Kalsiyum karbonatın kullanım alanları

Kalsiyum karbonat, sanayide, mermer ve tebeşir gibi farklı malzemelerin üretiminde yoğun olarak kullanılır. PVC üretiminde de kullanılan kalsiyum karbonat, seramik yapımında yararlanılan bir mineraldir. Tıp alanında, genellikle böbrek fonksiyonunu kaybetmiş, kandaki fosforu idrar yolu ile atamayan kronik böbrek yetersizliği durumlarında besinlerdeki fosforu bağlamasında, fosfatlı bileşiklerin dengelenmesinde kullanılır. Gıda alanında ise E170 adıyla katkı maddesi şeklinde ve soya sütünde kullanılır [33].

Kalsitin kullanım yerine göre belli bir tane boyut aralığında olması gerekmektedir. Örneğin plastik sektöründe en büyük tane 36-38 μm’a kadar izin verildiği halde dolgu kağıt sanayinde kalsitin 18-20 μm’u aşması istenmemektedir [34]. Kalsitin kullanım alanına göre özellikleri Çizelge 2.4’te verilmiştir.

Çizelge 2.4 Kalsitin kullanım alanlarına göre özellikleri [34].

Kullanım yeri % -2 µm Ortalama tane

(d50)

% En büyük tane (d97)

Boya sanayi (genel) 32 – 34 3.5 36

Boya sanayi (ince ürün) 55 – 60 1.6 12

Kağıt sanayi (dolgu) 42 – 44 3.0 18 – 20

Kağıt sanayi (kaplama) 80 – 90 1.0 6 – 8

Plastik sanayi (dolgu) 32 – 34 3.5 36 – 38

Plastik sanayi (kablo dış kaplama) 42 – 44 3.2 18 – 22

16

Tüm karbonatlar amorf yapıda olabilir ve inert pigment veya dolgu olarak GCC çok sayıda ürünün elde edilmesinde kullanılabilir. Kullanım alanı, doğrudan doğruya hammaddenin özellikleri belirlemektedir. Ucuz olanlar asfalt, dolgu ve çimento; beyazlık ve parlaklığı % 80’nin üzerinde ve orta büyüklükte tane boyutuna sahip ara kalitedekiler macun ve mum üretiminde kullanılırlar. Saflık, % 90’ın üzerindeki beyazlık derecesi, örtücülük, tane şekli, parçacık dağılımı, yüzey alanı, çözeltideki davranışları ve viskozite, su ve yağ absorpsiyonu, dökme yoğunluğuna da bağlı olarak ince ve çok ince tane boyutlu karbonatlar kağıt, boya, plastik ve kauçuk endüstrileri için gerçek anlamda işe yarar dolgu malzemesidir [35],[36].

Kâğıt üretiminde mineral madde kullanımı ilk olarak jips, sentetik baryum sülfat ve talk ile başlamış, daha sonra bunların yerini kaolin almış ve dolgu maddesi olarak kaolin kullanımı 1980 yılına kadar yoğun bir şekilde devam etmiştir. Kaolinin bu denli yaygın bir şekilde kullanılmasında, jipsin suda hızla çözünmesinin verdiği olumsuzluk ve sentetik baryum sülfat fiyatlarının artması etkili olmuştur [37]. Özellikle 1980'den itibaren çok renkli ofset baskı tekniğinin hızlı gelişmesiyle yüksek beyazlık ve opaklığa sahip kâğıda olan talep artmış; bu durum, dolgu ve kaplama pigmenti olarak kağıdın beyazlığını yükselten kalsiyum karbonat kullanımını gündeme getirmiştir [34]. Kağıt ve plastik endüstrilerinde kalsine kireç taşının yeniden karbonizasyonu sonucu elde edilen en ince boyutlu ve saf çöktürülmüş kalsiyum karbonat (PCC) kullanılır [35]. Mikronize kalsit, yazı tabı kâğıtları, duvar kâğıtları ve kartonların üretiminde selüloza % 15 – 30 oranında katılarak kullanılmaktadır. Yüksek beyazlıkta olması, ucuzluğu ve kâğıda kazandırdığı diğer teknik özelliklerden dolayı son yıllarda Avrupa’dan başlayıp tüm dünyada kaolin’in yerini alarak kağıt sektörüne girmiştir. Kâğıt sektöründe daha az selüloz ve daha az optik beyazlatıcı tüketimi sağlayarak çevreye de ciddi katkılarda bulunmaktadır [38]. Asit ortamda kağıt üretiminden alkali bazik kağıt (Alkaline Paper) üretimine geçişle birlikte dolgu pigmentleri yaklaşık % 50 katkı oranıyla tüm dünyada, özellikle Avrupa da, son 25 yılda kağıdın kalitesini belirleyen önemli bir hammadde konumuna gelmiştir [34]. 20 yıl önce kaplama pigmenti olarak % 20 GCC kullanılırken günümüze gelindiğinde bu oran, PCC ile birlikte % 62'ye ulaşmıştır [37]. Kağıt sektörü için dolgu ve kaplama pigmenti üretiminde yeni konsept, ürün çeşitliliği ve buna uygun

17

üretim teknolojilerinin geliştirilmesidir. Doğal kalsiyum karbonatlardan, bu amaç doğrultusunda değişik proseslerden geçirilerek kâğıdın kalitesini daha da arttıracak formda yeni CaCO3 ürünler elde edilmektedir [34]. GCC’nin kaplama pigmenti olarak

kağıda kazandırdığı özellikler yüksek beyazlık, reolojik özelliklerin iyileşmesi, yüksek katı oranı sağlaması, kaplama makinelerinin hızını arttırma, düşük enerji tüketimi, bağlayıcı tüketiminde azalma, yüksek baskı kalitesidir [37].

