แคลเซียมคาร์บอเนต/หินปูน

23726

แคลเซียมคาร์บอเนต (Calcium Carbonate) หรือหินปูน เป็นสารธรรมชาติที่เกิดจากการตกตะกอน และสะสมตัวของหินในทะเล เปลือกหอย ปะการัง กระดูกสัตว์กลายเป็นหินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนต ถือเป็นสารตั้งต้นสำคัญในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการนำมาใช้ในภาคครัวเรือน และการเกษตร รวมถึงประโยชน์ในด้านต่างๆมากมาย

advertisement

แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถพบได้ทั่วไปตามธรรมชาติ พบในสัตว์ เช่น เปลือกหอย กระดูก พบมากตามธรรมชาติในรูปของหินปูน และ แร่แคลไซต์ (Calcite) หรือ แคลสปาร์ (Calspar)

การเกิดสารประกอบคาร์บอเนต (Lime Carbonation) เกิดจากแคลเซียมไฮดรอกไซด์(Ca(OH)2) หรือแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (3CaO.2SiO2.3H2O) ในสารเพิ่มเสถียรภาพจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ เกิดเป็นสารประกอบของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3 หรือ3CaCO3.2SiO2.3H2O) กับน้ำ ดังสมการ
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

แคลเซียมคาร์บอเนต

แคลเซียมคาร์บอเนตที่พบในหินหรือสินแร่ธรรมชาติ แบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ
1. หินคาร์บอเนต (carbonate rock) ถือเป็นหินที่พบในธรรมชาติท่ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนใหญ่ แบ่งเป็น 3 ชนิด คือ
1.1 หินตะกอนคาร์บอเนต (sedimentary carbonate rocks)
– หินปูน (limestone) เป็นหินตะกอนที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนใหญ่ มักพบในรูปแคลไซต์หรืออราโกไนต์ ซึ่งมีสูตรเหมือนกัน แต่มีโคงสร้างต่างกัน
– โดโลไมต์ (CaMg(CO3)2) เป็นแร่ที่พบมากในหินปูนที่เกิดจากการแทนที่จากปฏิกิริยาของแมกนีเซียมในรูปของสารละลายในหินปูน
– ซอล์ก (chalk) จัดเป็นหินปูนร่วน มีลักษณะเนื้อละเอียด จากการทับถมซากพืชซากสัตว์
– ทราเวอร์ทีน (travertine) เป็นหินปูนที่มีลักษณะเนื้อหินได้หลายรูปแบบ อาจเป็นเส้นๆ เป็นชั้นหรือมีรูพรุน มักพบในแหล่งน้ำพุร้อน
1.2 หินอัคนีคาร์บอเนต (igneouse carbonate rocks) เป็นหินอัคนีที่มีองค์ประกอบของแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนใหญ่
1.3 หินแปรคาร์บอเนต (metamorphic carbonate rocks) จัดเป็นหินปูนหรือหินโดโลไมต์ที่จัดเรียงตัวใหม่จากความร้อน และแรงกดจากใต้พิภพ ซึ่งมักเรียกทั่วไปว่า หินอ่อน (marble)

2. แร่แคลไซต์ (calcite)
เป็นแร่ที่พบในธรรมชาติ มีองค์ประกอบหลักของแคลเซียมคาร์บอเนต มีสูตรทั่วไปเหมือนหินปูน คือ CaCO3 ประกอบด้วย CaO 56% และ CO2 44% อยู่ในรูปผลึกต่างๆที่มีชื่อเรียกต่างกัน เช่น ด๊อกทูธสปาร์ (Dogtoothspar), ไอซแลนด์สปาร์ (Iceland Spar), เนลเฮดสปาร์ (Nailhead Spar) และซาตินสปาร์ (Satin Spar)

คุณสมบัติเฉพาะ
– สูตรโมเลกุล CaCO3 ประกอบด้วย CaO ร้อยละ 56 และ CO2 ร้อยละ 44
– น้ำหนักโมเลกุล 100.09
– สถานะเป็นผงสีขาว มีความสว่างสูง ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และคงสภาพได้ดี
– ค่าความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) ประมาณ 2.72
– ความแข็งระดับ 3
– สลายตัวเมื่อเผาโดยใช้อุณหภูมิประมาณ 825 องศาเซลเซียส
– ไม่ละลายน้ำ และแอลกอฮอล์ แต่สามารถละลายได้เมื่อมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และเกลือแอมโมเนียม และละลายในน้ำได้น้อยลงเมื่อมีแอลคาไลไฮดรอกไซด์ สำหรับน้ำที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตละลายอยู่จะทำให้น้ำมีสภาพเป็นด่างหรือเรียกน้ำกระด้าง และจะตกตะกอนเมื่อ CO2 แยกตัว

