كربونات الكالسيوم تعدين وتقنية

[التواق للمعرفة]

الحجر الجيري
الحجر الجيري هو من مجموعة الكالسيت ونادراً الارجونيت فى علم المعادن والاسم الكيمائي له كربونات الكالسيوم وصيغته الكيمائية (    . (Ca CO3  
ونظرياً كربونات الكالسيوم تحتوى على 56 %  من أكسيد الكالسيوم (Ca O) و 44 % من ثاني أكسيد الكربون ((CO2 ولأنه معدن طبيعي فهو يحتوى على القليل من الشوائب كالماغنسيوم والألومنيوم والسليكا والحديد .

المنشــــأ
جيولوجياً هو نتيجة بقايا كائنات حية ترسبت تحت سطح البحر ونتيجة الضغوط العالية والتحولات الحرارية الناتجة عن تغيرات القشرة الأرضية تحولت الى صخور الحجر الجيري وهذا أدي إلي وجود الاحفوريات ( البقايا الحيوانية ) فى طبقات الحجر الجيري .
 

استخلاص  ومعالجة كربونات الكالسيوم من الحجر الجيري
سنتتطرق لطرق إستخراج ومعالجة مسحوق كربونات الكالسيوم من الحجر الجيري إبتداءً من المحجر وحتي عملية تخزين المنتوج للتسويق مروراً باستخداماته والسوق العالمي له علي النحو التالي :

أولاً : التعدين
 الإستخراج :
كما هو معروف أن الحجر الجيري يتواجد علي هيئة طبقات ممتدة ، وقد يغطيها طبقة صخرية أو طينية أو رملية فيتم إزالتها ، وعملية إزالة طبقة الغطاء تتم بطريقتين إما بالتفجير أو ميكانيكياً وذلك حسب نوعها وصلابتها  فإن كانت عبارة عن طبقة طينية يسهل أزالتها فتتم بالتفتيت الميكانيكي بواسطة معدات التفتيت وذلك لخلخلة هذه الطبقة ومن تم تكشط ميكانيكيا وإن كانت طبقةً رملية تكشط مباشرة وتجمع في ساحة تسمي ساحة النفاية وتكون بعيدة عن ساحة وواجهة العمل ، وإن كانت الطبقة متماسكة وذات صلابة عالية أو متوسطة فيتم إستخدام التفجير لإزالتها وذلك لإنخفاض كلفة الإستخراج بالتفجير عنها ميكانيكياً ، وبعد ذلك تبدأ عملية تعدين الحجر الجيري وهنا يتم إستخدام التفجير بإعتبار الحجر الجيري ذو صلابة متوسطة ( 3 بمقياس موهر) ويستخدم البارود في التفجير بعد عملية حفر أبار التفجير والتي تكون بأعماق وأقطار وصفوف وأعداد محسوبة وزوايا ميل معينة ( للحصول علي حجوم تناسب عملية التكسير ) وتكون عملية التعدين بواسطة مصاطب الإتستخراج إعتماداً علي سمك طبقة الخام ،  ومن تم تدحرج كتل الأحجار الجيرية وتجمع ليتم نقلها إلي الكسارة بمعدات الرفع والتحميل وذلك في حالة عدم وجود أي شوائب مصاحبة كالرمل أو الطين أو يتم غسلها للتخلص من هذه الشوائب عن سطح الخام .

 التكسير :
تنقل كتل الخام المفجرة والمغسولة إالي الكسارة لتكسير الخام لحجوم أقل من 75 ملم ومن ثم تنقل المكسرات الحجرية إلي المعمل لبداية عملية معالجة الأحجار الجيرية للحصول علي مسحوق كربونات الكالسيوم .

ثانياً : التصنيع
في المصنع تستقبل المكسرات الحجرية القادمة من المنجم السطحي ( أقل من 75 ملم ) ويتم تجميعها في ساحات تخزين مخصصة لذلك إستعداداً لإجراء عملية المعالجة لهذه المكسرات علي النحو التالي :

1- التكسير والتجفيف :
 تنقل المكسرات الحجرية من ساحة التخزين بمعدات الرفع وتوضع في قمع إستقبال المادة الخام ليتم نقلها إلي الكسارة عن طريق مغذي هزاز لعملية التكسير والتجفيف ويمكن أن تتم العمليتان في نفس الوقت وذلك بإمرار الهواء الساخن علي الخام في الكسارة أو يتم تجفيف الخام بعد التكسير في مجفف خاص منفصل ، ويتم الحصول من هذه العملية علي حبيبات بحجوم 25 ملم تنقل علي مصاعد ناقلة  لمرحلة التخزين .