Kalsiyum karbonat boya endüstrisinde kullanılan pigment gereksinimini önemli ölçüde azaltmakta, plastik ve kauçuk endüstrilerinde de polimer ve elastomer kullanımını önemli ölçüde düşürüp, tasarruf sağlamaktadır [35]. İnşaat boyalarında iç ve dış kaplamada su bazlı boya sisteminde %25 – 30 oranında kalsit kullanılmakta ve titanyum dioksit tüketimini azaltarak maliyetleri düşürücü yönde etki etmektedir [39]. Boya endüstrisinde kullanılan kalsiyum karbonatın fiziksel özellikleri Çizelge 2.5’te verilmiştir. 1, 3, 5, 20, 40 μm boyutlarında kuru öğütülmüş kalsit kullanan boya sektörü, fazla miktarda kalsit tüketmektedir. Ülkemizde boya sektöründe toplam olarak 80.000 ton/yıl çeşitli boyutta kalsit kullanıldığı tahmin edilmektedir. Dünyada boya sektöründe yaklaşık 8 milyon ton kalsit kullanıldığı tahmin edilmektedir. Dünyada extender olarak kullanılan kalsit yüzeyi kaplamayı sağlar ve titanyum dioksitin tüketimini azaltır. Boyada mat bir yüzey elde etmek ve gerekli TiO2 miktarını azaltmak için esas solvent veya su

bazlı emülsiyonlara hacimsel olarak % 10 – 35 kalsiyum karbonat katılabilir, bu dokulu kaplamalarda % 50’ye çıkabilir. Polimerlerde dispersiyonu geliştirmek ve boyada çökmeyi azaltmak, renkli pigmentlerin yüzmesini önlemek ve tüm renk gücüne katkıda bulunmak için kalsiyum karbonatın kaplanmış türleri kullanılır [34].

Çizelge 2.5 Boya endüstrisinde kullanılan CaCO3’ın fiziksek özellikleri [35].

Özellik İnce Amorf

GCC

Çok ince Amorf GCC Kalsit (PCC) Aragonit (PCC) Özgül ağırlık 2.71 2.71 2.71 2.93 Kırılma oranı 1.58 1.58 1.58 1.63 Sertlik, Mobs 3.00 3.00 3.00 3.50 Kalsinasyon ısısı, oC 800-900 800-900 800-900 800-900 Beyazlık (% GE) 95 96 98 99 Yağ emme, (cc/100g) 13 23 30 55 Yüzey alanı, m2/g 3.20 9.60 6.80 8.50

18

Mikronize kalsit, plastik sektöründe, rengi, kimyasal saflığı ve ucuzluğu gibi nedenlerle, birçok plastik mamul üretiminde, özellikle PVC boru, profil, lambri, kablo vb. sektörlerde, gerek doğal öğütülmüş, gerekse kaplanmış olarak, yoğun biçimde kullanılmaktadır [39]. Yüzeyi kaplanmış (coated) kalsiyum karbonat bazı endüstri dallarında kullanılmaktadır [35]. Polipropilen (PP), Poliamid (PA), Termoplastik (TPES) ve PVC reçineleri esas itibariyle kalsitin dolgu olarak kullanıldığı plastiklerdir. Plastik sektöründe başta kalsit olmak üzere benzeri dolgu maddelerinin kullanımı her yıl giderek artmıştır. Kalsiyum karbonat çoğunlukla dağılımı güçlendirmek için stearat kaplanmış halde, bilhassa termoplastiklerde polimer gereksinimini azaltmak için, pigment işlevi görür [38].

Türkiye’de yeni gelişmekte olan hazır sıva, macun gibi alanlarda beyaz dolgu kullanılması, Avrupa ve ABD’de çok yaygındır [38]. İnşaat sektöründe beyaz renkli, çimento esaslı sıva ve macunlar toz polimerlerle karıştırılıp duvara tatbik edildiğinde kaba sıva, ince sıva, macun ve hatta boya işlemi bir kalemde çözülmektedir. Yakın gelecekte çeşitli boyutlarda öğütülmüş kalsit alçı, çimento, toz polimer bağlayıcılarla karıştırılıp inşaat alanında yoğun olarak kullanılmaya başlayacaktır. Bu sektör tonaj olarak en büyük oranda kalsit tüketimi alanı oluşturacak bir sektördür [38].

Polimerlerle karıştırılan kalsit dolgusu inşaat ve otomotiv sektöründe yoğun olarak kullanılacaktır. Bu alan da gelişecek tüketim alanlarından biri de yapıştırıcılardır [38]. Mikronize kalsit bisküvi, ekmek, çiklet gibi gıda maddelerinde katkı olarak kullanılmaktadır. Kimyasal saflığı, rengi nedeniyle maliyeti düşürücü dolaylı kalsiyum kaynağı olarak kullanılmaktadır. Kalsit (CaCO3) seramik sektöründe düşük oranlarda

olsa da 40-100 μm boyutlarında öğütüldükten sonra reçetelere katılmaktadır. Halı tabanı ve muşamba sanayinde de 40-60 μm boyutlarında kalsit kullanılmaktadır [38].