前言:
工业重质碳酸钙粉体,简称GCC(ground calcium carbonate或heavy calcium carbonate),又被称为重质碳酸钙或重钙等,是将方解石矿物为主的矿石,经由各种研磨工艺和设备,制备而成目数在325目以上的粉体。以下常用GCC简称代替重质碳酸钙粉体(也含砂类)。
矿石是各种机械不可再分矿物的混合体,GCC采用方解石矿物为主的矿石,常见大理石、方解石等,偶尔有镁方解石和石灰石。
方解石矿物,属于无机含氧盐大类、碳酸盐分类、方解石族、方解石类。此处的方解石指矿石特定的矿物晶体类型,而非通俗的矿石品种:大方解石。
本文从方解石晶胞-晶体聚集体-各种常见方解石矿石-制粉工艺及设备-粉体的物化结构-粉体的物化性能-粉体活化改性-粉体应用等脉络展开论述,以方解石矿石的晶体解理结构与性能之间的关系为主线,穿插各种矿石的解理、研磨制粉工艺和设备等,分析不同矿石、工艺和设备制备的GCC粉体,其物理、化学结构与性能、应用等的关系[Z-1]展开论述。
1. 方解石矿物晶体
1-1方解石晶体
无机盐矿石,即使有相同化学组分,在不同地质成因条件下,基本离子或分子也有不同空间排列组合,形成不同的配位数的微观晶胞结构和宏观聚集态结构。
方解石矿石由钙阳离子[Ca2+]和碳酸根络阴离子 ( [CO3]2-)等基本离子在空间进行有序排列,组成化学组成是Ca[CO3]、晶胞结构是方解石晶体的矿物。
在不同地质环境条件下,这些基本晶胞生长,形成宏观上不同外观形态的晶体形态,如层块体、柱状体、球状体、片状、树状、结核状等等。
方解石是由钙阳离子[Ca2+]和碳酸根络阴离子 ( [CO3]2-)为结点或质点,形成的晶体结构。
在自然界常温常压下,方解石是碳酸盐岩最稳定的晶体结构。另外还有亚稳态的文石、球霰石等两种结晶结构,共三种无水结晶结构[1-1]。
化学沉淀条件下,还有一种不稳定、含水的碳酸钙无定型或胶质结构等,这种结构会缓慢向超微晶方解石结构转变。
较高压力下,如矿石研磨磨辊持续的挤压作用下,方解石晶体结构会向更加稳定的文石晶体转变。研磨结束,文石晶体也会向方解石晶体转变[2-1]。这种残余晶变会持续一段时间。(颗粒分散科学与技术-第二版-任俊,P154)
因此在自然界,地表的无机碳酸盐岩矿石,主要矿物成分是方解石晶体,具体是属于:无机含氧盐大类、碳酸盐分类、方解石晶体类。