2 – التخزين :
ويتم تخزين الخام في صوامع ضخمة  مخصصة لذلك تقوم بتغذية مرحلة الطحن والتصنيف بواسطة سيور ناقلة .
3- الطحن والتصنيف :
يتم في هذه المرحلة طحن الحبيبات القادمة من مرحلة التخزين بواسطة سيور ناقلة تتوسطها مناخل للتخلص من الشوائب والرمال المصاحبة ، ويتم الطحن بواسطة طواحين دوارة ووسط الطحن كرات فولاذية وتتم العملية بتساقط الكرات بفعل الدوران علي الخام فيتم طحنه إلي مسحوق من كربونات الكالسيوم مختلف الأحجام لذلك يتم نقل هذا المسحوق إلي المصنفات  والتي تقوم بعملية الفصل بالهواء للحجوم الناعمة جداً وتنقل إلي صوامع التجميع المخصصة لكل حجم منفصل ، أما الحجوم الأقل نعومة تخرج وتمر علي مناخل ليتم فرز الحجم المطلوب ، والحجم الأكبر يرجع للطاحونة لإعادة طحنه ، وتتم عملية نقل المسحوق من الطاحونة إلي المصنفات بواسطة انابيب نقل هوائية أو سيور ناقلة حلزونية ، مسحوق كربونات الكالسيوم ذو الحجوم المطلوبة يتم تجميعه في صوامع تجميع المنتوج النهائي لكل حجم منفصل لتتم عملية التعبئة والتكييس حسب نوع التعبئة المطلوبة للإستهلاك .

4-  صوامع التجميع والتعبئة :
بعد أن تتم عملية تصنيف مسحوق كربونات الكالسيوم بالمصنفات والمناخل ، يجمع المسحوق في صوامع حسب حجم المسحوق المستخدم  بواسطة أنابيب هوائية وينقل لآلات التعبئة ، وتتم عملية التعبئة حسب نوع التعبئة المطلوب إستهلاك كربونات الكالسيوم لها أو حسب رغبة المستهلك وتتم التعبئة إما في أكياس ورقية أو بلاستيكية ذات وزن  25 – 50 كجم أو تعبأ في أكياس مطاطية ذات حمولة طن أو تعبأ مباشرة إلي شاحنات النقل .

5- التغليف :
هذه المرحلة تتم مباشرة بعد عملية التصنيف وتكون للحجوم الناعمة جداً ، وتعتبر أحد مراحل عمليات المعالجة لمسحوق كربونات الكالسيوم ولكنها لاتكون غالباً من ضمن مكونات المعمل ، وذلك لأن تغليف مسحوق كربونات الكالسيوم يتم حسب نوع الإستخدام المطلوب للمسحوق في الصناعة ، ويتم في هذه المرحلة تغليف حبيبات كربونات الكالسيوم ذات الأحجام أقل من 15 ميكرون إلي الأحجام أقل من 6 ميكرون وأكثر ، وفيها الأحجام الناعمة جداً تمر لصومعة تجميع ومنها لقمع الإستقبال الذي يغذي طاحونة الخلط والتي يتم فيها خلط الحبيبات مع حمض السيتاريك والتي تضاف بنسب معينة ويتم إذابتها في خزان خاص ومن ثم ترش لداخل طاحونة الخلط والتي تدور بمعدل محسوب لضمان تجانس كل الحبيبات ومن ثم تمر لعملية التعبئة والتكييس .

[التواق للمعرفة]

