方解石是一種天然的碳酸鈣礦物,是生產重質碳酸鈣的主要原料。方解石原礦的品位、雜質含量等是重質碳酸鈣產品質量指標的重要影響因素之一,也是決定其是生產食品藥品級碳酸鈣,還是普通填料級碳酸鈣的關鍵。
要全面評價方解石礦的質量好壞,一般要對以下項目進行檢測,包括:CaO、白度、鹽酸不溶物、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3(TiO2)、MnO、重金屬(Pb、Hg、Cr6+、Cd)、鋇、氟、砷、堿金屬、還原性硫,以及深色異物含量、黃度、透明度等,以便對礦石質量做全面了解,明確其用途方向,同時為不同用途用戶提供使用參考。其中,深色異物含量、黃度、透明度視應用廠家要求而定。
不同工業用途對方解石的質量要求不盡相同:共性指標主要有CaCO3含量、白度、酸不溶物等;對涉及人類日常生活用途(食品添加劑、飼料級、醫藥、牙膏、玩具、電器、高壓鍋密封圈等)的碳酸鈣要求較高,特別是對有害重金屬元素(Pb、Cr6+、As、Hg、Cd、Ba等)有嚴格要求;醫藥、食品、牙膏等還對S、SO42-、Cl-、F、堿金屬、游離堿及Mg等有要求。
1、CaO含量
CaO為唯一的礦石有用組分質量標志。在造紙、涂料、塑料、橡膠和食品行業要求中是以CaCO3(可以CaO含量換算求得)含量來表示。
《DZ/T0321-2018方解石礦地質勘查規范》
2、白度
白度是礦石的物性質量標志,關系到制成品的色度和亮度。
碳酸鈣產品質量指標中對白度要求較高,針對不同用途分別有≥90、≥91、≥92、≥93、≥94。而根據收集到的生產礦山實際測試結果,白度以85~90為主,平均白度達到90以上的礦區很少。
影響碳酸鈣產品白度的主要化學成分為Fe、Mn等,通過增白工藝(將Fe3+還原為可溶Fe2+鹽濾除,及遮蔽Mn等致色元素),可將產品白度提高5度以上。
3、鹽酸不溶物
鹽酸不溶物(A.I.R)的成分主要有游離二氧化硅(fSiO2)、(鋁)硅酸鹽以及鐵錳氧化物等礦物,為多礦物組合指標。
其中,fSiO2和(鋁)硅酸鹽中透閃石、陽起石、透輝石、長石和石榴子石等礦物由于硬度大,對重質碳酸鈣質量和加工設備(包括重質碳酸鈣加工及其應用制品加工)有一定影響,但(鋁)硅酸鹽在多數礦石中不常見。(鋁)硅酸鹽中絹云母、白云母、滑石和高嶺石等礦物影響較小。
因此,鹽酸不溶物中關鍵是fSiO2含量,必要時單獨做出評價,一般含量不應大于0.5%。
4、鎂及堿金屬含量
MgO主要是對礦石中白云石含量評價。在造紙、塑料行業,白云石含量小于3%(相當于MgO≤0.65%)時,影響不大,在涂料和橡膠行業這個要求可以放寬到6%(相當于MgO≤1.3%)。來自于滑石、蛇紋石中的MgO一般認為影響不大。
藥用及食品用碳酸鈣要求鎂及堿金屬含量≤1%。
5、SiO2含量
SiO2,各類礦石測試表明,它主要來自fSiO2、鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物。其中硅酸鹽礦物主要是硅灰石,與方解石硬度有一定差異,對產品粒度的均一性有影響。
水洗可去除方解石中的部分Si、Al及Fe,并提高礦石白度。
6、Al2O3含量
Al2O3主要來自鋁硅酸鹽礦物,是鹽酸不溶物的主要成分之一,允許值不應大于鹽酸不溶物的限制值。了解Al2O3的含量有助于分析鹽酸不溶物的礦物組成。
7、Fe2O3含量
Fe2O3為致色組分,其含量高低對產品顏色有影響,按照行業利用的經驗,Fe2O3≤0.3%影響不顯著,Fe2O3≤0.1%幾乎沒有影響。Fe2+存在于多種礦物中,若在加工或利用中產生變價,需要關注其影響。
藥用及牙膏用碳酸鈣對Fe3+有要求,因Fe離子的價位是可變的,且在后期增白工藝中可以改善,因此確定該項礦石質量指標項目統一采用Fe元素含量,并直接引用產品質量要求數據。
8、MnO含量
MnO在方解石礦中主要來自錳的氧化物、碳酸鹽礦物及硅酸鹽礦物。MnO會影響白度?,F行行業標準中對于錳沒有提出要求,在以往的指標中,橡膠行業應用要求控制其含量。一般認為,只要方解石礦石達到白度要求時,對產品即無影響,但Mn是變價元素,在加工過程中因變價可能出現著色變化。
9、有害物含量
重金屬、鋇、氟、砷、游離堿、(堿金屬+鎂)、硫等指標。用作食品添加劑、牙膏及食品包裝紙生產的,或用于對健康有影響的橡膠制品及塑料、涂料填料的,需要評價這些指標。
具體含量要求參照最終碳酸鈣產品的質量指標即可,目前采用工業手段很難去除有害物含量,經濟上也不劃算。
換句話說,如果方解石原礦的重金屬含量等有害物含量超標,就不要考慮生產食品級、藥劑級、飼料及牙膏級碳酸鈣了。
《GB1886.214-2016食品安全國家標準食品添加劑碳酸鈣(包括輕質和重質碳酸鈣)》理化指標要求
硫(S)含量:產品質量指標中有硫酸鹽(醫藥用)、硫化物指標,直接引用產品質量指標。例如,《中華人民共和國藥典-碳酸鈣(補鈣藥,抗酸藥)》對硫酸鹽要求如下:取本品0.10g,加稀鹽酸2ml,加熱煮沸2分鐘,放冷,必要時濾過,依法檢查(通則0802),與標準硫酸不得更濃(0.2%)。
氟(F)含量:食品添加劑、牙膏用碳酸鈣產品質量指標中有要求,直接引用產品質量指標。
Cl-:僅《醫典》中對藥用碳酸鈣有氯化物指標,直接引用品質量指標。
10、深色異物含量
深色異物含量及顆粒大小,對白度有一定影響,在現有條件下,建議對深色異物含量及顆粒進行定性統計,作出是否適合于超細加工的評價。造紙工業用重質碳酸鈣深色異物含量超過一定含量時應作為評價指標。一般要求每克樣品中不得超過5個深色異物顆粒。
11、黃度及透明度
目前檢測的白度,又叫藍光白度,實際上是物質的亮度,不能很好地反映物質顏色差異,因此,造紙用重質碳酸鈣需要評價黃度和透明度。造紙行業希望黃色程度低、透明度低、遮蓋好。白度高的方解石往往透明度也好。
資料來源:《DZ/T0321-2018方解石礦地質勘查規范》、《袁長江,申錫坤,楊曉等.碳酸鈣礦石及其產品質量指標研究[J].中國非金屬礦工業導刊,2023(04):53-56+75》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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