λ−CaCO3 ，英语：aragonite）则是斜方晶系，只有平行长轴解理，且不明显；球霰石的结构尚未被完全理解。

密度、熔点、溶解性

· 密度： 2.93g/cm3

· 熔点： 1289∘C(10.7MPa) ，常压下 825∼896.6∘C分解为氧化钙

· 溶解性：几乎不溶于水 Ksp=4.8×10−9

常见形态

常见的碳酸钙主要有如下几种：

· 天然石灰石（limestone），几乎完全是方解石。白垩（chalk）为非晶质的石灰岩，是由古生物的骨骼积聚形成的。汉白玉是纯白色的大理石，内含闪光晶体，也是石灰石的一种形态。

· 洞石（travertine）或石灰华（tufa）常见于温泉，由于沉积速度快，岩石中会保留很多小型气泡。洞石通常为霰石，但也可能是方解石。

透明的方解石晶体，是一种重要的光学材料，也是一种重要的宝石。

文石矿物则以其奇特而美丽的形态，获得文玩界的追捧。

化学性质

碳酸钙是碱性化合物，可与酸反应。

分解化合反应

常压下，加热到900∘C以上，碳酸钙会分解成氧化钙（俗称：生石灰）和二氧化碳，这就是生产生石灰的方法。

CaCO3→ΔCaO+CO2↑

低于 900∘C 时，氧化钙吸收二氧化碳生成碳酸钙。所以生石灰长期暴露在空气中，会变成石灰。

CaO+CO2⟶CaCO3

在存在水蒸气的情况下，氧化钙可以吸收水，生成氢氧化钙（俗称：熟石灰），这就是生产熟石灰的过程。氢氧化钙继续吸收二氧化碳，又会生成碳酸钙。这就是可以用生石灰吸湿防潮的原因。

CaO+H2O⟶Ca(OH)2

Ca(OH)2+CO2⟶CaCO3+H2O

与酸反应

碳酸钙与盐酸、硝酸、乙酸（俗称：醋酸）等反应生成氯化钙、乙酸钙和水、二氧化碳，呈泡腾现象。

CaCO3+2HCl⟶CaCl2+H2O+CO2↑

CaCO3+2HNO3⟶Ca(NO3)2+H2O+CO2↑

CaCO3+2CH3COOH⟶Ca(CH3COO)2+H2O+CO2↑

而碳酸钙与硫酸反应，会生成微溶于水的硫酸钙（ CaSO4 ）包裹在碳酸钙的表面，阻止反应进行，会很快终止。

用途

碳酸钙用途广泛。

工业碳酸钙按粉碎细度的不同分为四种规格：单飞、双飞、三飞、四飞。单飞粉用于生产无水氯化钙，是玻璃及水泥生产的主要原料，此外，还用于建筑材料和家禽饲料等；双飞粉是生产无水氯化钙和玻璃等的原料，也是橡胶和油漆的白色填料，还用于建筑材料等；三飞粉可用作塑料、涂料及油漆的填料；四飞粉可用作电线绝缘层之填料、橡胶模压制品以及沥青制油毡的填料。

碳酸钙在医疗上用作抗酸药，能中和胃酸、保护溃疡面，用于胃酸过多、胃和十二指肠溃疡等病。碳酸钙作为食品添加剂，以保证人体所必需的钙的摄入，但通常不超过2%。除了用于医药食品，碳酸钙还可用作牙粉、牙膏及其他化妆品的原料。在口香糖、巧克力中，可以作为强化剂，既降低成本，又作为基质材料。在牙膏中，重质碳酸钙作为摩擦剂使用；在化妆品中，较细的优质碳酸钙可以作为填充剂。

其他用途还有：

· 冶金工业中，主要用于助溶剂

· 用于制造建筑材料水泥、石灰、人造石

· 中和二氧化硫、水、酸性土壤或农田

· 制造玻璃、钙片等

· 塑料、橡胶、涂料、硅酮胶等行业主要用来当作填料，以降低成本。还可以提高塑料制品的稳定性、硬度、刚性、耐热性以及加工性能。