إستخدامات كربونات الكالسيوم

توجد علاقة وثيقة قديمة مابين الجنس البشرى والحجر الجيري ، حيث انه كميات هائلة من الحجر الجيري كانت تستخدم من قبل قدماء المصريين ( الفراعنة ) فى بناء الأهرامات وكذلك فى بناء أضرحة القديسين من قبل الإغريق والرومان ، بالإضافة لذلك العديد من التماثيل والنصب القديمة والمنحوتات كانت تعمل من الرخام والذي هو صورة متحولة من الحجر الجيري ، وكان يستخدم أيضاً فى المباني من الداخل والخارج منذ العصور القديمة .
وبعد حدوث الثورة الصناعية الهائلة أصبح الحجر الجيري يستخدم بكميات كبيرة وبدأت هذه الزيادة نتيجة النمو الكبير الحاصل فى صناعة الاسمنت والذي الحجر الجيري خام أساسي فى صناعته وكذلك فى صناعات الحديد والصلب .
ونتيجة تطور الصناعات البتروكيماوية بعد الحرب العالمية الثانية فإن كربونات الكالسيوم أصبحت تستخدم في أغراض كثيرة فمثلاً كمادة مالئة فى صناعة البلاستيك و الطلاء وكعامل مساعد فى معالجة المطاط وكمادة مضافة فى صناعة الورق وكذلك فى الأغراض الطبية وفى صناعة الأسمدة الكيماوية والمبيدات الحشرية والزجاج ... الخ .
وتتم عملية معالجة وتصنيف حجوم كربونات الكالسيوم في المصنع حسب إستخداماته في الصناعة ، فهناك بعض الصناعات التي تستخدم كربونات الكالسيوم المغلفة وأخري غير مغلفة ومنها من يستخدم حجوم أقل من 1 ميكرون والبعض حتى حجم أكبر من 4 ملم ، وغالباً مايكون الإستخدام الجيد لها كمادة خام بدون أية إضافات لها ، وفيما يلي بعض الصناعات التي تستخدم فيها كربونات الكالسيوم بعد عمليات المعالجة في المعمل :

1- صناعة اللدائن :
يستخدم مسحوق كربونات الكالسيوم في العديد من المنتوجات البلاستيكة الناتجة من الصناعات النفطية ، فإضافة كربونات الكالسيوم تحسن من بعض الخواص الفيزيائية للمنتوج البلاستيكي ، فهي تجعله مقاوم للتشوه حيث ترفع من درجة ثباته ومقاومته وتجعله ذو مظهر خارجي جيد وكذلك الملمس وتحافظ عليه من الإنسلال بالإضافة لذلك فهي تجعله سهل المعالجة وذلك بالرفع من إنسيابيته وتشتته ، إن إستخدام كربونات الكالسيوم في صناعة اللدائن تقلل من تكاليف الإنتاج لإنها أرخص بكثير من البترول ومواد خام أخرى ، ومن بعض المنتوجات البلاستيكية التي تحتوي كربونات الكالسيوم أنابيب الصرف ، الأسلاك الكهربية ، بعض أجزاء المعدات الكهربية ، بعض أجزاء السيارات ، لعب الأطفال ، الأفلام ، أكياس القمامة البلاستيكية ،  أدوات المائدة ، حافظات الأغذية والصحون ، الكراسي ، المواد الصحية والزينة ، والصمغ ... وغيرها .

2- صناعة المطاط :
مسحوق كربونات الكالسيوم يستخدم بكثرة في المنتوجات الناتجة عن المطاط ، لإنه يجعل عملية المعالجة أسهل وكذلك يخفض التكاليف كمادة مالئة ، ومن بعض المنتوجات المطاطية الداخل فيها كربونات الكالسيوم الأسلاك الكهربية ، السيور والأحزمة ، الأحذية ، الإطارات ، الخراطيم ، الصمغ المطاطي ، العجينة المطاطية ، الإسفنج .

3- صناعة الطلاء :
يدخل مسحوق كربونات الكالسيوم في عملية تصنيع الطلاء كمادة مالئة لتحسين بعض الخواص الطبيعية للطلاء كالمقاومة الحرارية والتوصيل الحرارى والكثافة وضبط اللزوجة ومنع السيلان ومنع حدوث الإمتصاص في الأسطح الخشبية  ونظراً لانخفاض سعره يقلل من التكاليف  وهو مادة أساسية في صناعة الطلاء حيث تشكل من 30 – 40 % من مكونات الطلاء .
حيث يستخدم كمادة مالئة لرفع الصلابة وذلك باتحاده مع جزيئات المواد الملونة أو اللاصقة مكوناً مادة متماسكة وثابتة ذات انسيابية عالية ويجب أن يكون الحجم الحبيبي لمسحوق كربونات الكالسيوم لايتعدي 20 ميكرون .

4- صناعة الورق :
يستخدم مسحوق كربونات الكالسيوم في صناعة الورق وليس فقط في إعطاء البياض فقط ولكنه يغيره من حمضي إلي محايد ، وبالتالي يصبح جيد لحفظه لفترات طويلة جداً بدون حدوث تعفن كما في ورق الصحف والذي هو ورق حمضي ، ومن أنواع الورق المحتوي علي كربونات الكالسيوم ورق الرسم ، ورق التغليف ، ورق النحت ، ورق الأعلانات ، ... وغيره .