ประโยชน์
1. ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
มักจะนิยมใช้ในรูปของ Dietary supplement, alkali, dough conditioner, nutrient, anticaking/firming agent, yeast food โดยจะใช้ในอาหารประเภทชีส ผักผลไม้กระป๋อง หมากฝรั่ง แยม เยลลี่ นมผง และครีมเทียม

นอกจากนี้ ยังนำแคลเซียมคาร์บอเนตมาบริโภคในรูปการอัดเม็ดเป็นอาหารเสริมแคลเซียม เพื่อเสริมสร้างกระดูก และป้องกันโรคกระดูกพรุน เช่น Caltrate®600 ของบริษัทไวท์ฮอลล์ (ประเทศไทย) เป็นต้น

ข้อกำหนดเฉพาะ
ปริมาณไม่น้อยกว่าร้อยละ 98.0 ของแคลเซียมคาร์บอเนต ภายหลังจากการทำให้แห้งแล้ว

ข้อจำกัดของสารแปลกปน
– แมกนีเซียม และเกลือแอลคาไล ไม่มากกว่าร้อยละ 1
– ตะกั่ว ไม่มากกว่า 10 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม
– ฟลูออไรด์ ไม่มากกว่า 40 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม
– โลหะหนัก (คำนวณเป็นตะกั่ว) ไม่มากกว่า 30 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม
– อาร์เซนิก (คำนวณเป็น As) ไม่มากกว่า 3 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม

Food Chemicals Codex (1996) มีข้อกำหนดเฉพาะของแคลเซียมคาร์บอเนตที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารว่าต้องมีปริมาณแคลเซียมคาร์บอเนตไม่ น้อยกว่าร้อยละ 98 และภายหลังการทำแห้งต้องไม่มากกว่าร้อยละ 100.5 และจำกัดสารปลอมปนไว้ ดังนี้
– แมกนีเซียม และเกลือแอลคาไล ไม่มากกว่าร้อยละ 1
– ตะกั่ว ไม่เกิน 3 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม
– ฟลูออไรด์ ไม่มากกว่าร้อยละ 0.005
– โลหะหนัก (คำนวณเป็นตะกั่ว) ไม่มากกว่าร้อยละ 0.002
– อาร์เซนิก (คำนวณเป็น As) ไม่มากกว่า 3 มิลลิกรัมต่อ 1 กิโลกรัม

แคลเซียมคาร์บอเนตอัดเม็ด

2. การใช้ในภาคการเกษตร
การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตในภาคการเกษตรจะเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีความบริสุทธิ์น้อยกว่าที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งอาจได้จาการเผาหินปูนโดยตรงหรือการนำกากแคลเซียมคาร์บอเนตเหลือทิ้งในกระบวนการผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีความบริสุทธิ์สูง

แคลเซียมคาร์บอเนตเหลือทิ้งเป็นผงแคลเซียมคาร์บอเนตที่ไม่ต้องการ จากกระบวนการผลิตที่ไม่ผ่านเกณฑ์มาตรฐาน ซึ่งจะมีอยู่ประมาณ 10% ของกำลังการผลิต ลักษณะแคลเซียมคาร์บอเนตเหลือทิ้งจะเป็นเม็ดหยาบ ลักษณะเม็ดค่อนข้างสม่ำเสมอ มีลักษณะรูปร่างเป็นเหลี่ยม และมีผลึก มีสีขาวหรือขาวขุ่น คล้ายเกลือที่เกิดจากสิ่งแปลกปลอม เช่น หิน กรวด ทราย หรือดิน เป็นต้น เมื่ออยู่ในสภาพแห้งจะเป็นผงร่วน ไม่มีการเชื่อมเกาะกันระหว่างอนุภาค เมื่อสัมผัสน้ำ และมีการบ่มจะแข็งตัวได้

การใช้ประโยชน์แคลเซียมคาร์บอเนตในภาคการเกษตร ส่วนใหญ่จะเป็นในเรื่องการปรับปรุงคุณสมบัติดิน และน้ำ รวมถึงเพื่อการปรับความเป็นกรดด่าง และการฆ่าเชื้อโรค

แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เมื่อผสมกับน้ำจะทำปฏิกิริยารุนแรง ทำให้เกิดการคายความร้อน และทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น

ปฏิกิริยาเคมีของแคลเซียมคาร์บอเนตเมื่อผสมดิน และความชื้น ได้แก่
1. Hydration
ปูนขาวในรูปของแคลเซียมคาร์บอเนตเมื่อสัมผัสน้ำในดินจะเกิดทันที ทำให้เกิดการเชื่อมแน่นของเม็ดดินทำให้โครงสร้างดินมีความแข็งแรงมากขึ้น ลดการซึมน้ำ และการบวมตัวของมวลดิน รวมถึงต้านทานต่อการเสื่อมสภาพจากความชื้นโดยรอบ