[التواق للمعرفة]

5- صناعة مواد البناء :
مسحوق كربونات الكالسيوم والحجر الجيري يستخدمان منذ القدم في البناء ، وفي الوقت الحاضر زاد إستخدامهما كمواد بناء مختلفة فعلي سبيل المثال في صناعة الرخام الصناعي، ألواح الجدران ، بلاط الأرضيات ، المكسرات الحجرية ... وغيره .
6- صناعة الحديد والصلب :
تستعمل كربونات الكالسيوم في صناعة الحديد والصلب كمادة مساعدة للصهر وتخفيض درجة حرارة إنصهار الحديد والمساعدة علي إختزاله إلي جانب تفاعلها مع الشوائب المصاحبة للخام كالسليكا والألومنيا مكونا ًمنها خبثاً بتفاعل أكسيد الكالسيوم مع تلك الأكاسيد بينما يتحول ثاني أكسيد الكربون الناتج بفعل الجو الإختزالي في الفرن إلي أمل أكسيد الكربون الذي بصفته مادة مختزلة تساهم في إنتزاع الأكسجين من أكاسيد الحديد لإختزالها إلي فلز ( حديد ) ، عليه يجب أن تكون الأحجار الجيرية المستخدمة تحتوي أقل مايمكن من أكاسيد السليكا والألومنيا والكبريت .

7- صناعة الزجاج :
تعتبر صناعة الزجاج مثالاً لكيفية استعمال الأحجار الجيرية في صناعته ، إذ أن معظم صناعة الزجاج تتكون من خليط من السليكا ، والصودا ( كربونات الصوديوم ) ، والجير ( أكسيد الكالسيوم ) ، ودور أكسيد الكالسيوم المحافظة علي ثبات التركيب الكيميائي للزجاج ويعطي تلك المنتوجات القوة مما يجعلها أقل قابلية للكسر ويجب أن تكون الأحجار الجيرية المستخدمة نقية وتحتوي أقل مايمكن من أكاسيد الحديد .

8- في الصناعات الدوائية والأغذية :
يضاف مسحوق كربونات الكالسيوم لبعض أنواع الأطعمة والمقويات الصحية ، وبعض أنواع الأغذية التي يضاف إليها النقانق ، الخبز ، العلكة ، العصائر ، الحلوي ، رقائق  البسكويت الناشف و يضاف كذلك للأغذية الطبية كمقويات نقص للكالسيوم في الجسم ، أما الصناعات الدوائية كالمسحوق المضاد للحموضة في المعدة ، في معاجين الأسنان ، وحبوب الكالسيوم ، والأدوية اللاحمة للعظام ... وغيره .

9- صناعة العلف الحيواني والأسمدة الزراعية :
فى المجال الزراعي مسحوق كربونات الكالسيوم يستخدم لمعادلة ( قلوية ) التربة بالنسبة للمواشي والأسماك فإنه يستخدم فى الأسمدة على سبيل المثال يستخدم كعلف للدواجن والطيور لتقوية قشور البيض وكذلك يستخدم فى عملية الزراعات البحرية كعملية زراعة واستنبات القريدس  ويستخدم أيضا كدواء للحيوانات .
10- صناعات أخرى :
مسحوق كربونات الكالسيوم عالي النقاوة يستعمل فى صناعة الزجاج البلوري والعدسات البصرية كعدسات الكاميرات وفى صناعة بعض القطع الكهربية " عدسات " ، وفى المدارس يستعمل فى الطباشير والألوان والطباشير الشمعي والمساحات البلاستيك .
ومن خلال كل هذا نكتشف مدي أهمية كربونات الكالسيوم فهي مادة ضرورية جداً فى العديد من الصناعات فحاول ان تكتشف كربونات الكالسيوم من حولك .

مواصفات المادة الخام  المستخدمة في صناعة الطلاء
( الخواص الكيميائية )
المكونات   متوسط التحليل %
كربونات الكالسيوم (CaCO3)   98
أكسيد الحديد  (Fe2O3)   0.09
أكسيد السليكا (SiO2)   0.37 كحد أقصي
كربونات الماغنسيوم (MgCO3)    2.43
أكسيد الألومنيا (Al2O3)   0.2
المنجنيز(Mn)    0.002
فاقد الحرق (L.O.I)   44.00
الذوبانية في حمض الهيدروكلوريك (HCl)   98


( الخواص الطبيعية )
المكونات   النسبة %
الأس الهيدروجيني   8.50
الرطوبة   لاتزيد عن 6
الكثافة   2.7 جم / سم3
الصلادة   3
النصاعة   98

[ابو الحروف]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

اخي الفاضل التواق للمعرفة...

بارك الله بك على نشاطك الجم...