2. Flocculation
เป็นกระบวนการจับตัวกันของเม็ดดิน โดยอนุภาคของดินเหนียวจะเกิดการรวมตัวเกาะกลุ่มกันเป็นก้อนขนาดใหญ่ขึ้น ส่งผลให้เม็ดดินมีโครงสร้างที่แข็งแรงมีความมั่นคงขึ้น

3. Cementation (Pozzolanic Reaction)
เป็นการเชื่อมประสานจากสารซิลิกา (SiO2) และ/หรืออลูมิน่า (Al2O3) ที่ถูกชะออกมาจากดิน ทำหน้าที่เชื่อมประสานตัวซึ่งกันและกันของเม็ดดิน สารเหล่านี้เกิดหลังการเติมปูนขาวเมื่อค่าความเป็นด่างของดินสูงขึ้น ทำให้มีการชะละลายของ Silica และ Alumina ในดินออกมา และทำปฏิกิริยากับ Ca2+ เกิดเป็นสารประกอบใหม่ ได้แก่ Calcium Silicate Hydrate (CSH) และ Calcium Aluminate Hydrate(CAH) ซึ่งจะแข็งตัว และเชื่อมประสานเม็ดดินทำให้ดินมีกำลังสูงขึ้น

3. ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมสี อุตสาหกรรมพลาสติก พีวีซี อุตสาหกรรมยาง ใช้เป็นส่วนผสมของแป้ง ยาสีฟัน ผงซักฟอก ยา และเวชภัณฑ์ต่างๆ รวมถึงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนอุปกรณ์ต่างๆ เช่น คอมพิวเตอร์ ฉนวนหุ้มสายไฟฟ้า กระจก ปากกา ยางลบ ถุงมือ แว่นตา เป็นต้น

ในอุตสาหกรรมกระดาษมักใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมเพื่อลดปริมาณเยื่อกระดาษ และเพื่อเพิ่มคุณสมบัติกระดาษ เช่น ความขาวสว่าง เคลือบผิวกระดาษให้เรียบ เป็นต้น

การผลิตแคลเซียมคาร์บอเนต
1. การผลิตจากแหล่งแร่ธรรมชาติ แบ่งเป็น 2 วิธี คือ
– การนำแคลเซียมคาร์บอเนตจากธรรมชาติมาบดซึ่งเรียกว่า Ground Calcium Carbonate (GCC)
– การนำแคลเซียมคาร์บอเนตจากธรรมชาติมา ตกผลึกใหม่ เรียกว่า Precipitated Calcium Carbonate (PCC)

หินปูนหินปูน1

2. การสังเคราะห์ แบ่งเป็น 3 วิธี คือ
1. Solvey Process (Na2CO3)
2. Sodium Hydroxide Process
3. Carbonation Process

การสังเคราะห์ทั้ง 3 วิธี จะมีวิธี Carbonation Process เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด สามารถให้ผลิตภัณฑ์ CaCO3 ได้โดยตรง ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน คือ
– Calcination : CaCO3 = CaO + CO2
– Hydration : CaO + H2O = Ca(OH)2
– Carbonation : Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

คุณสมบัติแคลเซียมคาร์บอเนตที่นำมาใช้ประโยชน์
1. มีความบริสุทธิ์สูง ไม่มีการปนเปื้อนของโลหะหนัก
2. มีพื้นที่ผิวสูง ไม่ทำปฏิกิริยากับสารอื่นที่เติมในกระบวนการผลิต
3. มีองศาความขาวสูง
4. มีการกระจายตัวดี
5. ไม่เป็นพิษ ไม่มีกลิ่น ไม่ติดไฟ ไม่เกิดปฏิกิริยาทำให้เกิดความร้อนหรือการระเบิดได้ง่าย

ข้อควรระวังการใช้แคลเซียมคาร์บอเนต
1. เมื่อผสมกับน้ำจะเกิดปฏิกิริยาทำให้เกิดการคายความร้อน
2. เมื่อผสมกับกรด โดยเฉพาะกรดซัลฟูริกจะเกิดปฏิกิริยารุนแรงทำให้เกิดการคายความร้อน และเกิดฟองก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
3. แคลเซียมคาร์บอเนตจะอยู่ในรูปผงขนาดเล็ก เมื่อมีการใช้งานควรสวมผ้าปิดจมูกให้มิดชิดหากสูดเอาผงเข้าสู่ร่างกายจะให้เกิดการระคายเคืองในระบบทางเดินหายใจ เนื่องจากจะทำปฏิกิริยากับน้ำจนเกิดความร้อน และเกิดสภาพกรดขึ้น

advertisement