اخوك/ ابو الحروف

[السفير]

السلام عليكم

ما شاء الله

مواضيعك دائما ثرية وأشبه بالأبحاث أخي العزيز التواق للمعرفة .

جزاك الله خيرا

'>

[abugahlia76]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
هندسة كيميايئة
فى الواقع بارك الله فيك على هذه الموضوع المهم
أنا فى الواقع عندى مشروع عن هذه المادة فى إستخدم مادة كربونات الكالسيوم كمادة مالئة فى البلاستيك ودلك لتحسين الخواص الميكانيكية والحرارية .وتقليل التكلفة.....للبلاستيك
وذلك لاننا فى ليبيا توجد كربونات الكالسيوم بنسبة عالية جداً تصل فى بعض المناطق الى 99.8%
نامل من الاخوة بارك الله فيهم من هو مهتين بهذا الموضوع الاتصال معاً لمناقشت هده الموضوع والاستفادة من اراه الاخرين
السلام عليكم
اخوكم مصطفى
ليبيا

[العمانية]

السلام عليكم

أهلاً وسهلاً بك أخي مصطفى (أبو غالية) بيننا في المنتديات العلمية..

وفقك الله في بحثك

 '>

[ابو يوسف]

السلام عليكم

اخي الكريم مصطفى

اهلا ومرحبا بك معنا في المنتديات العلمية

سعدنا لانضمامك معنا

ونرجو ان تمضي هنا الوقت المفيد والمثمر

لنا ولك

كما نرجو ان تحدثنا عن ابحاثك

حتى وان لم نجد هنا من لم يتناول هذه المادة من خلال ابحاثه

وذلك لتعم الفائدة وينتشر الخير


تحياتي لك

'>

[المسامر]

موضوع قيم جدا عزيزي التواق للمعرفة واسمح لي بتعقيب بسيط عليه

استخدام كربونات الكالسيوم في الصناعات البلاستيكة لتخفيض التكاليف امر جيد لكن الى نسب محدودة والا سينقلب الامر بانخفاض الخواص الميكانيكية للمنتج على سبيل المثال الانابيب اذا زادت النسبة للكربونات الكالسيوم فان الانبوب سيصبح هشاً لايقاوم الظروف من ضغط وارتفاع درجة حرارة

اخيرا احيي فيك هذا الجهد الرائع واتمنى ان تراجع موضوع في مجلس الكيميائي الخاص

تقبلوا اعذب تحية..محبكم المسامر

[ابو الحروف]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

اخي الفاضل مصطفى...

حللت اهلا ووطأت سهلا...
نتمنى تفاعلك معنا...


اخوك/ ابو الحروف

[abugahlia76]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته :
بارك الله فيكم على هذه الاطراء واننى سعيداً جدا للمناقشة ورفع المستوى التعلمى فى وطننا العربى الكبير
ورداً على اخى الكريم المسامر .نعم كلامك طبعا يجب ان لاتتراوح اضافة هذه المادة 30% من نسبة البلاستيك اقل من 30% تعطى تحسن ملحوظ فى الخواص الميكانيكة اما اكثر منه فتنقلب الامور على عقبيها
اود ان اتطرق الى موضوع فى الاستخدام هذه المادة الا وهو
تصنيف استخدام كربونات الكالسيوم كمادة مالئة والتى يرعى فيهل الاتى
1.aspact ratio معدل الطول بالنسبة للعرض
2. Particle Size حجم الحبيبات
3.منحنى توزيع الحبيبات Distrubtion size curve
Surafce tension الشد السطحى
اخوتى هذم من اهم العوامل التى يجب اخده بعين الاعتبار عند الاضافة
فمثلاً يجب ضحن هده المادة جيدا لكى نحصل على حجم حبيبى متناهى الصغر (بالميكرون يصل مابين 3- 15 ميكرون )وهدا يساعد فى الحصول على good impact strenght  
لاى ملاحظة اخرى نامل الاتصال بى والاستفادة من خبرات الاخوة الكرام
abugahlia76@yahoo.com
بنسبة الى مشاريعى
Fuel Cells as Power source in the future
Production of Polymethyl methacryalte
modling of heat disturbtion in pipe

[التواق للمعرفة]

السلام عليكم ورحمه الله وبركاته

جزيل شكري لكم اخوتي الاعزاء على التفاعل  والاهتمام..

اهلا وسهلا بك مجددا اخي " ابو غاليا " ووفقك الله في عملك.. وقدما الى الامام...

تحياتي
اخوكم / التواق للمعرفة